鋇渣在水泥混凝土面層中的應用研究

潘成昭 吳雪柳

(1.貴州省黔東南州交通建設工程質量安全監督處，貴州 凱里 556000； 2.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400000)

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鋇渣在水泥混凝土面層中的應用研究

潘成昭1吳雪柳2

(1.貴州省黔東南州交通建設工程質量安全監督處，貴州 凱里 556000； 2.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400000)

結合貴州實際情況，探討了重晶石在道路工程中的應用情況，通過特殊改進工藝，將鋇渣分別應用于水泥穩定碎石及水泥混凝土中，試驗結果表明，不僅滿足道路工程的要求，同時消除了對環境的影響。

鋇渣，水泥穩定碎石，水泥混凝土，瀝青路面

0 引言

我國重晶石資源豐富，重晶石年產量約占世界重晶石總產量的40%，是世界上最大的重晶石生產國，而我國探明儲量的重晶石礦區60%位于貴州省，貴州已經成為中國重晶石最大生產基地。隨著經濟的發展，重晶石廣泛運用于石油、化工、建筑、涂料、橡膠、醫藥、造紙等領域，而重晶石的廣泛運用使得其在提煉、運用與發展中產生了大量殘余固體產物(俗稱“鋇渣”)，并日益增加且大量堆積。這不僅使地下水鋇離子超標，污染水源，對人體造成巨大的傷害；還大量堆積侵占土地資源，山區地區堆積不當還會引發泥石流、滑坡等安全事故；此外，礦渣粉塵還易造成當地霧霾加重，形成空氣污染，危害當地生態環境，危及人類居住安全。為了節約再利用有效資源、變廢為寶，減輕環境污染及災害防治，本文進行鋇渣后期處理再利用研究。通過研究鋇渣的各項綜合性能，以及使用必要的技術手段使鋇渣成功的應用于道路工程中。

1 鋇渣特性分析

1.1 級配組成

對項目用鋇渣進行現場取樣，并按照JTG E42—2005公路工程集料試驗規程的要求進行樣品篩分試驗，計算得到鋇渣最終級配組成如表1所示。

表1 鋇渣級配

由表1可以看出，鋇渣具有0.075篩孔通過率高、顆粒細等特點，且鋇渣本身具有較高的含水率。

1.2 物理化學性能

1.2.1 細度模數

細度模數是用來表征天然砂粒徑的粗細程度及類別的指標，普通混凝土用砂的細度模數范圍在2.3～3.0，以中砂為宜。通過計算得出鋇渣的細度模數為2.38，屬于中砂范圍，可以作為混凝土用砂使用。

1.2.2 化學組成

鋇渣是重晶石提煉鋇鹽(包括碳酸鋇、硫酸鋇、氯化鋇)后的產物，屬于工業廢料。產生過程為：重晶石在高溫下用碳還原為硫化鋇，然后用水浸出的硫化鋇浸出液經加工而成，浸出留下的即鋇渣。經分析，鋇渣的主要成分為碳酸鋇、硅酸鋇、硫酸鋇等，還含有有害重金屬等。將鋇渣樣品預處理，經干燥、粉碎、過篩(200目)、干燥后，放于干燥器中備用，進行鋇渣成分分析實驗，結果見表2。

表2 鋇渣成分分析表

由表2可知，鋇渣的主要成分有：BaSO4,BaCO3,BaSiO3,BaS等。可見，鋇渣中鋇化物含量高，即仍然存留大量的Ba2+離子，而可溶性有害組分Ba2+容易滲入地下水，使地下水鋇離子超標，或與水中陰離子結合形成難溶的沉淀物，污染水源，對人體造成巨大的傷害。大量堆積的鋇渣侵占土地資源，山區地區堆積不當還會引發泥石流、滑坡等安全事故。因此，鋇渣的大量不合理堆放嚴重威脅著生存環境、人居健康、居住安全等，對鋇渣進行合理大量處理迫在眉睫。

