鋁礦廢料改良土路基填料性能試驗(yàn)研究

丁永燦 劉貞鵬

摘要：廣西鋁礦資源豐富，鋁礦廢料是鋁礦土經(jīng)高溫細(xì)磨提取有用礦物之后的剩余產(chǎn)物。文章研究鋁礦廢料單一改良土、鋁礦廢料石灰綜合改良土及鋁礦廢料水泥綜合改良土等不同方案改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等指標(biāo)，為礦業(yè)廢料在公路工程中的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。這不僅能夠解決廢料的占地及污染問(wèn)題，還能為公路工程建設(shè)節(jié)約土地和投資成本，尤其對(duì)于土地資源并不富裕的廣西來(lái)講，充分體現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：鋁礦廢料;改良土;路基填料

0 引言

土是工程建設(shè)的主要材料，天然土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性往往不一定滿(mǎn)足工程建設(shè)的需要，此時(shí)除了對(duì)其進(jìn)行換填之外，尋求各種途徑對(duì)天然土進(jìn)行改良也是一種有效的方式。

隨著廣西公路建設(shè)的發(fā)展，對(duì)路基填料的需求增大。廣西鋁礦資源豐富，在其生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的鋁礦廢料，對(duì)環(huán)境造成較大污染。本文將鋁礦廢料摻入土中，研究鋁礦廢料改良土的工程性質(zhì)，為工業(yè)廢料在公路工程中的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)，不僅能夠解決廢料的占地及污染問(wèn)題[1]，還能為公路工程建設(shè)節(jié)約土地和投資成本，尤其對(duì)于土地資源并不富裕的廣西來(lái)講，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

土：廣西南寧四塘后山取土，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1;

石粉：廣西南寧某公司生產(chǎn)的石粉，篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2;

鋁礦廢料：產(chǎn)自廣西平果鋁礦;

石灰：廣西南寧某廠石灰;

水泥：廣西南寧某廠復(fù)合硅酸鹽水泥P·C 32.5。

1.2 改良土制備及試驗(yàn)流程

結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有研究成果，確定改良土的制備及試驗(yàn)流程如下：首先將原狀土烘干、碾碎、過(guò)篩，然后按照改良方案將不同的改良劑稱(chēng)量、摻入土中，拌和均勻形成改良土;接著對(duì)改良土進(jìn)行不同含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，分別確定最佳含水率和最大干密度;最后對(duì)不同改良方案改良土按照最佳含水率成型試件，進(jìn)行強(qiáng)度特性、變形特性等性能研究。

1.3 改良土方案

采用鋁礦廢料對(duì)土進(jìn)行改良，最簡(jiǎn)單的思路就是在土中單獨(dú)摻入一定劑量的鋁礦廢料直接形成改良土[2]。參照工程中常用的2∶8灰土，本研究中鋁礦廢料改良土最開(kāi)始的改良方案同樣定為20%鋁礦廢料+80%土。另外選定工程中常見(jiàn)的兩種改良劑：石灰和水泥，擬定了6種綜合改良方案，由于原狀土的工程性質(zhì)較差，在鋁礦廢料綜合改良方案中同時(shí)還摻入了部分石粉，相當(dāng)于對(duì)原狀土進(jìn)行初步處理，詳見(jiàn)表3。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鋁礦廢料單一改良土性能試驗(yàn)研究

鋁礦廢料單一改良土的改良效果如表4和圖1所示。

從表4和圖1中可以看出，單獨(dú)摻加20%的鋁礦廢料對(duì)土進(jìn)行改良的改良效果并不十分明顯，膨脹量由原狀土的3.87 mm降低到3.50 mm，僅降低了9.6%;CBR值由原狀土的2.3%提高到3.4%，增加了48%，但是仍然很小;最大干密度還有所下降，表明改良土的密實(shí)程度降低。

綜合來(lái)看，盡管鋁礦廢料對(duì)土的工程性質(zhì)有所改善，但是還遠(yuǎn)達(dá)不到理想的效果。若要大幅度提高鋁礦廢料改良土的性能，實(shí)現(xiàn)在工程中大規(guī)模使用鋁礦廢料的目的，需要結(jié)合其他改良劑對(duì)土進(jìn)行綜合改良，而非鋁礦廢料單一改良。

2.2 鋁礦廢料石灰綜合改良土性能試驗(yàn)研究

鋁礦廢料石灰綜合改良土的改良效果如表5和下頁(yè)圖2～4所示。

從表5和圖2中可以看出，不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的最佳含水率相同，均為20.5%，相比原狀土有所上升，這是由于加入的生石灰吸收一部分水所致[3]。

