電石回收粉塵穩(wěn)定土底基層試驗(yàn)研究

李玉慶 郭 偉

0 引言

電石化學(xué)名稱(chēng)為碳化鈣,是有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)的基本原料。一般多采用電熱法生產(chǎn),即生石灰和含碳原料(焦炭、無(wú)煙煤或石油焦)在電石爐內(nèi),依靠電弧高溫熔化反應(yīng)而生成。在生產(chǎn)電石過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵,如果直接把粉塵排放到空氣中,就會(huì)造成大氣污染,因此不得不進(jìn)行回收。但回收的粉塵需要大量的放置場(chǎng)地,并且再次造成環(huán)境污染。由于在回收的粉塵中含有石灰成分,如果利用電石回收粉代替石灰穩(wěn)定細(xì)粒土用于路面底基層,不僅解決了電石生產(chǎn)過(guò)程中回收粉塵的排放與堆積問(wèn)題,而且可以促進(jìn)固體廢棄物的再循環(huán)利用,從而節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,降低工程造價(jià),勢(shì)必產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 原材料基本性質(zhì)

電石回收粉塵由山東省茌平信發(fā)華興實(shí)業(yè)有限公司電石廠提供。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求,首先對(duì)電石回收粉進(jìn)行了基本性能指標(biāo)檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 1。

表1 電石回收粉的基本性能指標(biāo) %

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析,電石回收粉的有效氧化鈣加氧化鎂含量?jī)H為52.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于JTJ 034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范中所要求的Ⅲ級(jí)鈣質(zhì)生石灰有效氧化鈣加氧化鎂含量不小于70%的基本要求,也就是說(shuō),所提供的電石回收粉塵達(dá)不到Ⅲ級(jí)鈣質(zhì)生石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)用土為施工現(xiàn)場(chǎng)所取土樣,液限為36%,塑限為21%,塑性指數(shù)為 15。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷,所用土樣為粘性土,較適宜于用石灰(或者石灰與水泥綜合)穩(wěn)定,用作路面底基層。

2 電石回收粉塵代替石灰用于底基層的混合料設(shè)計(jì)

2.1 混合料組成確定

由于電石回收粉塵達(dá)不到Ⅲ級(jí)鈣質(zhì)生石灰粉的技術(shù)要求,同時(shí)考慮到電石回收粉塵在路面底基層中的應(yīng)用研究屬于固體廢棄物再循環(huán)利用的有益嘗試,因此決定采用兩種方式進(jìn)行混合料組成設(shè)計(jì):一種方式是通過(guò)加大劑量的方法,只利用電石回收粉塵一種無(wú)機(jī)材料穩(wěn)定細(xì)粒土,電石回收粉的摻加劑量分別為12%,14%,16%,18%和 20%五種;另一種方式是利用小劑量的電石回收粉塵,并且摻加少量水泥,利用兩種無(wú)機(jī)材料綜合穩(wěn)定細(xì)粒土的方法,所用水泥為山東水泥廠產(chǎn)的 P.C32.5復(fù)合水泥,采用的混合料摻配比例見(jiàn)表 2。

表2 水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土原材料摻配比例

2.2 不同組成混合料的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)方法,對(duì)不同組成的混合料分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),確定不同組成混合料的最佳含水量和最大干密度,試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表 3,表 4。

表3 電石回收粉塵穩(wěn)定土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

表4 水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

2.3 不同組成混合料試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)上述擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果,分別進(jìn)行不同組成混合料的試件制備。試件制備方法嚴(yán)格按照J(rèn)TG E51-2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中 T0843-2009方法(以容中控制,靜壓法制件)進(jìn)行。

根據(jù)規(guī)范要求,所成試件尺寸為直徑和高度均為 5 cm的圓柱體,每一種混合料所成試件個(gè)數(shù)為 9個(gè),每一個(gè)試件的容重均按照 95%的壓實(shí)度控制。五種劑量下的電石回收粉塵穩(wěn)定土試件個(gè)數(shù)為 45個(gè),不同摻配比例下水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土的試件個(gè)數(shù)為 27個(gè),因此所成試件個(gè)數(shù)共為 72個(gè)。