2 鋇渣在道路工程中的應用

2.1 項目概況

項目以貴州省天柱縣國省干道及鄉村公路改造項目為依托，并通過在黔東南天柱縣縣城附近的二級及其以下公路上鋪筑試驗段。試驗段全長約500 m，共分為兩種路面結構，每種結構試驗段長度為250 m左右。通過試驗路鋪筑，驗證摻鋇渣的水泥混凝土路面及半剛性基層瀝青路面的施工工藝，為鋇渣筑路材料的研究與發展在國內外公路改造中的應用進行推廣。

2.2 路面結構

根據項目研究大綱，并結合原路面設計結構，以及現場條件，確定了兩種試驗段路面鋪裝結構，具體如下所示：

1)路面結構一：

路基+18 cm水泥混凝土，鋪裝結構圖見圖1。

方案說明：參照原路面設計，采用摻入的水泥鋇渣混凝土路面，可直接與其原水泥混凝土路面順接。

2)路面結構二：

路基+15 cm重晶石水泥穩定碎石(即鋇渣水泥穩定碎石)基礎+乳化瀝青粘層+3 cm AC-13，鋪裝結構圖見圖2。

方案說明：采用將半剛性基層瀝青路面，基層采用摻鋇渣的水泥穩定碎石基層，面層采用4 cm AC-13，不僅能檢驗摻鋇渣對半剛性基層的影響，同時瀝青路面能為當地車輛提供舒適的行駛感，但是，由于考慮到造價因素和交通量小的原因，瀝青面層僅有4 cm，可能存在面層產生反射裂縫的風險。

2.3 配合比設計

2.3.1 水泥穩定碎石配合比

1)級配設計。水泥穩定碎石混合料中各檔集料的配比為：10 mm～25 mm用量40%,7 mm～10 mm用量為30%,0 mm～3 mm用量為15%，鋇渣15%。

2)性能驗證。為驗證水泥穩定碎石基層性能，成型了兩組試件，水泥用量4%；最佳含水量為13%，最大干密度2.279 g/cm3，7 d無側限抗壓強度達到3.7 MPa，滿足設計要求，可按該配比進行現場施工。

2.3.2 水泥混凝土配合比

1)級配設計。水泥混凝土中各檔集料的配比為：10 mm～25 mm用量35%,7 mm～10 mm用量為20%,25 mm～35 mm用量為30%，鋇渣全部替代砂，砂率15%。

2)性能驗證。為驗證水泥混凝土混合料性能，成型兩組試件，水灰比為0.4，減水劑用量為水泥用量1.2%，得到28 d抗壓強度為26.5 MPa、抗折強度為4.53 MPa，結果滿足C20混凝土設計要求，可按該配比進行現場施工。

2.4 施工工藝

2.4.1 水泥穩定碎石基層施工

1)施工前準備。a.場地清理；b.放線；c.鋇渣含水量測定(燃燒法)；d.拌合樓標定。

2)拌合。拌合過程中的加水量略大于最佳含水量，并盡量做到隨拌隨運走。

3)混合料運輸。拌合好的混合料盡快運至現場進行攤鋪，運輸車裝載均勻。從第一次在拌合機內加水拌合到完成壓實工作的時間控制為3 h～4 h。

4)混合料攤鋪與整形。水泥穩定碎石基層攤鋪時混合料的含水量應大于最佳含水量0.5%～1.0%，以補償攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

5)混合料碾壓。先用鋼輪壓路機整平1遍～3遍，碾壓速度為1.5 km/h～2 km/h，然后壓路機開啟振動碾壓3遍～4遍，碾壓速度為2.5 km/h～3 km/h，最后再采用鋼輪壓路收面，使每層整個厚度和寬度完全均勻的壓實到規定的密實度為止。

