固廢材料在路基中的應用

衛菊瑞

（南寧市建筑規劃設計集團有限公司，廣西南寧 530002）

一般工業固廢產物主要包括尾礦、煤矸石、粉煤灰、冶煉渣、工業副產石膏、赤泥和電石渣。根據2021 年國家統計年鑒數據，我國2020 年一般工業固廢產量為367546 萬噸, 一般工業固廢綜合利用量為203798 萬噸,約占一般工業固廢產量的55%，其中建設領域對一般工業固廢的消納約占工業固廢產利用量的13.6%［1］。基礎建設領域對工業固廢的消納還有很大的提升空間。查閱相關資料, 目前基礎基建領域對工業固廢的消納主要集中在建筑混凝土中的集料采用工業固廢材料, 道路工程中對工業固廢的消納的研究相對來講還處在起步階段，還需要進一步加強加大。本文對道路交通領域中路基施工對工業固廢材料的應用進行梳理, 以期達到對道路行業消納工業固廢起到一定助益的目的。

1 路基材料分類與性質

1.1 路基材料的分類

路基是道路工程的基礎, 其強度與穩定性直接影響路面的使用壽命與品質。路基土的分類, 一般是依據土顆粒的粒徑組成、土顆粒的礦物成分或其余物質的含量及土的塑性指標進行區分。根據土的顆粒組成特征、土的塑性指標以及土中有機物質的存在的情況, 路基材料用土可分為巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土4 個類別,并進一步細分為11 種。其中, 巨粒土又可細分為漂石土和卵石土, 粗粒土可細分為礫類土和砂類土, 細粒土可分為粉質土、黏質土和有機質土, 特殊土可分為黃土、膨脹土、紅黏土和鹽漬質土。不同的路基土具有不同的工程性質, 在選擇路基填筑材料時, 需根據不同的土類分別采取不同的工程技術措施。

1.2 路基材料的技術性質

在路基填筑工程中, 砂性土最優, 黏性土次之, 粉性土屬不良材料, 很容易引起路基病害。重粘土, 特別是蒙脫土也是不良的路基土。此外, 特殊土類, 例如特殊結構的土(黃土)、含有機質的土(腐殖土)及較易溶鹽的土(鹽漬土) 等, 用于填筑路基時必須采取相應的技術措施。并且路基填料耗用的大量的天然砂石土屬于不可再生資源。將采用工業固廢產物代替傳統道路修筑材料作為解決工業固廢污染環境以及解決路基填筑材料需求量日漸擴大問題的辦法, 既能實現對工業固廢的消納, 又能緩解日益緊張的傳統筑路材料枯竭的問題［2］。

2 固廢材料在路基中的應用

根據《一般固體廢棄物名錄》(2021 年)以及相關資料查閱［3］，一般固體廢棄物產量排名靠前的固廢物分別為煤矸石、尾礦砂、電渣粉煤灰及赤泥。這幾項固廢的產量約占一般固廢總產量的90% 以上［4］, 下面主要就煤矸石、電渣粉煤灰、尾礦砂以及赤泥在路基中的應用進行闡述。

2.1 煤矸石在路基中的應用

我國最早自60 年代開始開展對煤矸石綜合利用的研究。對于煤矸石在路基中的應用的研究重點集中于煤矸石自身材料性質與煤矸石的工程應用性能兩個方面。

（1）對煤矸石自身性質的研究結論有：1）根據煤矸石的物理力學特性，煤矸石適宜用于路基工程，無毒、強度滿足集料規范要求，可以代替傳統路基填料［5］。但是，煤矸石級配范圍廣，且經常夾雜當地常見的土質；2）級配范圍對煤矸石路基的壓實特性影響大，應注意調整保持煤矸石- 土混合路基填料的級配連續性［6］；3）煤矸石路基填料的粘聚力和內摩角主要受壓實功以及素土摻量的影響，煤矸石路基的抗剪強度與煤矸石的級配中4.75mm 以上顆粒含量存在函數關系［7］。

