煤矸石在公路工程中的應(yīng)用初探

毛吉壽

摘要：煤矸石是一種原煤廢料，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，用于公路建設(shè)是一種有利的嘗試。本文通過煤矸石填料在公路工程路基、底基層的應(yīng)用試驗(yàn)與實(shí)踐，闡述了煤矸石施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)，并討論了特殊路基和橋頭路基的處理工藝，以期為我國(guó)公路工程施工提供一種新的建筑材料。

關(guān)鍵詞：煤矸石；公路施工；應(yīng)用

煤矸石系原煤開采的伴生工業(yè)廢物，易占用土地，污染環(huán)境。為了變廢為寶、化害為益，目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)煤矸石綜合利用技術(shù)研究極為重視，其成果也頗為豐富。研究表明煤矸石用途廣泛，可用作發(fā)電燃料、筑路材料、空心砌塊、成品肥料等。其中將煤矸石用作筑路材料，是目前公路科研部門的研究熱點(diǎn)課題之一。由于在高速公路建設(shè)中，路基填方、基層用料量均很大，若將煤矸石用作路基、底基層建筑材料，既可以解決路用材料的缺乏，又可以變廢為寶，保護(hù)環(huán)境。以公路工程建設(shè)為例，由于土源短缺，價(jià)格昂貴，而當(dāng)?shù)氐拿旱V的煤矸石非常豐富，為此，在工程施工中嘗試采用煤矸石作路基及基層用料，運(yùn)用實(shí)踐證明這種應(yīng)用起到了良好效果。

一、煤矸石的概述

目前隨著我國(guó)的公路建設(shè)飛速發(fā)展，每年投資規(guī)模已經(jīng)超過2000億元。同時(shí)煤矸石是煤在形成過程中與煤伴生或共生的一種堅(jiān)硬巖石，是目前我國(guó)最大的固體廢棄物源，占全國(guó)工業(yè)固體廢料的20％以上。大量的煤矸石堆積在地表，侵占了大片土地，并通過水源、空氣污染了環(huán)境。由于煤矸石是在采煤過程夾雜的碎石塊，存篩選過程中被選出來，其中有可燃性碴石和不可以燃性碴。煤矸石約占原煤產(chǎn)量的10％--20％。實(shí)際上，煤矸石并非單一的巖石，而是含炭物和巖石的混合物，是一種頁質(zhì)巖 隨著堆放時(shí)間的延續(xù)和煤計(jì)石的內(nèi)燃等，渣石堆的混合物中有塊狀、碎粒狀和風(fēng)化的細(xì)粒料，主要是紅、黃、灰黑等多種顏色。煤矸石大致可分為三類：頁巖類：如炭質(zhì)負(fù)巖、油頁巖和沙質(zhì)頁巖等泥巖類：如泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉沙質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r等。砂巖類包括：如石質(zhì)粉砂巖、砂巖等，其中數(shù)量最大的是炭質(zhì)貞巖，其次為泥質(zhì)巖、砂質(zhì)頁巖、少量為泥灰?guī)r ，一般頁巖類及泥頁巖煤矸石均較容易自燃風(fēng)化。

二、煤矸石材料的主要性質(zhì)

在物理方面由于煤計(jì)石經(jīng)過粉碎，通過0.5毫米的篩，按照土的液限、塑限試驗(yàn)法進(jìn)行可塑限界限試驗(yàn)，塑性指數(shù)較低，屬低塑性材料。由于煤矸石的毛體積密度較小，以致最大十密度接近或超過土的最大干密度。同時(shí)，煤計(jì)石的滲透性能壓縮系數(shù)及毛細(xì)水高度等路用指標(biāo)均優(yōu)于土的路用性能。另一方面在力學(xué)上講，經(jīng)過煤矸石的反復(fù)試驗(yàn)，煤矸石的CBR值與飽水的網(wǎng)彈模鞋均高于士的相應(yīng)指標(biāo)。而非飽水的土的回彈模量又高于煤矸石的相應(yīng)標(biāo)，這表明煤矸石的水穩(wěn)定性較好,同時(shí)煤矸石的摩擦角與壓縮性指標(biāo)均優(yōu)于土的相應(yīng)指標(biāo)。其粘結(jié)力低于土的指標(biāo)通過對(duì)煤矸石的物理、力學(xué)和水理性質(zhì)的試驗(yàn)和對(duì)填筑高等級(jí)公路路堤的技術(shù)分析，證明自燃的煤矸石填筑高等級(jí)公路路堤的各項(xiàng)路用指標(biāo)均能滿足沒計(jì)要求，而煤奸石的容重較小，相對(duì)含水量較低，受季節(jié)施工影響較小，便于裝運(yùn)和壓實(shí)，又會(huì)縮短工期。

三、煤矸石材料的應(yīng)用研究

（一）、試驗(yàn)依據(jù)及試驗(yàn)方法

目前還沒有關(guān)于煤矸石路r向材料利用的有關(guān)規(guī)范，本研究的試驗(yàn)方法主要參照石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石的試驗(yàn)方法。為使煤矸石材料在利用過程中滿足相應(yīng)路面技術(shù)指標(biāo)要求，根據(jù)二灰穩(wěn)定碎石進(jìn)行淪證。

（二）、石灰穩(wěn)定煤矸石材料的檢測(cè)