6)養生。完成碾壓后，采用薄膜覆蓋養生，期間禁止交通通行，養生時間為最少7 d。

2.4.2 水泥混凝土施工

1)施工前準備。水泥混凝土試驗段施工前準備與水泥穩定碎石試驗段類似。

2)安裝模板。模板應安裝穩固、順直、平整、無扭曲，相鄰模板連接應緊密平順，不得有漏漿，前后錯槎、高低錯臺等現象。內側固定鋼釬和外側受力鋼釬均不得高于模板，以利振動梁能通過。

3)拌合。用水量通過流量計控制，拌合時間最低不低于90 s。

4)攤鋪。攤鋪厚度要考慮預留高度。拌合物的松鋪系數控制在K=1.1～1.25之間，料偏干，取較高值；反之，取較低值。

5)振搗。振搗時，應輔以人工補料，應隨時檢查振實效果、模板、拉桿、傳力桿和鋼筋的位移、變形、松動、漏漿等情況，并及時糾正。整平時，填補料應選用較細的拌合物，嚴禁使用純砂漿填補找平。

6)整體飾面。應拖動滾杠往返2遍～3遍提漿整平。拖滾后的表面宜采用3 m刮尺，縱橫各1遍整平飾面，或采用葉片式或圓盤式抹面機往返2遍～3遍壓實整平飾面。

7)抗滑構造。在整體飾面完成后，采用特質工具對混凝土表面進行抗滑構造。

8)養生。用灑水養生并薄膜覆蓋應特別注重7 d的保濕養生，養生總日期為28 d。

2.4.3 注意事項

1)施工前，需對現場的鋇渣含水量進行測定，同時存放鋇渣時需采用遮擋，防止雨水淋濕并造成污染；

2)拌合過程中，需對用水量進行嚴格控制，用水量直接影響攤鋪和混合料后期性能，因此需嚴格控制；

3)水泥混凝土施工過程中，需嚴格控制現場的攤鋪壓實溫度，并及時進行養護措施，氣溫過高，可采取先在原路基上灑水降溫的方式，并在混凝土養護后進行及時灑水養護。

3 結語

1)鋇渣具有0.075篩孔通過率高、顆粒細等特點，可以當做細集料添加至水泥穩定碎石及水泥混凝土中。

2)鋇渣細度模數為2.38，屬于中砂范圍，可以當做細集料添加至混合料中。

3)鋇渣中存留大量可溶性有害組分Ba2+離子，因而需要對鋇渣進行合理大量處理以避免其威脅生存環境、人居健康、居住安全等。

4)鋇渣可以作為細集料摻加進水泥穩定碎石中，且占集料級配的15%，其混合料7 d無側限抗壓強度達到3.7 MPa；鋇渣還可以全部替代砂，運用于水泥混凝土中，得到28 d抗壓強度為26.5 MPa、抗折強度為4.53 MPa，結果滿足C20混凝土設計要求。

5)鋇渣運用于公路工程項目中時需要特別注意鋇渣在存放、拌合及施工攤鋪過程中的含水量測定及用水量控制，以求得到滿意的施工路用性能。

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[8] JTG F30—2003，公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].

The application research on barium slag in cement concrete surface

Pan Chengzhao1Wu Xueliu2

(1.GuizhouSoutheastQianTrafficConstructionEngineeringQualityandSafetySupervisionOffice,Kaili556000,China; 2.ChongqingZhixiangPavingTechnologyEngineeringCo.,Ltd,Chongqing400000,China)

Combining with the actual situation in Guizhou, this paper discussed the application situation of barite in road engineering, through the special improvement process made barium slag respectively used in cement stabilized macadam and cement concrete, the test results showed that: not only could satisfy the road engineering requirement, also eliminated the influence to environment.

barium slag, cement stabilized macadam, cement concrete, asphalt pavement

1009-6825(2017)20-0140-03

2017-04-10

潘成昭(1974- )，男，高級工程師； 吳雪柳(1989- )，女，工程師

U416

A