甫爾海提·艾尼瓦爾

(新疆交投建設(shè)管理有限責(zé)任公司， 烏魯木齊 830000)

新疆S21沿線地質(zhì)狀況復(fù)雜多樣，包括鹽漬土、膨脹泥巖土、風(fēng)積沙土、濕陷粉土和軟弱粘土等多種特殊土。如何在保證路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的條件下，將經(jīng)過處理的特殊土用作路基填料，這對降低工程造價(jià)意義重大。目前，關(guān)于特殊土路基處治方法多種多樣，常見的有換土墊層法、振密法、擠密法、排水固結(jié)法、置換法、加筋法、膠結(jié)法、冷熱處理法等[1-3]，但這些傳統(tǒng)特殊土路基處理方式的適用性有限、工程造價(jià)相對較高。為此，研究人員不斷尋求更高經(jīng)濟(jì)效益的處治方式[4]。如何利用工業(yè)廢渣處治路基土成為其中優(yōu)化選項(xiàng)之一，其中借助鋼渣、宕渣等工業(yè)廢渣處治路基成為熱點(diǎn)研究內(nèi)容[5-6]。相較傳統(tǒng)方法(水泥、石灰固化土、有機(jī)類固化劑等)處治特殊土路基[7-9]，利用工業(yè)廢渣在堿性激發(fā)劑的作用下可生成膠凝性水化物特性，以此制備固化劑，固化效果優(yōu)于傳統(tǒng)水泥固化，且在處治不良地基土實(shí)際應(yīng)用效果較現(xiàn)有傳統(tǒng)換填處治成本低、效果更好，這為處治特殊土路基提供新的思路[10-12]。但目前對利用工業(yè)廢渣與特殊土的土樣配伍性、配合比設(shè)計(jì)等問題研究較少，尤其是多元工業(yè)廢渣的復(fù)配處治路基的研究更少。鑒于此，本項(xiàng)目擬結(jié)合爐渣-礦渣-電石渣特性及公路特殊土路基特點(diǎn)，對三渣處治特殊土路基技術(shù)進(jìn)行研究，以期實(shí)現(xiàn)廢渣高效利用、降低路基處治成本，解決特殊土路基處理難題，為實(shí)現(xiàn)綠色高效公路建設(shè)提供一定的工程參考和技術(shù)支持。

1 原材料物化特性分析

1.1 工業(yè)廢渣特性分析

為分析工業(yè)廢渣(爐渣、礦渣、電石渣)特性，調(diào)研選取昆侖鋼鐵礦渣、甘泉堡爐渣、中泰化學(xué)電石渣等工業(yè)廢渣，通過XRF熒光光譜分析得到其主要化學(xué)成分，結(jié)果見表1。

表1 工業(yè)廢渣主要化學(xué)成分

由表1可知，3種工業(yè)廢渣中，礦渣和電石渣中化學(xué)成分以CaO、SiO2為主，其中CaO占比約為50%；而爐渣中各化學(xué)成分含量基本相當(dāng)，占比在10%～30%之間。三者的化學(xué)成分組成與普通硅酸鹽水泥的成分相似，對其穩(wěn)定土的性能提升有利。

1.2 粉粘土特性分析

為分析粉粘土工程特性，按照土工試驗(yàn)規(guī)程，對粉粘土進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)、液塑限聯(lián)合測定試驗(yàn)，粉粘土的粒徑篩分結(jié)果見表2，錐入深度hp與含水率ω的關(guān)系曲線如圖1所示。

表2 粉粘土的粒徑篩分結(jié)果

圖1 粉粘土的錐入深度hp與含水率ω的關(guān)系曲線

由表2可知，粉粘土顆粒0.25 mm以下質(zhì)量約為95%，其中0.01 mm～0.075 mm質(zhì)量約為80%。根據(jù)錐入深度hp與含水率ω關(guān)系曲線，得出粉粘土的液限為27.6%、塑限為16.7%，塑性指數(shù)為10.9。說明該粉粘土中細(xì)顆粒含量較高，其比表面積相對較大，則達(dá)到最佳狀態(tài)需結(jié)合的水量也較大[13]。