將制備好的試件均放到養(yǎng)生室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生,養(yǎng)生溫度為(20±2)℃,相對(duì)濕度 95%以上。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下養(yǎng)生 6 d,然后在水中浸泡 24h后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 電石回收粉塵穩(wěn)定土試驗(yàn)結(jié)果與分析

所測(cè)電石回收粉塵穩(wěn)定土的 7 d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 5。

表5 電石回收粉塵穩(wěn)定土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在電石回收粉塵摻加劑量分別為 18%和 20%時(shí),所成混合料試件在泡水后開(kāi)裂嚴(yán)重,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效,說(shuō)明摻加劑量過(guò)大是不適宜的;其他三種劑量下混合料試件的 7 d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值位于 0.62～0.71之間。我國(guó) JTJ 034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定,二級(jí)及二級(jí)以下公路石灰穩(wěn)定土的7 d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為0.5MPa～0.7MPa,雖然12%,14%和16%三種劑量下的7 d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定值,但是根據(jù)我國(guó)公路工程施工經(jīng)驗(yàn)判斷,在考慮一定保證率的情況下,所測(cè)強(qiáng)度結(jié)果偏低。也就是說(shuō),由于電石回收粉塵達(dá)不到Ⅲ級(jí)鈣質(zhì)生石灰粉的技術(shù)要求,即使在穩(wěn)定土中加大使用劑量,所測(cè)強(qiáng)度結(jié)果也不能滿(mǎn)足要求。由此判斷,只利用電石回收粉塵作為穩(wěn)定土材料用于路面底基層,在技術(shù)上是不合適的,但可以代替石灰用于改善土。

3.2 水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土試驗(yàn)結(jié)果與分析

所測(cè)水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土的 7 d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出,如果按照J(rèn)TJ 034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的上限值0.7 MPa作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度,并且選取95%的保證率時(shí),在三種不同摻配比例下,水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土底基層混合料的 7 d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范中設(shè)計(jì)強(qiáng)度上限值的要求。

根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)分析,以水泥摻加劑量最小的配比(即水泥∶電石回收粉塵∶土=5∶11∶84)進(jìn)行混合料設(shè)計(jì),就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

由此說(shuō)明,電石回收粉塵與水泥綜合穩(wěn)定土用作路面底基層混合料,可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求,在技術(shù)上是可行的。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)電石回收粉塵用于穩(wěn)定土的試驗(yàn)研究結(jié)果,于 2009年4月,在山東省東阿縣黃河大堤堤頂?shù)缆饭こ讨行拗怂嚯娛厥辗蹓m綜合穩(wěn)定土底基層試驗(yàn)段。該試驗(yàn)段為二級(jí)公路,主要用于黃河堤防運(yùn)輸車(chē)輛和地方車(chē)輛通行。由于靠近山東平陰山區(qū),運(yùn)輸石料車(chē)輛較多,不僅載重量較大,而且往來(lái)頻繁。為了檢驗(yàn)水泥電石回收粉塵綜合穩(wěn)定土底基層的路用性能,因此在此處修筑試驗(yàn)段,位置較佳。

試驗(yàn)段修筑完畢并養(yǎng)生7 d后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取芯,所取芯樣完好,無(wú)掉角,所測(cè)芯樣強(qiáng)度結(jié)果為1.01MPa,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度0.7MPa要求。試驗(yàn)路段現(xiàn)在已經(jīng)通車(chē)運(yùn)行一年,路面無(wú)病害發(fā)生,從而在實(shí)踐上證明利用電石回收粉塵代替石灰用于穩(wěn)定土路面底基層是可行的。

5 結(jié)語(yǔ)

1)電石回收粉塵的基本性能指標(biāo)達(dá)不到Ⅲ級(jí)鈣質(zhì)生石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在道路工程領(lǐng)域,不能直接代替石灰用于穩(wěn)定土,但在加入適量水泥的情況下,可以代替石灰用于穩(wěn)定土底基層,在技術(shù)與實(shí)踐上是可行的。

2)電石回收粉塵代替石灰在路面底基層的成功利用,為固體廢棄物的再循環(huán)利用開(kāi)辟了有效途徑,可以節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,降低工程造價(jià),具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

[1] JTJ 057-94,公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] JTG E40-2007,公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] JTJ 034-2000,公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 趙 嘉,劉 坤.淺談公路路基施工技術(shù)與方法[J].山西建筑,2010,36(12):271-272.