趙瑞卿

摘要：文章為了研究油頁巖廢渣在路基工程中的可用性，在油頁巖廢渣中摻入不同比例的黏土，分別進(jìn)行壓實(shí)特性、CBR承載比、回彈模量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）擊實(shí)試驗(yàn)中，隨著在油頁巖廢渣中黏土摻量的增加，改良土的最大干密度增加，且黏土對油頁巖廢渣之間的空隙進(jìn)行了有效填充;（2）壓實(shí)度為定值時(shí)，摻入黏土的油頁巖廢渣改良土的CBR值隨著黏土摻量的增長而增長;（3）摻入黏土的油頁巖廢渣改良土的回彈模量隨著黏土摻量的增加而增大。

關(guān)鍵詞：油頁巖廢渣;路用性能;擊實(shí)試驗(yàn);CBR承載比;回彈模量

0 引言

油頁巖屬于可燃沉積巖的一種，同時(shí)是非常重要的非常規(guī)油氣資源。該資源不僅儲(chǔ)量大，而且開發(fā)性很強(qiáng)，在21世紀(jì)逐漸成為重要的替代能源。由于目前對油頁巖的大規(guī)模開采，造成一種油頁巖廢渣消耗量遠(yuǎn)小于產(chǎn)出規(guī)模的不平衡現(xiàn)象[1]。

油頁巖是一種非常重要的礦產(chǎn)資源，不僅可用于提煉燃料，而且可以直接燃燒從而進(jìn)行火力發(fā)電。油頁巖經(jīng)過提取干餾過程或者焚燒后所剩下的物質(zhì)就是油頁巖廢渣[2]。油頁巖廢渣同時(shí)包括在其開采過程中脫落的圍巖。隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展和深入，能源需求不斷增加，油頁巖開采也不斷增加，從而導(dǎo)致油頁巖廢渣也越來越多[3]。油頁巖廢渣當(dāng)前的消耗途徑主要是用于制作建筑材料，但是經(jīng)濟(jì)效益不高，所產(chǎn)生的附加價(jià)值太低。另一種是利用油頁巖提取化學(xué)元素，但是仍未解決提取后剩下的油頁巖廢渣的處理問題，未能從廢渣中提取出的大量對人體有毒、對環(huán)境有害的物質(zhì)會(huì)隨著廢渣風(fēng)化的過程逐漸進(jìn)入周圍的土壤，對環(huán)境造成污染，使堆積場地附近的土地酸化毒化，降低土壤的可利用價(jià)值，最終危害到居民的身體健康[4]。

為了奉行可持續(xù)發(fā)展的根基理念，達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)共生，如何合理有效地利用油頁巖廢渣，化廢為寶，是一個(gè)亟待解決的問題[5]。在公路路面和路基建設(shè)過程中需要大量的巖石碎渣，將油頁巖廢渣應(yīng)用于上述工程中，在緩解路基建筑材料緊張稀缺的同時(shí)也可以解決部分油頁巖廢渣的后期處理問題，這樣不僅可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以使油頁巖廢渣得到充分有效的利用[6]。

為了研究油頁巖廢渣在路基路面工程中是否能夠得到有效利用，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，本文在油頁巖廢渣中摻入不同比例的黏土，進(jìn)而研究其路用性能（下文中將油頁巖廢渣路基填土稱為改良土）[7]。

1 工程概況

本次試驗(yàn)研究對象為我國北部某地區(qū)二級公路某路段，路段全長近1 000 m。該路段以較少的投資和造價(jià)修建盡可能寬敞筆直的路面，且自然環(huán)境較好，要求路面等級較高和通行能力較強(qiáng)。

本次采用的是產(chǎn)自某電廠的油頁巖廢渣，其具有頁巖的薄片層狀節(jié)理結(jié)構(gòu)，其巖心處大多呈片理狀結(jié)構(gòu)，片狀顆粒含量較多，松散無結(jié)塊，通常在干燥或受外力情況下沿片狀產(chǎn)生破裂。該油頁巖廢渣水分含量高，狀態(tài)較為潮濕，具有較大的天然含水率。將提取過頁巖油和火力發(fā)電后產(chǎn)生的油頁巖廢渣回收利用，作為公路建設(shè)中的路基填料。前期對油頁巖廢渣單質(zhì)材料的化學(xué)、物理及力學(xué)性能進(jìn)行了測試，由測試結(jié)果可知其具有以下特點(diǎn)：

（1）顆粒形貌均呈粒狀，表面粗糙度高，粒徑較小。

（2）材料的粗料密度與普通石料密度接近，吸水率均較高，油頁巖電廠渣無膨脹性。

（3）對比普通碎石，油頁巖電廠渣壓碎值試驗(yàn)結(jié)果均較大，其強(qiáng)度較低。

將油頁巖廢渣作為路基改良土，其路用性能是否滿足路用填料各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值得考究。因此，為緩解路基建筑材料緊張稀缺的同時(shí)解決部分油頁巖廢渣的后期處理問題，本次試驗(yàn)對改良土壓實(shí)特性、CBR承載比、回彈模量展開研究，對提升公路工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。

2 試驗(yàn)流程及結(jié)果分析

道路路基填土材料必須滿足相應(yīng)的路用性能要求，因此對油頁巖進(jìn)行摻雜不同百分比的黏土進(jìn)行壓實(shí)特性試驗(yàn)、CBR承載比測定試驗(yàn)、回彈模量測定試驗(yàn)[8-9]。

2.1 改良土壓實(shí)特性試驗(yàn)