（1）強(qiáng)度檢測(cè)，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)所得的最大干密度和最佳含水量，按98％壓實(shí)度控制密度制備試件，每種石灰劑量各制備6個(gè)試件，試件成型后，用塑料袋密封，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)生6d，再浸水1d，最后測(cè)定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

（2）同彈模量確定。根據(jù)結(jié)果，同時(shí)考慮路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中取值，同時(shí)參照石灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)，在路而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中參照石灰穩(wěn)定碎石，可取其回彈模量為E=1200MPa。

（3）路段檢測(cè)。根據(jù)公路路面基層結(jié)構(gòu)施工檢測(cè)要求，對(duì)石灰穩(wěn)定煤矸石材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測(cè)。第一,取芯。在實(shí)際檢測(cè)工程中，共取芯10處，取芯成功率達(dá)到100％ ，石灰穩(wěn)定煤矸石材料具有較好的成型能力。達(dá)到路面基層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。第二,彎沉檢測(cè)。通過檢測(cè)，舊瀝青路面材料通過石灰穩(wěn)定后作為路面結(jié)構(gòu)基層

使用是沒有問題的，符合路面結(jié)構(gòu)基層要求。第三，壓實(shí)度檢測(cè)。工程中采用定點(diǎn)測(cè)量表面高程和灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度。壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于細(xì)料煤矸石采用灌砂法，粗料煤矸石定點(diǎn)檢測(cè)法。定點(diǎn)檢測(cè)法是每隔20m測(cè)量一個(gè)斷面，斷面的左中右各找一個(gè)點(diǎn)，用白灰作好標(biāo)記，煤矸石路基達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，自重光輪壓路機(jī)壓實(shí)后無輪跡、無反彈，用定點(diǎn)測(cè)量高程，每碾壓一遍輪跡深度相差不超過1--3mm，個(gè)別點(diǎn)最大不超過5mm，檢測(cè)時(shí)可將標(biāo)幾部分刻度細(xì)劃至毫米，經(jīng)與灌砂法比較，此法不僅準(zhǔn)確，而且方便快捷。

四、施工工藝

煤矸石材料利用生產(chǎn)工藝，與通常的石灰穩(wěn)定碎石生產(chǎn)工藝基本相同，簡(jiǎn)單易行。

（一）、備料：在對(duì)通過試驗(yàn)分析煤矸石的料堆進(jìn)行確認(rèn)后，對(duì)其進(jìn)行分析，通過試驗(yàn)來確定石灰的摻配比例。

（二）、破碎：煤矸石在形成的過程中，存在著各種不同的粒徑，為滿足公路工程的需求，尤其是作為路面結(jié)構(gòu)基層或者底基層的需求，需要對(duì)其大粒徑材料進(jìn)行破碎，可采用滾筒式破碎機(jī)械進(jìn)行材料的破碎。

（三）、裝運(yùn)：把經(jīng)過破碎的煤{i1=石材料裝入車輛，送達(dá)拌合場(chǎng)站堆放備用。

（四）、石灰準(zhǔn)備。石灰應(yīng)在II級(jí)以上，要在使用前7—l0d集中消解，在消解后的石灰以不揚(yáng)灰亦不結(jié)團(tuán)為原則，使用前過1Omm的方孔篩。

（五）、混合料在攪拌廠集中拌和。拌和時(shí)要嚴(yán)格按事先確定的比例上料。每臺(tái)拌和機(jī)配6--10臺(tái)自卸汽車，以保證與混合料的牛產(chǎn)和攤鋪能力相協(xié)調(diào)，并使拌好的混合料盡快運(yùn)到攤鋪現(xiàn)場(chǎng)。

（六）、攤鋪與整平。通過石灰穩(wěn)定煤矸石試驗(yàn)路的鋪筑，得出其松鋪系數(shù)；根據(jù)壓實(shí)要求和機(jī)械組合隋況，控制每層松鋪不超過30cm：首先采用推土機(jī)初平，混合料的松鋪厚度根據(jù)試驗(yàn)路確定的松鋪系數(shù)來控制，攤鋪初平后，壓路機(jī)陜速碾壓1遍。

（七）、為滿足煤矸石的壓實(shí)，宜選凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)，其壓實(shí)效果不僅十分明顯，而且易粉碎大粒徑集料，極適合煤矸石材料施工壓實(shí)。

（八）、石灰煤矸石成型后24h內(nèi)及時(shí)進(jìn)行灑水保濕，覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生，并封閉交通。滿足要求后，再進(jìn)行下一道工序的施工。根據(jù)煤矸石的物理性能、化學(xué)性能以及在實(shí)踐中的應(yīng)用，可見經(jīng)濟(jì)效益顯著。

五、結(jié)論

總之，應(yīng)用煤矸石的壓實(shí)應(yīng)以振動(dòng)壓路機(jī)振壓為主，它能通過共振壓實(shí)，充分破碎煤矸石大顆粒，有效地減少煤矸石顆粒殘留空隙，密度增大，這是靜碾壓路機(jī)不可替代的。并且煤矸石填筑路堤的邊坡除用軟土包邊外，最好增加砌筑防護(hù)，以免雨水長(zhǎng)期沖刷形成沖溝后，導(dǎo)致填筑煤矸石的坍塌。利用煤矸石填筑路基不僅能夠有效地節(jié)約用地、保護(hù)國(guó)有土地資源，還能解決環(huán)境污染問題。

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