黃帥帥 徐全鵬 李 浩

（齊魯交通發(fā)展集團(tuán)有限公司青臨分公司， 山東 濰坊 262500）

1 背景介紹

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)赤泥累積堆存量已超過(guò)3.5億噸，其中山東省的累積堆存量超過(guò)2億噸，堆場(chǎng)占地超過(guò)1300萬(wàn)平方米。2016年我國(guó)赤泥總排放量約為8000萬(wàn)噸，而消耗量?jī)H為320萬(wàn)噸，綜合利用率不足4%[1]。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外氧化鋁企業(yè)排放的赤泥主要是運(yùn)送到堆放場(chǎng)采用“濕式輸送-干式堆放”的方式進(jìn)行筑壩堆放。這種露天的堆放方式不僅占用大量土地，耗費(fèi)大量的堆場(chǎng)建設(shè)和耕地費(fèi)用，同時(shí)也對(duì)周?chē)馏w和地下水環(huán)境帶來(lái)安全隱患[2]。近幾年，在貴州、河南、山東、山西等地均發(fā)生過(guò)因赤泥堆放引起的地下水和地表水污染事故[3]。同時(shí)，因?yàn)槌嗄嗟膹?qiáng)堿性，植物難以生存，赤泥堆場(chǎng)無(wú)植被覆蓋，直接暴露在雨水的沖刷侵蝕下，極易引發(fā)滑坡、潰壩等災(zāi)害。

與此同時(shí)，隨著我國(guó)城市建設(shè)和公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，工程建設(shè)消耗了大量的不可再生資源。其中，經(jīng)過(guò)幾十年的破壞性開(kāi)采，我國(guó)多數(shù)地區(qū)的石灰?guī)r、玄武巖石料已成為稀缺資源。作為我國(guó)公路建設(shè)主要面層鋪裝材料的瀝青混合料，其中的填料部分即為石灰?guī)r經(jīng)破碎、磨細(xì)后制得的石灰?guī)r礦粉。填料的摻量約占瀝青混合料總質(zhì)量的5%，主要起填充集料骨架空隙、提高瀝青勁度和提高集料-膠漿黏附性等作用，是瀝青混合料中不可或缺的重要組成部分[4]。而隨著我國(guó)自然資源的不斷消耗，特別是近年來(lái)社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)和自然資源保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，大量的石灰?guī)r石料廠關(guān)閉，導(dǎo)致石料供不應(yīng)求[5]。與此同時(shí)，由于石灰?guī)r礦粉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量粉塵，對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生及其負(fù)面的影響，部分不合格的石灰?guī)r礦粉生產(chǎn)企業(yè)被關(guān)停整改，導(dǎo)致石灰?guī)r礦粉價(jià)格逐年攀升，給公路建設(shè)投資單位和施工企業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重的成本壓力。因此，研發(fā)成本可控、性能穩(wěn)定的石灰?guī)r礦粉替代材料，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的瀝青混合料制備工藝，是公路建設(shè)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

目前，針對(duì)不同品位的鋁土礦原料，采用的堿法處理工藝主要分為如下三種：拜耳法、燒結(jié)法和拜爾-燒結(jié)聯(lián)合法。由于鋁土礦原料和提取工藝的差異，對(duì)應(yīng)的赤泥殘?jiān)匦砸哺鞑幌嗤?/p>

隨著環(huán)境與資源問(wèn)題的加劇，赤泥的無(wú)害化與綜合利用成為氧化鋁企業(yè)可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中的重要議題，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究工作，提出了幾十種關(guān)于赤泥綜合利用的途徑，并取得了一定的效果。

在對(duì)赤泥基本特性進(jìn)行了詳盡研究的基礎(chǔ)上，許多學(xué)者對(duì)固體廢棄物-赤泥的綜合利用也進(jìn)行了探索，并取得了一系列成果。另外，利用赤泥比表面積大的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于環(huán)境吸附、污水處理等領(lǐng)域也有了較大的進(jìn)展。然而，這些生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Τ嗄嗟南牧肯鄬?duì)較小，并且因?yàn)槌杀竞图夹g(shù)水平的限制，沒(méi)能大范圍推廣應(yīng)用，導(dǎo)致目前赤泥綜合利用率偏低。赤泥的規(guī)?；?、減量化利用仍是一個(gè)世界性難題。

