晏衛(wèi)革

(邢臺市交通運輸局)

1 煤矸石路用性能室內(nèi)試驗

(1)分別從邢臺煤礦的三個煤矸石山上取三組試樣，按照直觀顏色，分為灰褐色煤矸石(1#試樣)、紅色煤矸石(2#試樣)、黑色煤矸石(3#試樣)。

(2)結(jié)合以往煤矸石在其他路段的使用經(jīng)驗，確定對以上三組試樣進行顆粒分析、界限含水量、天然含水量、擊實試驗、承載比CBR、壓碎值、崩解性、膨脹性、礦物成分、燒失量和有機質(zhì)含量試驗。

①顆粒分析試驗

采用圓孔篩篩分法進行顆粒分析試驗，煤矸石天然樣品篩分通過率和篩分曲線如表1和圖1。

表1 煤矸石天然樣品篩分通過率 %

圖1 不同煤矸石篩分曲線圖

根據(jù)以上篩分試驗結(jié)果，三種煤矸石都具有良好的連續(xù)級配，且最大粒徑均滿足規(guī)范要求，可作為路基填料。

②界限含水量、天然含水量

采用液塑限聯(lián)合測定儀測定煤矸石的液限和塑限，計算天然稠度和塑性指數(shù)。

表2 煤矸石的液塑限試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，三種煤矸石液限均處于20～25之間，塑性指數(shù)在10左右，符合路基設(shè)計規(guī)范中對填料路用性能的要求，可用于路基填筑。

③擊實試驗

試驗之前將三組試樣中大于38 mm顆粒取出，計算通過百分率，對小于38mm部分，每組分3～5層分別進行擊實試驗，并對試驗所得的最大干密度和最佳含水量進行修正，試驗結(jié)果如表3。

表3 煤矸石擊實試驗結(jié)果

④CBR試驗

采用浸水CBR試驗測定煤矸石的強度及水穩(wěn)性能，室內(nèi)CBR試驗按路基施工時的含水量及壓實度要求在試筒內(nèi)制備試件，并在加載前浸泡在水中飽水96 h，灌入試驗使用路面材料強度試驗儀，試驗結(jié)果見表4。

表4 煤矸石的CBR試驗結(jié)果

⑤壓碎值

三組煤矸石試樣的壓碎值試驗結(jié)果如表5。

表5 煤矸石壓碎值試驗結(jié)果

煤矸石的礦物組成包括泥質(zhì)頁巖、砂巖，容易導(dǎo)致煤矸石破碎，其巖性決定了煤矸石的壓碎值較大，試驗結(jié)果表明煤矸石的壓碎值滿足路基設(shè)計規(guī)范要求。

⑥崩解性

因煤矸石中的軟巖成分遇水易發(fā)生崩解軟化，故需對其進行崩解性試驗，試驗方法為取某一粒徑大小的煤矸石浸水3 d后，可計算出崩解部分質(zhì)量占原試樣質(zhì)量的百分比，即為試樣的崩解量。三組試樣崩解性試驗結(jié)果如表6。

試驗結(jié)果表明，三組煤矸石試樣的崩解性較小，均較穩(wěn)定。

⑦膨脹性

試驗?zāi)康闹饕菧y定粒徑小于0.5 mm的煤矸石粉樣的自由膨脹率。結(jié)果見表7。

表6 煤矸石崩解性試驗結(jié)果 %

表7 煤矸石自由膨脹率試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明三組試樣的自由膨脹率均小于40%，滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2004)要求，可做直接作為路基填料使用。

⑧礦物成分

采用化學(xué)滴定方法測定三種煤矸石的化學(xué)組分，如表8。

表8 煤矸石礦物成分試驗結(jié)果

從礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)來看，三組煤矸石試樣中SiO2、Al2O3、Fe2O3等總含量均超過70%，未發(fā)現(xiàn)不適宜作為路基填料的成分。

⑨燒失量

分別對三組煤矸石試樣進行燒失量試驗，結(jié)果如表9。

表9 矸石燒失量試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，三組試樣的燒失量均小于20%，不會對路基穩(wěn)定性造成影響。2#試樣(紅色煤矸石)的燒失量比3#試樣(黑色煤矸石)小，主要原因為黑色煤矸石中含有殘留煤、有機質(zhì)等成分，在外界環(huán)境作用下發(fā)生風(fēng)化、崩解、自燃、有機質(zhì)灰化等反應(yīng)，因此黑色煤矸石相比于紅色煤矸石性質(zhì)不穩(wěn)定，在施工中宜采用紅色煤矸石作為路基填料。

⑩有機質(zhì)含量

根據(jù)三組煤矸石試樣化學(xué)成分分析，三組煤矸石有機質(zhì)含量均小于10%，滿足規(guī)范要求。

2 試驗結(jié)果分析

(1)根據(jù)篩分試驗結(jié)果，煤矸石級配良好，最大粒徑滿足設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范要求，可以經(jīng)過碾壓達到密實。

(2)化學(xué)成分及自由膨脹率試驗結(jié)果表明，煤矸石中SiO2、Al2O3、Fe2O3等礦物成分總含量大于70%，自由膨脹率小于40%，有機質(zhì)含量不超過10%，滿足規(guī)范對路基填料的要求。

(3)根據(jù)最佳含水量成型的試件，在壓實度達到96%時，試件在4 d飽水后的CBR值為20%以上，完全滿足設(shè)計與施工規(guī)范要求，表明煤矸石在浸水狀態(tài)下，仍然具有足夠的強度適宜作為路基填料。

(4)崩解性試驗結(jié)果表明，煤矸石崩解性較小，大塊的煤矸石崩解后變?yōu)檩^小的煤矸石顆粒，崩解性會進一步降低，穩(wěn)定性將進一步增加。

(5)燒失量試驗結(jié)果表明，該煤矸石的燒失量較小，對路基工程有不良影響的成分較少，不會對路堤穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語

通過對三組煤矸石試樣進行室內(nèi)試驗，結(jié)果表明其各種路用性能指標(biāo)均滿足設(shè)計和施工規(guī)范要求，可以利用作為路基填料。在施工中，宜優(yōu)先選用穩(wěn)定性能較好的紅色煤矸石，其次是灰褐色煤矸石，黑色煤矸石燒失量偏大，使用前應(yīng)嚴(yán)格進行現(xiàn)場檢驗，符合技術(shù)要求者方可使用。另外，要做好試驗路段，認(rèn)真總結(jié)完善施工工藝、質(zhì)量檢測方法和質(zhì)量控制措施，做好沉降觀測，保證煤矸石路基具有足夠的強度、穩(wěn)定性和耐久性。