陶瓷壓濾泥材料在石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層中的應(yīng)用

孫文州

（上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海市200031）

0 前言

伴隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、人民生活水平及審美觀的不斷提高，人們對陶瓷的消費(fèi)需求不斷擴(kuò)大，陶瓷類產(chǎn)品產(chǎn)量日益增長。陶瓷壓濾泥作為陶瓷生產(chǎn)的副產(chǎn)品，產(chǎn)生于磚坯的磨邊與拋光過程中，此時(shí)磚坯表面會被磨去一部分，這些被磨去的部分，隨磨邊機(jī)與拋光機(jī)的冷卻水流入循環(huán)系統(tǒng)中的泥漿沉淀桶沉淀。再由泥漿泵將這些泥漿送入壓濾機(jī)脫水使泥漿變?yōu)楣腆w的泥餅?zāi)嘁卜Q作壓濾泥。壓濾泥作為陶瓷生產(chǎn)廢料，數(shù)量巨大，如何進(jìn)行妥善處理是生產(chǎn)廠家和環(huán)保部門所必需面對的問題。受當(dāng)前技術(shù)與工藝限制，目前尚不能回收并直接用作陶瓷生產(chǎn)原料，前些年對此類材料主要作填埋處理。已有實(shí)踐表明由于壓濾泥內(nèi)含有無機(jī)鹽類，填埋后這些鹽類滲入土壤中，給土壤環(huán)境帶來了負(fù)面影響，浪費(fèi)了土地資源也污染了水資源。為保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，有必要對此材料進(jìn)行技術(shù)研究。

1 陶瓷壓濾泥材性分析

1.1 壓濾泥化學(xué)組成分析

壓濾泥材料產(chǎn)生于陶瓷生產(chǎn)的物理過程中，化學(xué)組成與陶瓷材料一致，對壓濾泥材料化學(xué)組成進(jìn)行了多次跟蹤檢測試驗(yàn)，見表1。陶瓷壓濾泥材料組成隨生產(chǎn)日的變化波動不大，組成比較穩(wěn)定，其組成主要成份為SiO2、Al2O3等玻璃質(zhì)材料，此類材料占到總質(zhì)量的80%左右，與普通粉煤灰材料相當(dāng)。

1.2 壓濾泥顆粒構(gòu)成分析

對陶瓷壓濾泥材料顆粒分析表明，該材料過0.044 mm 篩孔殘留率為4.13%，粒度評定為325目。經(jīng)驗(yàn)表明，材料顆粒越細(xì)，材料比表面積越大，材料化學(xué)活性越強(qiáng)。壓濾泥材料擁有與粉煤灰相近的化學(xué)構(gòu)成，其粒度較粉煤灰要細(xì)，壓濾泥材料化學(xué)活性與粉煤灰材料相比則更強(qiáng)。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)在陶瓷壓濾泥中，摻加石灰，潮濕條件下將發(fā)生火山灰反應(yīng)，進(jìn)而獲得較高的強(qiáng)度。

表1 陶瓷壓濾泥各材料組成

2 陶瓷壓濾泥二灰穩(wěn)定碎石基層室內(nèi)試驗(yàn)研究

上海作為我國開放較早的沿海港口城市，工業(yè)發(fā)達(dá)，境內(nèi)有大型熱電廠、鋼鐵廠，粉煤灰資源比較豐富。因此，將粉煤灰、石灰、集料按一定比例摻配一起，用作基層和底基層，形成具有良好力學(xué)性能、穩(wěn)定性、耐久性的二灰穩(wěn)定碎石基層，俗稱“三渣基層”。該基層技術(shù)，自1967 年至今在上海已有近40 年的發(fā)展歷史，材料設(shè)計(jì)、施工技術(shù)比較成熟。由于該技術(shù)即可進(jìn)行廢料再利用的同時(shí)又可能降低道路造價(jià)，因此，二灰穩(wěn)定碎石基層成為上海道路基層結(jié)構(gòu)的主要形式，并得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。粗粒徑三渣是廣泛應(yīng)用于上海道路建設(shè)的三渣形式。粗粒徑三渣所用碎石的粒徑為35～70 mm，其中小于35 mm 的含量不宜超過15%。當(dāng)前，上海地區(qū)常用粗粒徑三渣基層級配要求見表2。粗粒徑三渣因碎石粒徑大無法成型試件，通常以二灰試件快速法抗壓強(qiáng)度來衡量粗粒徑三渣強(qiáng)度大小（見表3）。

表2 粗粒徑三渣基層配合比要求（質(zhì)量比）[1][2]

表3 粗粒徑三渣混合料快速法抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

建立在室內(nèi)正交試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮壓濾泥材料量，初步選定摻配壓濾泥的粗粒徑三渣基層配合比為：石灰:粉煤灰:壓濾泥:碎石=6:17∶12∶65（質(zhì)量比）。

該配比條件下結(jié)合料（二灰或三灰）抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4、圖1。

表4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表4、圖1 可知，摻加壓濾泥后結(jié)合料各齡期飽水抗壓強(qiáng)度明顯高于常規(guī)方案，7 d 抗壓強(qiáng)度較規(guī)范60 d 齡期強(qiáng)度要高，表明摻加壓濾泥后結(jié)合料有明顯的早強(qiáng)特性。

2.2 干縮性能試驗(yàn)