路基填土材料在經(jīng)過壓實(shí)后可獲得一定的密實(shí)度，從而使路基達(dá)到穩(wěn)定性和強(qiáng)度的要求。由于油頁巖廢渣不能單獨(dú)作為路基填土材料，因此，本文分別將15%、25%、35%、45%的黏土摻入油頁巖廢渣中進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，分別測試其最大干密度和最佳含水率。

通過擊實(shí)試驗(yàn)得出測試結(jié)果如表1所示。

由以上數(shù)據(jù)可知：改良土的最大干密度隨著黏土摻量的增加而增加。說明本批次試驗(yàn)所用的油頁巖廢渣顆粒較大，在和黏土混合后，隨著擊實(shí)試驗(yàn)過程的進(jìn)行，黏土對油頁巖廢渣間的空隙進(jìn)行填充。同時(shí)也可從上述數(shù)據(jù)中得出：隨著黏土摻量增大，改良土的最佳含水率減小。

選取黏土摻量為35%的改良土的擊實(shí)曲線進(jìn)行分析，如圖1所示。

由圖1可見，黏土摻量為35%的改良土擊實(shí)效果很好，再次證明了在擊實(shí)過程中，黏土顆粒填充了油頁巖廢渣之間的間隙，使得改良土達(dá)到顆粒粒徑級配上的良好狀態(tài)。

同時(shí)可知，在擊實(shí)過程中，改良土干密度在達(dá)到最大干密度之前，隨著含水率的增加而增加。當(dāng)干密度達(dá)到最大值后，改良土干密度隨著含水率的增加而減小。

2.2 改良土承載比（CBR）測定試驗(yàn)

加利福尼亞CBR試驗(yàn)通常用于評估路基或路面材料的承載能力。土體的承載能力以其局部抗壓變形能力為特征，以標(biāo)準(zhǔn)砂礫的承載能力為標(biāo)準(zhǔn)，CBR值以相對值的百分比表示，用其相對值的百分?jǐn)?shù)表示CBR值。CBR試驗(yàn)通常分為室內(nèi)CBR試驗(yàn)和室外CBR試驗(yàn)。為了減少外界因素的影響，本次采用室內(nèi)CBR試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)分別測試黏土摻量為35%和45%的改良土的CBR值。測試結(jié)果數(shù)據(jù)收集如下頁表2所示。

為了更好地體現(xiàn)當(dāng)黏土摻量為一定值時(shí)CBR值隨著壓實(shí)度改變的變化情況，繪制曲線圖如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)壓實(shí)度一定時(shí)，摻入黏土的油頁巖廢渣改良土CBR值隨著黏土摻量的增加而增加。35%和45%黏土摻量的改良土在不同壓實(shí)度下均具有相當(dāng)強(qiáng)度的CBR值，滿足路基填料的相關(guān)工程規(guī)范，說明黏土的摻入能夠極大地改善油頁巖廢渣的路用力學(xué)性能。同時(shí)，隨著黏土摻量的提高，油頁巖改良土的CBR值也得到很大提升。

2.3 改良土回彈模量測定試驗(yàn)

土體在受到壓縮作用后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的彈性應(yīng)變，將應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為回彈模量。在路基和路面設(shè)計(jì)中，回彈模量是一個(gè)重要的強(qiáng)度指標(biāo)。需要注意的是，土體彈性模量代表了土體在彈性變形階段在豎向荷載作用下的豎向變形抗力。

使用圓形承壓板對土樣進(jìn)行壓縮，從而測得回彈模量。本文采用室內(nèi)“小承重板法”，分別在黏土摻量為35%和45%的情況下，對改良油頁巖土回彈模量進(jìn)行測試，采用式（1）來計(jì)算改良土的回彈模量。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

E=πDP4h（1-μ2）（1）

式中：E——改良土回彈模量（kPa）;

D——?jiǎng)傂猿休d板直徑（m）;

P——?jiǎng)傂猿休d板上的單位壓應(yīng)力（kPa）;

h——單位應(yīng)力下的變形（m）;

μ——改良土泊松比。

由表3可知，改良土的回彈模量隨著摻入黏土比例的增加而增大。同時(shí)該批次油頁巖改良土的回彈模量數(shù)值很大，表示具有很好的承載能力，能夠滿足路用的基本要求。

3 結(jié)語

本次試驗(yàn)在室內(nèi)條件下測試不同黏土摻入比例的情況下油頁巖廢渣改良土的壓實(shí)特性、CBR值、回彈模量等路用性能。得出以下結(jié)論：

（1）擊實(shí)試驗(yàn)中，隨著在油頁巖廢渣中摻入黏土比例的增加，改良土的最大干密度增加。本批次試驗(yàn)所用的油頁巖廢渣顆粒較大，黏土在擊實(shí)過程中對油頁巖廢渣間的空隙進(jìn)行了有效填充。隨著黏土摻量增大，改良土的最佳含水率減小。

（2）在壓實(shí)度一定時(shí)，摻入黏土的油頁巖廢渣改良土的CBR值隨著黏土摻量的增加而增加。

（3）摻入黏土的油頁巖廢渣改良土的回彈模量隨著黏土摻量的增加而增大。

參考文獻(xiàn)：

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[7]葉吉文，楊 洋，徐明珠.油頁巖資源利用與發(fā)展前景[J].中國資源綜合利用，2010（6）：21-23.

[8]JTG D30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[9]JTG051-93，公路土工試驗(yàn)規(guī)范[S].