（2）對煤矸石路基施工特性的研究結論有：1）煤矸石路基施工質量的影響因素主要為煤矸石- 素土混合填料的含水量。煤矸石- 素土混合料的虛鋪厚度以及施工過程的壓實功［8］。4.75mm 以下級配顆粒的含量的控制對壓實度的影響最大［9］；2）煤矸石路基常用的壓實方式為振動壓實與沖擊壓實，采用壓實方式應根據煤矸石級配以及現場試驗段經過試驗確定［10］。

2.2 尾礦砂在路基中的應用

尾礦砂無毒，且具有一定強度，但強度不能滿足作為集料的技術性質，且穩定性差不易壓實，不能單獨用于路基填筑［11］。但是可以采用“黏土包邊尾礦砂”的方案將尾礦砂用于路基填筑工程單中。采用黏土包邊處理后的的尾礦砂滿足作為路基填料的技術要求。黏土摻量范圍為30%～50%：黏土摻量為30% 時，各項性能均衡提高；黏土摻量為50% 時，填料的CBR 數據最優［12］。也可用石灰對尾礦砂進行改良，工程中常見的石灰摻量為4.5%～5%［13］。

2.3 電渣粉煤灰在路基中的應用

我國最早于1985 年開始將電渣粉煤灰應用于路基工程當中。電渣粉煤灰的路用性能與石灰粉煤灰相近，七天無側向抗壓強度值高于同齡期同養護條件的二灰穩定土，說明電石渣粉煤灰路基性能優于二灰路基性能［14］，可滿足二灰基層的使用要求。尤其在不良土質路基改良過程中，對于含水量過大的粉性黏土能夠顯著改良粉性黏土不易壓實、孔隙比過大、強度不足等缺點。對于鹽漬土能夠將鹽漬土的塑性指數改良至規范要求的區間范圍，能夠有效地改善鹽漬土本身的不良特性，經過試驗驗證，改良鹽漬土時電石渣粉煤灰的摻量宜控制在6%～6.5%左右，此時的改良后土質路基的強度明顯提升，耐久性提高，凍融循環損失率降低［15］；對于膨脹土，當以膨脹土：電渣粉煤灰的比例為10：90 的比例摻入電渣粉煤灰可以較好地改良膨脹土的膨脹特性，改良后的膨脹土凝聚力增大，并且電渣粉煤灰路基填料也可以用于臺背回填、道路改造拓寬部分的加強路基回填［16］。

2.4 赤泥在路基中的應用

赤泥因其顏色得名，赤泥主要產于鋁制品產業，從鋁土礦中提煉氧化鋁的過程中會產生一種棕紅色的固體膏狀廢棄物，故命名為赤泥［17］。赤泥的主要成分為SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3等，與普通硅酸鹽水泥的主要成分相似。亦可遇水發生水化反應凝結硬化，并且赤泥呈弱堿性，可對電石渣粉煤灰等路基材料產生一定的催化作用［18］。赤泥用于濕陷性黃土路基的改良時，可以固化黃土路基，改善黃土路基的遇水濕陷性［19］。當赤泥含量為30% 時固化黃土的效果最明顯，當赤泥含量為70%時濕陷性黃土對赤泥的水化作用的催化效果最明顯；赤泥用于改善粉黏土時可以顯著改善粉黏土的剛度，當赤泥與粉黏土的摻配比例為80：20 時，赤泥改良后的粉黏土路基的CBR 最大、單軸抗剪強度最高、力學性能最好［20］；赤泥可以用于垃圾填埋場的防滲內壁，這主要是由于赤泥遇水具有水硬性，強度迅速增大［21］。

3 結語

當前交通運輸行業的快速發展，一方面路基填料所用材料作為一種不可再生資源日漸枯竭，另一方面我國作為工業化國家，工業固廢也成為亟待解決的問題，道路工程的新材料的開發研究為工業固廢消納提供了一條更寬曠的途徑。近幾年來，對于將工業固廢應用于路基材料的研究也取得了長足進展，為促進經濟發展、環境保護、資源節約再利用做出了非常大的貢獻。將工業固廢應用于道路工程中的探索應該持續下去、深入研究，期待道路工程行業可以更大程度的消納工業固廢，為節約資源、環境保護作出更大的貢獻。