半剛性基層材料的缺點(diǎn)是抗變形能力低，在溫度或濕度變化時(shí)易產(chǎn)生開裂，當(dāng)瀝青面層較薄時(shí)，易形成反射裂縫，進(jìn)而嚴(yán)重影響路面使用性能。半剛性基層材料的收縮分為溫縮與干縮兩種，對粗粒徑三渣基層而言，收縮開裂主要跟結(jié)合料的干縮性能有關(guān)。為了解摻配壓濾泥材料后三渣結(jié)合料材料濕脹、干縮性能，采用重型擊實(shí)的方法成型CBR 試件，并按土工方法進(jìn)行結(jié)合料浸水一個(gè)月條件下膨脹、干燥一個(gè)月條件下干縮性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。摻配壓濾泥方案膨脹性能明顯低于常規(guī)方案，而干縮性能則與常用方案相當(dāng)。表明摻配壓濾泥材料結(jié)合料干縮濕脹性能明顯降低。

表5 濕脹干縮性能試驗(yàn)結(jié)果

2.3 抗壓模量試驗(yàn)

道路作為承受交通荷載的主體，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度，模量作為表征材料剛度特性的指標(biāo)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要方面。基層模量是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)重要參數(shù)。本次主要對壓濾泥材料摻配與否的常用方案、壓濾泥方案，分別進(jìn)行靜態(tài)抗壓模量試驗(yàn)。試件為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)180 d 條件下的試塊，直徑為7 cm，高度為7 cm，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 無側(cè)限抗壓模量試驗(yàn)結(jié)果

由表6 試件靜態(tài)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，可知兩種不同結(jié)合料無側(cè)限抗壓模量相當(dāng)。對照抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，分析可知摻配壓濾泥在模量相近的情況下，抗壓強(qiáng)度大幅度提高，表明壓濾泥結(jié)合料具有更高的抗變形能力。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

室內(nèi)試驗(yàn)表明，陶瓷壓濾泥三渣基層具有良好的強(qiáng)度、剛度，干縮、延性等性能也優(yōu)于普通三渣基層。鑒于室內(nèi)試驗(yàn)研究成果，結(jié)合上海市某公路工程建設(shè)需要，修筑了一段壓濾泥三渣基層。

3.1 試點(diǎn)工程情況簡介

試用路段長100 m，受拆遷等前期工作影響，直至2006 年12 月中旬方完成土路基、墊層等的施工，此時(shí)相鄰三渣基層施工已完成半年多時(shí)間，基層頂彎沉項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。考慮到施工期間溫度較低、養(yǎng)生期短，擬采用陶瓷壓濾泥三渣基層，提高基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，確保道路在預(yù)定期限內(nèi)通車。試驗(yàn)段采用配比為：石灰∶粉煤灰∶壓濾泥∶碎石=6∶17∶12∶65（質(zhì)量比）。

3.2 壓濾泥三渣基層施工

陶瓷壓濾泥三渣基層的生產(chǎn)較普通三渣要多一種組分——陶瓷壓濾泥，因此，需設(shè)置一個(gè)單獨(dú)進(jìn)料口。上海地區(qū)三渣拌和場粉煤灰進(jìn)料口通常設(shè)兩個(gè)，實(shí)際施工過程中僅需將一個(gè)粉煤灰進(jìn)料口，調(diào)整為壓濾泥進(jìn)料口即可。出廠初期，由于壓濾泥材料含水量較高，通常需晾曬風(fēng)干1 個(gè)月左右時(shí)間，含水量可降低至10%～20%，壓濾泥材料可自由從料倉瀉落至傳輸帶。按常規(guī)設(shè)定拌和時(shí)間（30 s）完全可拌制出均勻的陶瓷壓濾泥三渣基層材料。陶瓷壓濾泥三渣基層材料的碾壓施工：碾壓機(jī)具、組合、遍數(shù)等，與普通三渣基層一致。施工當(dāng)日對結(jié)合料取樣進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，快速法抗壓強(qiáng)度達(dá)6.45 MPa，滿足不小于1.2 MPa 的強(qiáng)度要求。

3.3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度跟蹤檢測

為了解該路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度狀況，基層施工完成后1 個(gè)月（基層頂）、3 個(gè)月（面層頂）、8 個(gè)月（面層頂），進(jìn)行了彎沉測量，結(jié)果見表7。陶瓷壓濾泥三渣基層隨著齡期的增長，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不斷增加，齡期在8 個(gè)月時(shí)，與常規(guī)三渣基層具有相近的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求。

表7 彎沉測試結(jié)果

3.4 路用性能觀測

該路段通車多年時(shí)間，已經(jīng)歷2 個(gè)冬季、2 個(gè)夏季的考驗(yàn)，路面使用性能良好，未出現(xiàn)路面裂縫、坑洞、松散等早期病害。

4 結(jié)論

陶瓷壓濾泥材料作為陶瓷生產(chǎn)過程中的廢料，與粉煤灰材料具有相近的化學(xué)組成，該材料顆粒較細(xì)具有良好的化學(xué)活性。室內(nèi)試驗(yàn)研究表明陶瓷壓濾泥用于三渣基層，可替換部分消石灰、粉煤灰。陶瓷壓濾泥三渣具有較高的強(qiáng)度韌性、較低的干縮性能以及良好的早強(qiáng)特性。試點(diǎn)工程應(yīng)用及跟蹤情況表明陶瓷壓濾泥用于三渣基層并不增加施工碾壓難度，陶瓷壓濾泥三渣基層具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度。

種種分析表明陶瓷壓濾泥作為一種廢料，用于三渣基層在取得良好社會效益的同時(shí)，還可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]DGJ08-87-2000,市政道路、排水管道成品與半成品施工及驗(yàn)收規(guī)程[S].2000.

[2]DGJ08-118-2005,城市道路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].2005.