工业固废钢渣改善黄土路基湿陷性的研究与应用.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD0 引言钢渣属于工业副产品,若作为废弃物直接处置,既占用大量土地,又污染环境。近年来,发达国家对工业固废钢渣的资源化利用越来越重视,根据调查,美、日、德等国公路建设中钢渣利用率高达60%左右;其应用实践也表明,含钢渣集料的沥青混合料对应力敏感性低,强度、耐久性及抗车辙性能好。当前,已有研究成果主要集中在细粒径钢渣在路基工程中的应用方面,主要以粒径在0.075 mm以下的钢渣粉为稳定剂稳定普通混凝土,而对于粒径03 mm和05 mm的细粒式钢渣稳定特殊土路基的研究较少。为提升工业固废钢渣利用率,降低湿陷性黄土路基建筑成本,必须深入开展细粒式钢渣稳定黄土路基的研究。
2、1 工程概况某高速公路修建于山岭微丘地区,其中K19+420K28+614段为黄土路基段,根据检测结果,路基土液限为15.2,塑限为12.3,天然密度1.45 g/cm,最佳含水率为12.8%,最大干密度1.84 g/cm,孔隙比为1.17。黄土材料湿陷性是引发路基病害的主要原因,考虑到该合同段黄土材料的特殊性,常规的强夯、垫层、挤密、沉桩、化学加固、防水等改善处理思路均不适用。工程所在地钢铁厂所产固废钢渣数量较多,采购成本低廉,使用工业固废钢渣改善该公路合同段黄土路基湿陷性便具有较强的可行性。2 钢渣性能检测2.1 应用的安全性选择不同来源且均陈化一年以上的工业固废转炉钢渣1,依次编号为试样
3、1试样5。按照固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法(HJ/T 3002007)和建筑材料放射性核素限量(GB 65662010)展开不同试样浸出毒性和放射性检测。根据检测结果,所选用的5个钢渣试样浸出毒性和放射性均满足工程使用要求。2.2 体积稳定性为增大钢渣和黄土水化接触面,并充分发挥出工业固废钢渣胶凝性,选择粒径03 mm和05 mm的两种钢渣细集料。按照公路路基施工技术规范(JTG/T 36102019)具体要求展开钢渣细集料浸水膨胀率检测,并确定游离氧化钙及铁含量,保证体积稳定2。结果见表1。根据检测结果,仅试样5的游离氧化钙含量略微超标,其余试样及指标均符合规范。表1 钢渣细集料
4、体积稳定性检测结果单位:%体积稳定性指标浸水膨胀率游离氧化钙含量铁含量试样11.02.60.38试样20.61.80.36试样31.32.70.55试样40.92.50.20试样51.53.80.16规范值2.03.02.02.3 胶凝性使用X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪检测钢渣化学元素构成及矿物相,以评价其与石灰等工程材料的胶凝性特征。根据检测结果,工业固废钢渣中富含氢氧化钙、硅酸三钙、氧化钙、氧化镁等活性成分,作为胶凝材料切实可行。3 试验方案及方法为确定改善黄土路基湿陷性的工业固废钢渣粒径及具体掺量,设计出粒径03 mm和05 mm的两种细收稿日期:2023-01-30作者简介:蔚小英(
5、1975),男,山西大同人,高级工程师,从事公路工程管理工作。工业固废钢渣改善黄土路基湿陷性的研究与应用蔚小英(山西路桥第一工程有限公司,山西 太原 030012)摘要:为分析工业固废钢渣在改良黄土路基湿陷性方面的可行性与适用性,以某高速公路黄土路基段为例,对不同来源且均陈化一年以上的工业固废转炉钢渣应用的安全性、体积稳定性及胶凝性展开检测;并对工业固废钢渣改良黄土时的粒径及具体掺量展开试验。结果表明,按照15%的量掺加粒径03 mm的钢渣细集料改良黄土,可使黄土路基压实度、动态变形模量、浸水强度和无侧限抗压强度明显提升,路用性能显著改善;使用工业固废钢渣改良黄土性能还具有较高的社会效益和经济
6、效益。关键词:工业固废钢渣;黄土路基;湿陷性;改良路基中图分类号:U414;U416.1文献标识码:B43总652期2023年第22期(8月 上)集料,钢渣掺量按照5%、10%、15%、20%、25%等确定,通过比较水泥稳定土和石灰稳定土强度及水稳性,以确定钢渣最佳粒径及掺量。粒径0.075 mm以下钢渣粉含量是影响钢渣细集料改善黄土路基湿陷性的关键,故应加强此类钢渣粉掺量的控制,按照0.075 mm筛孔通过率为4%、6%、8%、10%,设计出不同级配钢渣改良黄土,并根据强度及水稳性试验结果确定具体的筛孔通过率。3.1 钢渣浸水膨胀率按照道路用钢渣砂(YB/T 41872009)所规定的浸水膨
7、胀率试验进行钢渣细集料膨胀性检测。检测开始前,必须清洗烘干钢渣,并量取重量为7 kg的试样3份,依次展开击实试验,并检测试样的最佳含水率和最大干密度。此后,再配置3份钢渣试样置于80 水体内检测其体积膨胀程度。根据初始读数、持续浸泡6 h并冷却后的读数、最终膨胀率读数等展开试样体积膨胀率比较。3.2 浸水强度及无侧限抗压强度试验按照 公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E512016)相关规定展开钢渣试样浸水强度及无侧限抗压强度试验。圆柱体试样高50 mm、直径50 mm,部分试样于温度为20 2、湿度不小于95%的封闭无浸水环境养生7 d后展开浸水强度损失试验;另一部分试样以相同方式
8、养生7 d并浸水24 h后检测无侧限抗压强度。4 试验结果4.1 钢渣掺量分别使用粒径03 mm和05 mm的钢渣细集料试样1、强度等级32.5R水泥、石灰改良黄土,并与素土展开强度损失率和无侧限抗压强度的比较,结果见表2和表3,限于篇幅,此处仅列示粒径03mm钢渣细集料改良情况,分析结论对于粒径05mm钢渣细集料改良黄土同样适用。根据表中结果,改良黄土无侧限抗压强度随钢渣、水泥、石灰等掺量的增加而增加;浸水强度损失则随改良剂掺量的增大而减小。不同掺量下的水泥改良黄土和石灰改良黄土抗压强度均满足公路路基施工技术规范(JTG/T 36102019)中对改良黄土强度的要求(0.5 MPa);钢渣改
9、良黄土在钢渣掺量达到10%以上时,强度才满足规范。综合比较不同改良方案下改良黄土无侧限抗压强度和浸水强度可知,钢渣掺量为15%时的改良黄土强度与3%水泥改良土相当,并高于6%石灰改良土;钢渣掺量15%的改良黄土浸水强度损失与6%石灰改良土相当,但低于3%水泥改良土。出于经济性和强度稳定性等方面的综合考虑,本公路工程黄土路基钢渣掺量应为15%。4.2 钢渣粒径按照15%掺加钢渣改良湿陷性黄土的情况下,进行粒径03 mm和05 mm两种钢渣细集料改良黄土的水稳性和强度比较,结果见表4和表5。根据表中结果,掺加粒径为03mm的钢渣改良的湿陷性黄土试样水稳性和无侧限抗压强度均基本满足公路路基施工技术规
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