綜合穩(wěn)定煤矸石路面基層混合料的試驗(yàn)研究

趙文美，程培峰

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院;2.東北林業(yè)大學(xué))

1 試驗(yàn)方案

根據(jù)文獻(xiàn)可知單用水泥和石灰穩(wěn)定煤矸石效果不好，所以本研究采用水泥或石灰兩種結(jié)合料與煤渣或粉煤灰兩種工業(yè)廢料綜合穩(wěn)定煤矸石(本文煤矸石均為自燃煤矸石)，即水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石、二灰(石灰粉煤灰)穩(wěn)定矸石。現(xiàn)場(chǎng)選取有代表性的煤矸石，在室內(nèi)進(jìn)行機(jī)械破碎，并篩分備用。

煤渣中含有一定量的氧化物，遇水泥和水活性被激活，成為一種綜合的結(jié)合料共同穩(wěn)定煤矸石，另外煤渣具有一定的顆粒，摻加到煤矸石中可進(jìn)一步調(diào)整混合料級(jí)配。根據(jù)無機(jī)混合料配合比設(shè)計(jì)理論，通過試配，最后擬定:水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石的配合比為m煤矸石∶m煤渣=60∶40，水泥劑量為7％。

一般二灰穩(wěn)定土用做基層時(shí)，二灰的質(zhì)量應(yīng)占15％，最多不超過20％，石料顆粒的最大粒徑不應(yīng)超過31.5cm，其顆粒組成宜符合路面基層施工技術(shù)規(guī)范的要求，粒徑小于0.075cm的顆粒含量宜接近0。經(jīng)過計(jì)算調(diào)整，石灰粉煤灰穩(wěn)定煤矸石的配合比為m石灰∶m粉煤灰∶m紅矸石=10∶20∶70。分別制備7％水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石試件和二灰穩(wěn)定煤矸石試件。

兩種煤矸石混合料的礦料級(jí)配如表1所示。

表1 煤矸石混合料的級(jí)配

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

由于礦料的最大粒徑為31.5mm，所以擊實(shí)試驗(yàn)選用規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的丙法，即試筒內(nèi)徑15.2cm、擊實(shí)分三層，每層擊實(shí)次數(shù)為98次。每種混合料制備包括最佳含水率的5種不同含水率的試樣，分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定各自的含水率和干密度，以含水率為橫坐標(biāo)、干密度為縱坐標(biāo)繪制干密度與含水率關(guān)系曲線，根據(jù)關(guān)系曲線求出混合料的最大干密度和對(duì)應(yīng)的最佳含水率。7％水泥穩(wěn)定煤渣穩(wěn)定煤矸石和石灰粉煤灰穩(wěn)定煤矸石的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出，綜合穩(wěn)定煤矸石混合料的最佳含水率略大于水泥穩(wěn)定砂礫或水泥穩(wěn)定碎石的，但最大干密度卻遠(yuǎn)小于大于水泥穩(wěn)定砂礫或水泥穩(wěn)定碎石的。這主要是由于煤矸石燃燒后其自身密度較低，表觀密度僅為2.233g/cm3，是一般石料的83％。

2.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件采用直徑15cm、高度15cm的圓柱形試件，試件壓實(shí)度按無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層標(biāo)準(zhǔn)，即壓實(shí)度采用98％。按最佳含水率預(yù)定材料比例拌合混合料，用靜壓法按98％的壓實(shí)度制備無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，試件在溫度為20±1℃、相對(duì)濕度大于90％的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生7d，養(yǎng)生6d后將試件取出稱量質(zhì)量，符合要求的浸水一晝夜，然后取出稱重量高，計(jì)算吸水率，測(cè)定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。兩種綜合穩(wěn)定的煤矸石混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

表3 7d無側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范對(duì)比

從表3可以看出，7％水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.17MPa，達(dá)到了重交通的路面基層要求，水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石可以用于一級(jí)及以下等級(jí)公路或除了快速路的城市道路路面基層;二灰穩(wěn)定煤矸石7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.91MPa，遠(yuǎn)大于特重交通路面基層不小于0.8MPa要求，說明二灰穩(wěn)定煤矸石可以用于任何等級(jí)公路或城市道路路面基層。比較兩種混合料試驗(yàn)結(jié)果可知，用二灰穩(wěn)定煤矸石的效果優(yōu)于用水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石。

3 結(jié)論

(1)自燃煤矸石的顆粒大小不一，使用時(shí)需進(jìn)行機(jī)械加工粉碎，或添加其他集料調(diào)整級(jí)配，使混合料滿足級(jí)配要求。

(2)從7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來看，綜合穩(wěn)定煤矸石可用于相應(yīng)交通等級(jí)的公路和城市道路路面基層。

(3)用二灰穩(wěn)定煤矸石的效果優(yōu)于用水泥煤渣穩(wěn)定煤矸石，所以有條件的工程可以優(yōu)先考慮采用二灰穩(wěn)定煤矸石。

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