碱渣是氨碱法制纯碱(Na2CO3)过程中产生的废渣,主要来源于氨碱法蒸馏回收氨气的过程,每生产1 t纯碱会产生0.3 t碱渣。据统计,我国每年排出的碱渣高达600~1200万 t,碱渣堆放问题难以解决。地表堆积和排入海中是当前碱渣的主要处理方式,造成严重的资源浪费和环境污染。
泡沫轻质土是一种新型建筑材料,具有轻质性、密度和强度可调节性等优势,已大量用于新建及改扩建道路的路基填筑和桥背回填等工程。但常规泡沫轻质土的原材料为水泥,造价较高,碳排放量高。
本文提出利用废弃物碱渣制备碱渣泡沫轻质土(A-LS)技术原理与施工工艺并应用于道路工程,不仅可以大量消纳碱渣减少污染,又能有效降低水泥的用量,降低工程造价。通过室内试验,阐明了A-LS的力学性能及耐久性,具体包括抗压强度、割线模量、抗剪强度、CBR、干湿强度系数和耐久性系数;通过现场填筑试验工程,提出A-LS的现场制备及填筑工艺,并现场测试评价A-LS的路用性能指标,包括抗压强度、CBR、回弹模量和弯沉指标等,论证了A-LS技术填筑路基的优越性。
室内试验成果:
推荐配合比:30%水泥+40%GGBS+30%碱渣,水固比0.6、湿密度600 kg/m3时,A-LS的28 d抗压强度可达1.38 MPa,满足路基填筑应用要求。
A-LS的抗压强度、割线模量、CBR、抗剪强度、黏聚力和内摩擦角都随着湿密度的增加而增大;随着龄期的延长也会提升A-LS的力学性能。干湿和冻融循环后,A-LS的抗压强度有所下降,但仍然满足规范对路基填料的要求。A-LS具有较高的干湿强度系数,优于常规水泥轻质土;抗冻融劣化的能力强。(见表1)
现场填筑试验结果:
A-LS现场填筑工程位于连云港至宿迁高速公路徐圩至灌云段X204支线上跨桥桥头(图1)。
A-LS现场制备方法(图2):准备材料、湿法制浆、加入水泥和GGBS、加入泡沫、浆料拌合、泵送浆料和填筑养护。采用湿法制浆,借助原位搅拌头直接利用未分选的原状碱渣制备A-LS,避免了干燥、粉化和筛分等复杂程序,具有低成本、操作简便和高效等优势。
浇筑完成3d后,借助钻机取芯(图3),进行抗压试验。A-LS全部浇筑完成养护10d后,参照《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)在路基顶部进行CBR试验、回弹模量试验和弯沉试验。现场填筑测试结果汇总于表2。可以看出,A-LS的抗压强度、CBR、回弹模量和弯沉均满足设计及规范要求。
本文提出的A-LS,利用未分选碱渣和GGBS替代70%水泥,具有工艺简单、经济环保、密度和强度可调节、适用范围广等优点。可替代传统泡沫轻质土,在路基填筑工程中大量推广应用。
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