2 三渣體系最優(yōu)配合比確定

為確定三渣體系(爐渣、礦渣、電石渣)的最優(yōu)組成比例，按照不同三渣配比穩(wěn)定特殊土(粉質(zhì)粘土、鹽漬土、風(fēng)積沙)，其中三渣體系選擇10%、15%兩種不同摻量，水灰比為0.4，測試其7 d、28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。不同三渣配比下7 d、28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化曲線分別如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，爐渣、礦渣、電石渣穩(wěn)定粉質(zhì)粘土7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度效果最好，其次鹽漬土，風(fēng)積沙波動較大效果最差。其中礦渣的組成成分與普通硅酸鹽成分比例組成十分接近，而爐渣顆粒相對較大、電石渣粒徑較小，三者相互補(bǔ)充使得三渣體系的級配組成更合理，其中礦渣作為膠凝體系強(qiáng)度形成主要來源，其組成占比較多[14-15]。整體而言，三渣體系與粉質(zhì)粘土、鹽漬土的配伍性較好，強(qiáng)度均滿足路基修筑要求。綜合考慮，初步得出強(qiáng)度優(yōu)異的試驗(yàn)配比為礦渣∶爐渣∶電石渣=8∶3∶4。

3 三渣穩(wěn)定粉粘土配伍性驗(yàn)證

將三渣體系按照礦渣∶爐渣∶電石渣=8∶3∶4配比合成后，開展三渣穩(wěn)定粉粘土的顆粒篩分試驗(yàn)以及液塑限聯(lián)合測定試驗(yàn)，三渣穩(wěn)定粉粘土的粒徑篩分結(jié)果見表3，錐入深度hp與含水率ω的關(guān)系曲線如圖4所示。

(a) 10%摻量的三渣穩(wěn)定特殊土

(b) 15%摻量的三渣穩(wěn)定特殊土

(a) 10%摻量的三渣穩(wěn)定特殊土

(b) 15%摻量的三渣穩(wěn)定特殊土

表3 三渣穩(wěn)定粉粘土的粒徑篩分結(jié)果

圖4 三渣穩(wěn)定粉粘土的錐入深度hp與含水率ω的關(guān)系曲線

經(jīng)試驗(yàn)可得，三渣穩(wěn)定粉粘土的液限為33.7%、塑限為22.9%，塑性指數(shù)為10.8，與單一粉粘土液塑限值相比，其液限、塑限值分別提高了22%、37%，說明采用三渣穩(wěn)定粉粘土后，其對水的敏感性變小，對其承載力提升有利，工程性質(zhì)更好。

4 三渣穩(wěn)定粉粘土強(qiáng)度試驗(yàn)

為了驗(yàn)證三渣穩(wěn)定粉粘土的強(qiáng)度，采用JTG 3430—2020《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中重型擊實(shí)法得到三渣穩(wěn)定粉粘土(其中礦渣∶爐渣∶電石渣配比為8∶3∶4，三渣體摻量為15%)的最大干密度、最佳含水率分別為1.89 g/cm3、14.1%，并成型最佳含水率下三渣穩(wěn)定粉粘土試件，測試其承載比(CBR)、回彈模量、滲透系數(shù)等，結(jié)果見表4。

由表4可知，相對于每層擊實(shí)50次，每層擊實(shí)98次試件的性能(CBR、回彈模量以及滲透系數(shù))更優(yōu)，即隨擊實(shí)次數(shù)增加，三渣穩(wěn)定粉粘土的壓實(shí)度越高、吸水量更少、膨脹量更小、干密度更大，從而其性能較優(yōu)。但每層擊實(shí)50次和每層擊實(shí)98次制備試件的CBR值均大于30%、回彈模量均大于200 MPa，遠(yuǎn)超過JTG/T 3610—2019《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》相應(yīng)的規(guī)定要求，滿足路基填筑要求。

表4 三渣穩(wěn)定粉粘土的性能測試結(jié)果

5 結(jié)論

1) 通過XRF熒光光譜分析試驗(yàn)分析得到3種工業(yè)廢渣的主要化學(xué)成分，礦渣和電石渣中化學(xué)成分以CaO、SiO2為主，其中CaO占比約為50%，而爐渣中各化學(xué)成分含量基本相當(dāng)，占比在10%～30%之間，其化學(xué)成分組成與普通硅酸鹽水泥的成分相似，對其穩(wěn)定土的性能提升有利。

2) 基于三渣穩(wěn)定粉粘土抗壓強(qiáng)度最優(yōu)原則推薦了三渣體系最優(yōu)配合比，研究表明礦渣∶爐渣∶電石渣為8∶3∶4時(shí)，三渣穩(wěn)定粉粘土抗壓強(qiáng)度最佳。

3) 驗(yàn)證了三渣穩(wěn)定粉粘土的CBR，在其最佳含水率為14.1%、最大干密度為1.89 g/cm3時(shí)，測得三渣穩(wěn)定粉粘土試件的CBR值均大于30%、回彈模量均大于200 MPa，遠(yuǎn)超規(guī)范的要求，滿足路基填筑要求，證明其可用于路基填土。