令狐克浪 張行鵬 袁 波 胡洪麗 唐明英

貴州省公路工程集團(tuán)有限公司

1 錳渣產(chǎn)量

貴州銅仁錳豐富，錳渣產(chǎn)量大，日產(chǎn)2000多噸，錳渣大量的產(chǎn)出，需要大量的土地堆放，同時(shí)重金屬由少變多的聚集，對(duì)渣源堆放地周邊的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境造成影響，為了減少環(huán)境污染，節(jié)約用地，對(duì)錳渣應(yīng)用的研究勢(shì)在必行。

2 錳渣形態(tài)

剛出爐的錳渣黏結(jié)成塊狀，如細(xì)黏土，從表面觀初步判斷，處于塑限含水量的狀態(tài)。

3 化學(xué)成分分析

3.1 礦物質(zhì)含量分析

根據(jù)表1表2兩個(gè)生產(chǎn)廠錳渣的化學(xué)分析初步確定，SO3含量過(guò)高，（K2O+Na2O）含量也偏高，《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 51003—2014）規(guī)定，粉煤灰SO3≦3%，鋼渣粉及?；郀t礦渣粉等摻和料SO3≦4%，初步判定不宜用于水泥混凝土，水泥混凝土要求摻和料中SO3≦3%。

表1 銅仁松桃三和電解錳渣

3.2 電解錳渣浸出毒性測(cè)試

根據(jù)我國(guó)固體廢棄物浸出毒性的測(cè)試方法（HJ 557—2010）。對(duì)電解錳渣進(jìn)行浸出毒性測(cè)試，以純水為浸取劑，且電解錳渣與純水質(zhì)量比為1:10，（純水密度為1g/cm3）常溫下，樣品在110±10min-1轉(zhuǎn)速條件下浸出8h，放置16h，過(guò)濾，檢測(cè)濾液中各物質(zhì)的濃度。由表2可知，電解錳渣浸出液中主要含有Mn2+、NH3+-N、Ca2+、Mg2+，其中電解錳渣浸出液中重金屬Cu、Zn、Cr、Co、Sb、Cd、Sn、Pb等離子的含量均低于國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，而Mn2+和NH3+-N浸出液濃度分別為1187.71mg/L、396.49mg/L，其含量遠(yuǎn)超《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）。

表2 銅仁大龍西能硫酸錳渣

表3 電解錳渣浸出測(cè)試

4 Mn2+和NH3-N超標(biāo)問(wèn)題處理方法

由于貴州土質(zhì)多屬于黏土，黏土對(duì)Mn2+和NH3-N均有一定的吸附作用，擬采用1層黏土1～3層（試驗(yàn)確定）錳渣的填筑方式，下層的黏土把上層錳渣滲出的Mn2+和NH3-N吸附，解決了Mn2+和NH3-N對(duì)環(huán)境造成的危害。

5 錳渣作為路基填料研究試驗(yàn)

錳渣來(lái)源，貴州省銅仁市三和錳業(yè)棄渣場(chǎng)，直接從運(yùn)渣輸送帶上取樣。

試驗(yàn)方法，所有檢測(cè)指標(biāo)均是根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTGF40—2007）進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果，最大干密度和最佳含水量采濕法試驗(yàn)，同時(shí)采用重型擊實(shí)和輕型擊實(shí)兩種方式互相驗(yàn)證。CBR采用的是重型擊實(shí)試驗(yàn)。

5.1 用于路基填料初步試驗(yàn)成果

根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTGC 20—2011）判斷，三和錳渣液限指數(shù)為IL=0.04，0＜IL≦0.25屬于硬塑黏性土；自由膨脹率為F a=7.77%，F(xiàn)a＜40%屬于非膨脹土；根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG 3610—2019）規(guī)定，CBR強(qiáng)度為22.8%，大于8%，所檢指標(biāo)滿足路基填料要求，可作為路基各層的填料（見(jiàn)表1）。作為路基填料時(shí)，錳渣的天然含水量接近塑限含水量，滿足路基填筑壓實(shí)要求，便于施工。（注意各類錳渣的性能是不同的，需要以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，如西能的硫酸錳渣最大干密度1.33，CBR=21.4%，0.045mm的累計(jì)篩余（細(xì)度）28.3%）。

6 水泥錳渣穩(wěn)定土和石灰錳渣穩(wěn)定土研究試驗(yàn)成果

(1）細(xì)集料：細(xì)度模數(shù)據(jù)3.0，級(jí)配為I區(qū)的機(jī)制砂，石粉含量11%，不含泥，亞甲藍(lán)＜1.4，母材抗壓強(qiáng)度80MPa。

（2）粗集料：最大粒徑25mm，5～20mm的連續(xù)級(jí)配，母材抗壓強(qiáng)度80MPa，不含泥。

（3）水泥：紅獅牌PO 42.5水泥。

（4）錳渣：三和錳業(yè)直接廢棄的錳渣，采用水洗法進(jìn)行細(xì)度試驗(yàn)0.075mm的篩余為5.3%，0.045mm的累計(jì)篩余（細(xì)度）12.5%。

（5）7天無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)方法。由于天然錳渣很難烘干，且烘干后也是塊狀，需要磨細(xì)才能使用，考慮烘干-磨細(xì)過(guò)程需要成本較大。把天然含水量的錳渣塊烘干后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)的拌和方法如下：①水泥錳渣穩(wěn)定土試驗(yàn)拌和方法，先把不同摻量的錳渣按比例稱好，再按比例加水浸泡后攪拌成錳渣漿體，然后加入已拌和好的水泥砂石混合料中進(jìn)行拌和，拌和時(shí)間需要2min～4min，錳渣摻量越高拌和時(shí)間越長(zhǎng)，做7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。②石灰錳渣穩(wěn)定土試驗(yàn)拌和方法，生石灰、錳渣、水、按比例拌和成二灰漿，二灰將再與砂石按比例拌和成二灰土，做7天、28天、60天的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

