赤泥在道路建設中的應用技術

聶云剛，盛孝麗

（淄博市交通運輸事業服務中心，山東 淄博 255038）

引言

赤泥是鋁廠經各種物理和化學處理，制取氧化鋁后所剩余的紅色粉泥狀高含水量的強堿性固體廢料，年排放量較大，露天堆存，不僅占用大量土地，增加企業成本，并且造成附近生態環境日益惡化。赤泥經過綜合穩定后用作道路建筑材料，符合當前節能減排的發展要求。

1 原材料組成與技術性質

赤泥底基層類似于石灰工業廢渣穩定類底基層。參考鋁廠對赤泥的物理力學特性分析和探索性試驗，初步確定赤泥的固化材料為石灰和粉煤灰[1-2]。

1.1 石灰和粉煤灰

石灰和粉煤灰應符合《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）要求。

1.2 赤泥

試驗路段和室內試驗所用赤泥堆存至少30 a以上，化學組成分析結果見表1。

表1 陳赤泥的主要化學組成

赤泥的主要化學組成為氧化鈣和二氧化硅，占總量55%以上，鐵鋁氧化物占比10%左右，還有少量二氧化鈦、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀和幾十種微量稀散元素。

赤泥的物理性質與黏土相似，顆粒內部毛細網狀結構發達，具有較高的比表面積，勃式比表面積一般達到4 000 cm2/g以上，新鮮赤泥的塑性指數為16.7，未暴露于空氣中的陳化赤泥（含水率40%左右）的塑性指數為10.1。赤泥具有極好的觸變性和富水性。干燥赤泥極易吸潮，不溶于水。

2 二灰穩定赤泥道路底基層的固化機理

二灰穩定赤泥的強度形成機理與水泥凝結硬化形成強度類似，其混合料充分拌和后，在堿性環境中，通過各種途徑一系列化學反應和離子交換作用，使混合料中的礦物成分在微顆粒周圍形成晶體結構的多種水化物，凝聚成網狀結構，在吸收化學反應過程中放出的熱量、外界壓力（碾壓）、溫度（氣溫）的作用下硬化，形成以化學鍵結合的結晶體網狀結構骨架而形成強度，生成密實而堅硬的半剛性板體。

3 二灰穩定赤泥道路材料試驗與分析

室內試驗的主要目的掌握赤泥材料的基本物理力學性能，確定赤泥底基層混合料配合比。

3.1 赤泥底基層混合料配合比優化

各種配合比的混合料無側限抗壓強度試驗結果見表2。

表2 無側限抗壓強度試驗結果

對試驗結果進行分析對比可得：（1）混合料7 d無側限飽水抗壓強度均能滿足道路底基層抗壓強度要求。（2）從表2可以看出，在一定范圍內增加混合料中的石灰劑量時，混合料的強度將隨之提高，但超過相應范圍后，增加混合料中的石灰劑量時，強度反而有所降低。（3）從技術經濟和大量應用赤泥的條件出發，結合施工現場的原材料情況，對試驗結果分析確定，推薦采用配合比為赤泥：粉煤灰：石灰＝75∶15∶10、80∶10∶10、85∶7.5∶7.5進行試驗段鋪筑。

3.2 含水率對赤泥材料底基層抗壓強度的影響

選擇配合比為赤泥∶粉煤灰∶石灰＝80∶10∶10。試驗測定不同含水率試件的7 d無側限抗壓強度，含水率對抗壓強度的影響見表3和圖1。

表3 含水率和7 d抗壓強度的關系

圖1 混合料含水率對抗壓強度的影響

由試驗結果可知，含水率對赤泥底基層抗壓強度有比較顯著的影響，含水率在45%左右的抗壓強度最高。

3.3 塊狀赤泥對赤泥材料底基層抗壓強度的影響

赤泥中大塊較多，即使破碎后仍有不少粒徑較大，因此塊狀赤泥對赤泥材料底基層抗壓強度的影響不可忽視。在相同的含水率和干密度的條件下，按照赤泥大塊的不同含量制備混合料進行無側限抗壓強度試驗，影響規律見表4和圖2。