而不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的最大干密度相差不大，隨著鋁礦廢料含量的減少（石粉含量增加），鋁礦廢料石灰綜合改良土的最大干密度略有上升，但均比原狀土小。分析原因，是由于生石灰遇水發(fā)生消化反應(yīng)，體積膨脹，在周邊缺乏強(qiáng)力約束的情況下，整個(gè)土體變得疏松，因而最大干密度有所降低;而其中摻入石粉時(shí)，由于石粉本身的密度較大，可使得改良土干密度減小的趨勢(shì)有所緩解。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的膨脹量均較原狀土有所降低，且隨著鋁礦廢料摻量的減小（石粉摻量增加），膨脹量越來(lái)越小，石粉顆粒的加入對(duì)土體變形產(chǎn)生了一定的約束作用，減小了土體的膨脹變形，增加了土體的穩(wěn)定性。

從表5和圖4中可以看出，不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的強(qiáng)度均較原狀土有了明顯提高（提高幅度達(dá)1倍以上），但三者之間的差異很小，且絕對(duì)值仍較小。在鋁礦廢料改良土的基礎(chǔ)上加入石灰進(jìn)行綜合改良的方案效果并不理想，需要尋求更有效的改良劑。

2.3 鋁礦廢料水泥綜合改良土性能試驗(yàn)研究

鋁礦廢料水泥綜合改良土的改良效果如表6和圖5～7所示。

從表6和圖5中可以看出，不同摻量下三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的最佳含水率相差很小，相比原狀土有所上升，這是由于加入的水泥水化要吸收一部分水所致;但總體而言，鋁礦廢料水泥綜合改良土的最佳含水率要低于鋁礦廢料石灰綜合改良土，說(shuō)明生石灰與水反應(yīng)的需水量高于水泥[4]。

同時(shí)，不同摻量下三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的最大干密度相差也不大，基本與原狀土持平，隨著鋁礦廢料含量的減少（石粉含量增加），鋁礦廢料水泥綜合改良土的最大干密度略有上升，當(dāng)石粉含量達(dá)到30%時(shí)（方案F），改良土的最大干密度超過(guò)了原狀土。與鋁礦廢料石灰綜合改良土相比，鋁礦廢料水泥綜合改良土的最大干密度有了較大幅度的提高，說(shuō)明其密實(shí)程度更高。

由表6和圖6可知，三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的膨脹量均較原狀土有明顯降低，且隨著鋁礦廢料摻量的減?。ㄊ蹞搅吭黾樱?，膨脹量越來(lái)越小，尤其當(dāng)石粉摻量達(dá)到20%～30%時(shí)，鋁礦廢料水泥綜合改良土的膨脹量已經(jīng)很小，同時(shí)也低于同等條件下鋁礦廢料石灰綜合改良土的膨脹量，表明此時(shí)改良土的變形穩(wěn)定性更好。

從表6和圖7中可以看出，三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的CBR值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土，方案D、E、F的CBR值分別達(dá)到原狀土的大約20倍、30倍和40倍，并且均超過(guò)了40%，鋁礦廢料水泥綜合改良土方案在力學(xué)性能上表現(xiàn)良好。

3 結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)研究按照統(tǒng)一的改良土制備、試驗(yàn)流程，對(duì)鋁礦廢料單一改良土、鋁礦廢料石灰綜合改良土及鋁礦廢料水泥綜合改良土等不同方案改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析，主要結(jié)論如下：

（1）鋁礦廢料∶土=2∶8時(shí)，改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等與原狀土相比均變化不大，鋁礦廢料單一改良土的效果不明顯，應(yīng)結(jié)合其他改良劑對(duì)土進(jìn)行綜合改良。

（2）鋁礦廢料石灰綜合改良土方案A、B、C與原狀土相比：最佳含水率增大，最大干密度減小;膨脹量減小，土體穩(wěn)定性增強(qiáng);CBR值有所提高，但是絕對(duì)值仍然較小。鋁礦廢料石灰綜合改良土方案在強(qiáng)度及變形等特性方面對(duì)土體有所改善，但是效果仍然不理想。

（3）鋁礦廢料水泥綜合改良土方案D、E、F與原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土方案A、B、C相比：最佳含水率高于原狀土，但低于方案A、B、C，最大干密度高于方案A、B、C，并基本與原狀土持平;膨脹量明顯低于原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土，土體變形減小;CBR值也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土，達(dá)到40%以上。鋁礦廢料水泥綜合改良土能夠較為有效地改善土體各方面的工程性質(zhì)，綜合考慮可選方案E作為鋁礦廢料水泥綜合改良土的推薦方案。

試驗(yàn)研究了鋁礦廢料單一改良土、鋁礦廢料石灰綜合改良土及鋁礦廢料水泥綜合改良土等不同方案改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等指標(biāo)，為礦業(yè)廢料在公路工程中的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)，不僅能夠解決廢料的占地及污染問(wèn)題，還能為公路工程建設(shè)節(jié)約土地和投資成本，尤其對(duì)于土地資源并不富裕的廣西來(lái)講，充分體現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2020-06-02