（6）7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。在試驗(yàn)過(guò)程中，保持拌和物的施工性能（干濕度）與未加錳渣的拌和物性能一致，每增加3%的錳渣，就要增加水0.52%。

①水泥錳渣穩(wěn)定土試驗(yàn)結(jié)果顯示（表5），水泥用量不變，增加錳渣會(huì)降低7天強(qiáng)度，錳渣的增加在15%以內(nèi)，7天無(wú)側(cè)限強(qiáng)度沒(méi)變化不大，如果錳渣增加到20%以上，由于用水量大量增加，水與水泥的比例增加，導(dǎo)致7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低；如（表5）中，水泥+錳渣=2%+15%與水泥+錳渣=5%+20%的7天抗壓強(qiáng)度相等，均為4MPa，如果保持7天強(qiáng)度一致，錳渣摻量大于20%，對(duì)水泥的消耗增大，不節(jié)約成本；增加錳渣摻量，能改善拌和物的施工性能，但降低早期強(qiáng)度，減少錳渣摻量可以提高早期強(qiáng)度，并節(jié)約成本。因此在使用時(shí)，根據(jù)需要，選擇錳渣摻量。

表4 錳渣作為填料時(shí)路用性能試驗(yàn)結(jié)果

表5 水泥錳渣穩(wěn)定土試驗(yàn)數(shù)據(jù)

②石灰錳渣穩(wěn)定土試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示（表6），7天強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度隨齡期延長(zhǎng)而增長(zhǎng)，

表6 石灰錳渣穩(wěn)定土試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)以上初步試驗(yàn)成果，說(shuō)明錳渣在公路工程中是有一定使用價(jià)值的，但還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究證明它的穩(wěn)定性和對(duì)環(huán)境的影響。

7 下步研究試驗(yàn)計(jì)劃

前期的試驗(yàn)結(jié)果，只能說(shuō)明錳渣各項(xiàng)指標(biāo)滿足《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610—2019）對(duì)路基填料的技術(shù)要求；滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGF20—2015）中7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求；作為填料對(duì)環(huán)境影響方面未說(shuō)清楚，作為膠材產(chǎn)生的收縮膨脹對(duì)路面基層后期造成破壞未說(shuō)清，作為膠材后期強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)未說(shuō)清楚，因此還需要完成以下試驗(yàn)。

7.1 中期試驗(yàn)計(jì)劃

（1）錳渣填料的路用性能試驗(yàn)：對(duì)西能廠的硫酸錳渣進(jìn)行路用性能各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，包括用于填方的性能指標(biāo)，和用于路面的性能指標(biāo)。

（2）浸出毒性測(cè)試：為了防止錳渣滲出液對(duì)環(huán)境造成污染，基于黏土對(duì)Mn2+和NH3-N離子有吸附作用來(lái)考慮，計(jì)劃采用天然含水錳渣進(jìn)行試驗(yàn)（與實(shí)際施工相同），黏土與錳渣分層壓實(shí)，按1:1、1:2、1:3、1:4、1:5進(jìn)行分層壓實(shí)，壓實(shí)度按50%進(jìn)行（壓實(shí)度過(guò)大，水滲不下去），干錳渣與水的比例按1:10的加水浸滲，檢測(cè)滲出液中的Mn2+和NH3-N含量及其他有害物質(zhì)含量，以便確定路基分層填筑方案。

(3）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：固定水泥摻量為3%，分別摻入最大干密度的5%、10%、15%、20%、25%的錳渣，每增加5%的錳渣，砂率降低1%、2%，測(cè)7天、28天、60天強(qiáng)度，找強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

（4）干縮試驗(yàn)：固定水泥摻量為5%，分別摻入最大干密度的10%、15%、20%、25%、30%、40%的錳渣（每增加5%的錳渣，砂率降低1%、2%），檢測(cè)穩(wěn)定土的干縮值，找出導(dǎo)致收縮的摻量范圍。

7.2 后期試驗(yàn)計(jì)劃

7.2.1 路基填方試驗(yàn)段

找一段長(zhǎng)大于200m高大于2m的路基做試驗(yàn)段——根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果、現(xiàn)場(chǎng)情況，編寫試驗(yàn)段施工方案——按方案填筑（每層檢測(cè)壓實(shí)度）——填筑完成后在路基底部及頂部設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，路基底部設(shè)積水檢測(cè)點(diǎn)——檢測(cè)沉降數(shù)據(jù)和積水的有害物質(zhì)含量——總結(jié)成果。

7.2.2 路面基層試驗(yàn)段

可以在路基試驗(yàn)段上做路面基層試驗(yàn)段——根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果、現(xiàn)場(chǎng)情況編寫試驗(yàn)段施工方案——按方案施工（檢測(cè)壓實(shí)度和7天無(wú)側(cè)限強(qiáng)度）——養(yǎng)護(hù)——鉆芯檢測(cè)強(qiáng)度——檢查基層表面是否產(chǎn)生裂紋——營(yíng)運(yùn)一段時(shí)間后路面情況——總結(jié)。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)初步研究，確認(rèn)錳渣的各項(xiàng)指標(biāo)滿足公路填料及路面基層的基本要求，為后期研究奠定了基礎(chǔ)，增強(qiáng)了研究信心。