將赤泥與其它原料進(jìn)行協(xié)同，制備用于不同層位的道路工程材料，代替水泥、石灰等傳統(tǒng)筑路材料，是赤泥再生利用的有效途徑。Kehagia等研究了赤泥作為路基材料的變形特性，并發(fā)現(xiàn)赤泥的物理性能和強(qiáng)度指標(biāo)可以達(dá)到路基填筑的基本要求。Peerapong 等對(duì)火山灰、石灰粉穩(wěn)定下的赤泥進(jìn)行了研究，分析了混合材料的強(qiáng)度、回彈模量及永久變形，得到最佳配比，并與路基常用材料（碎石+2%波特蘭水泥）進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)赤泥基材料的回彈模量及永久變形特性要優(yōu)于常用路基材料。齊建召進(jìn)行了赤泥做道路基層材料的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)與一定粉煤灰、石灰的混摻，可以制備滿足高速公路和一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定赤泥填料，且赤泥填料強(qiáng)度高、CBR值大，性能優(yōu)于常用半剛性基層材料。王輝、焦莎莎等在赤泥中添加不同固化劑來(lái)嘗試提高赤泥基層材料的強(qiáng)度和滲透性、改善其微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)添加劑的使用有效減少了傳統(tǒng)固化劑的用量，得出了赤泥作為道路基層材料的最佳配合比。秦旻等將赤泥用做道路墊層材料并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明赤泥的摻入有效提高混合料的早期抗壓強(qiáng)度和收縮變形；田高源等將赤泥部分代替水泥，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)、電阻率測(cè)試、直接剪切試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)等分析了不同影響因素對(duì)赤泥改良土體工程特性的影響，得到了赤泥的最佳配比。米棟云等研究了不同赤泥摻量對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)赤泥的適當(dāng)摻入使水泥土 28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到3.5Mpa，較不加入赤泥時(shí)提高近 34.7%。

針對(duì)赤泥粉體在瀝青及瀝青混合料性能的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)性研究。桂林理工大學(xué)的包惠明教授利用赤泥的多空隙結(jié)構(gòu)和更大的比表面積，制備了赤泥改性瀝青并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)赤泥能顯著提高瀝青的粘度和高溫穩(wěn)定性，赤泥顆粒能在瀝青中均勻分布，并與瀝青形成良好的吸附界面。而對(duì)于赤泥改性瀝青混合料的研究，通過(guò)調(diào)整赤泥的摻量，可以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及抗水損壞性能。同濟(jì)大學(xué)的李輝教授利用赤泥代替石灰?guī)r礦粉制備透水瀝青混凝土，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)赤泥代替礦粉后可以提高瀝青膠漿的應(yīng)變恢復(fù)率從而提高其高溫性能，同時(shí)可以提高瀝青膠漿與集料的黏附性，從而提高瀝青混合料的抗松散性，證明赤泥可以作為石灰?guī)r礦粉的替代材料用于制備瀝青混合料。

3 有待解決的問(wèn)題

作者對(duì)赤泥代替石灰?guī)r礦粉制備瀝青混合料的可行性進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。通過(guò)毒性浸出試驗(yàn)和放射性試驗(yàn)對(duì)赤泥作為路用材料的安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)赤泥中的重金屬離子浸出量和放射性均能滿足規(guī)范要求。由于赤泥的微觀多孔結(jié)構(gòu)和粒度分布特性，赤泥代替礦粉可以提高瀝青膠漿的模量和彈性，同時(shí)可以提高瀝青膠漿的車(chē)轍因子，從而改善瀝青混合料的高溫性能。通過(guò)對(duì)拜耳法赤泥與燒結(jié)法赤泥的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)法赤泥可以更好地提高瀝青膠漿的彈性恢復(fù)特性。但是，在研究中也發(fā)現(xiàn)赤泥的加入雖然能提高集料-膠漿界面的粘結(jié)強(qiáng)度，但是遇水后其強(qiáng)度衰減較塊，水穩(wěn)定性較差。同時(shí)，在動(dòng)水作用下，赤泥膠漿中的赤泥會(huì)在膠漿中析出，說(shuō)明赤泥與瀝青的界面在遇水條件下容易剝離，進(jìn)而容易引起瀝青混合料的水損壞。因此，通過(guò)合理的改性工藝提高赤泥與瀝青的黏附性，改善赤泥瀝青膠漿遇水強(qiáng)度衰減的問(wèn)題，并通過(guò)級(jí)配設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化，提高赤泥在瀝青混合料中的水穩(wěn)定性，制備綜合性能優(yōu)良的赤泥瀝青混合料，是今后研究需要解決的核心問(wèn)題。