表4 塊狀赤泥摻量和強度的關系

圖2 塊狀赤泥所占比例對抗壓強度的影響規律

由圖2可知，隨著塊狀赤泥摻量的增大，7 d抗壓強度呈現下降的趨勢，赤泥大顆粒摻量在不超過50%時可以滿足道路底基層強度的要求[3]。

3.4 凍融穩定性試驗

二灰穩定赤泥底基層材料的凍融循環試驗方法目前還沒有統一的試驗規程，采用5次凍融后與凍融前的抗壓強度進行對比，分析材料的凍穩性。在28 d 齡期時進行凍融試驗，試驗結果見表5。

表5 赤泥固化體凍融試驗結果

可知，經5次凍融后仍具有較高的抗壓強度，其值大體與凍融前試件的強度相當，說明二灰穩定赤泥混合料具有足夠的凍融穩定性，能滿足使用要求[3]。

4 赤泥底基層施工及質量控制

4.1 試驗段施工

在某縣道進行二灰穩定赤泥底基層試驗路鋪筑，該路長1 700 m，寬25 m，日平均交通量14 693次，路面結構為3 cm瀝青混凝土+5 cm瀝青混凝土+17 cm水泥穩定碎石+ 20 cm二灰穩定赤泥。赤泥底基層施工工序見圖3。

圖3 赤泥底基層施工工序[4]

施工應注意：（1）赤泥含水率應控制在45%以下，否則應進行翻曬。（2）赤泥通過自卸車運輸到現場，由于赤泥顆粒較大，大部分粒徑在20 cm以上，甚至達至50 cm以上。卸料后人工用大錘初步破碎。（3）采用中置式拌合機拌和，先將赤泥拌和一遍，摻灰后再拌和兩遍，大于20 mm的粒徑應小于10%，否則應加拌一遍。（4）拌和一遍后先用膠輪壓路機進行穩壓，再用平地機初步整平、整形，以消除路拌機拌和接頭及搭接不平整處。拌和第二遍后膠輪壓路機穩壓，平地機進行精平。（5）針對混合料含水率較高的情況，經試驗，選用碾壓組合方案為初壓：拌和后采用26 t膠輪壓路機穩壓一遍；復壓：18 t振動壓路機振壓兩遍，18～21 t三輪壓路機碾壓兩遍。

4.2 質量檢測與跟蹤監測

4.2.1 質量檢測

試驗路底基層按上述施工方法和注意事項修筑完成后，經檢測所有指標均滿足規范要求[3]。

4.2.2 路用性能跟蹤監測

通過對試驗鋪筑完成后7～360 d的取芯分析，不同配合比二灰穩定赤泥材料芯樣在底基層完工15 d后都基本成型；完工1 a后，芯樣均完全成型，見表6。

表6 二灰穩定赤泥底基層強度跟蹤監測

可見，二灰穩定赤泥材料強度隨著時間的推移不斷增長，能夠較好地適應公路建設的需要。完工1 a后檢測各路段彎沉值均不大于20 mm，滿足設計彎沉指標要求[3]。

4.2.3 環境跟蹤監測

根據赤泥的特點，對水質與環境射線針對性進行部分指標檢測見表7。可以看出，赤泥的使用未對地下水造成污染，表8表明，道路周邊環境射線吸收量也滿足環保要求。因此二灰穩定赤泥材料是安全的，滿足環保要求。

表7 道路地下水指標檢測

表8 空氣吸收劑量監測

5 結語

采用赤泥為主要原料，配合一定比例的石灰、粉煤灰加以穩定，作為新型道路底基層材料，取得良好的路用性能和經濟效益。（1）以底基層材料抗壓強度為主要指標，以最大限度使用赤泥為出發點，確定了合理的配合比范圍：赤泥75%～80%，石灰7.5%～15%，粉煤灰7.5%～10%。（2）二灰穩定赤泥7 d和28 d抗壓強度均滿足《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）要求，并且具有較好的抗凍穩定性、干縮性和溫縮性。試驗路經過1 a的運營，未出現早期病害，效果良好，表明二灰穩定赤泥可以作為公路底基層材料。（3）二灰穩定赤泥材料的應用，可以降低建設成本，變廢為寶，具有良好的經濟效益。（4）赤泥中含有少量Na2O，隨著雨水的沖刷可能會污染地下水。使用存放時間較長的陳赤泥可以避免水污染。