磷石膏-电石渣-劣质粉煤灰改良土的应用研究

高得力

中国葛洲坝集团第六工程有限公司 云南昆明 650000

高速公路和铁路基床底层、路堤应该使用相应等级的填料，对于相应等级填料缺乏的路段，可以使用改良剂将低等级填料改良，使改良后的填料达到规范或设计要求。目前，常用的土壤改良剂有水泥、石灰、水泥石灰混合料、二灰等；水泥作为土壤改良剂，对于高塑性指数的土及有机质含量较高的土效果很差，同时因凝结时间较短使用不便；石灰改良土耐久性不良；水泥石灰混合料及二灰也有适应性不强、强度不高等等不足之处；同时石灰、水泥的价格较高，且石灰的质量波动很大，这对保证工程质量、降低工程造价极为不利[1]。因此，我们开展利用电石渣、劣质粉煤灰、磷石膏对土壤进行改良的研究，意在工程中完全代替水泥或者石灰。

1 材料概述

1.1 粉煤灰

粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂和城市供热锅炉排出的一种工业废料，从烧煤粉的锅炉烟气中收集得到的粉状灰粒，国外将其称为“飞灰”或“磨细燃料灰”，属于人工火山灰质混合材料，本身没有货很少有胶凝性，但其粉末状态在有水存在时，能与氢氧化钙在常温下发生化学反应，生成具有胶凝性的组分[2-4]。粉煤灰可以稳定或者改良土。我国规定，粉煤灰的细度以80μm的方孔筛上的筛余量不大于8%为宜，烧失量不应超过20%，本次使用的粉煤灰主要成分如表1。

表1 粉煤灰主要成分表

1.2 电石渣

电石渣是化工厂用电石法生产聚氯乙烯（俗称PVC）时生成的副产品，排放量约为电石产量的75%-85%，其主要成分为氢氧化钙和氢氧化镁，干密度比消石灰的干密度略大。

电石渣呈粉状，颗粒比较细，且较为均匀，外观呈灰白色，有异味，含水量较高时呈膏状，自身几乎没有粘聚力，可用作路面工程中石灰的替代原料。本次使用的电石渣主要成分如表2。

表2 电石渣主要成分表

1.3 磷石膏

磷石膏是合成洗衣粉厂、磷肥厂等制造磷酸时的废渣，它是用磷酸盐矿物与硫酸反应而得到的产物之一，通常是灰白色的团块状或粉粒状材料，主要成分是硫酸钙。

磷石膏可用于生产石膏胶凝材料及制品，生产水泥和硫酸以及用作水泥生产的缓凝剂和矿化剂等。

磷石膏同粉煤灰、水泥、石灰等结合料共同稳定土时效果明显。

1.4 土料

本试验采用两种土料，物理指标分别见表3和表4。

表3 土料1检测结果表

表4 土料2检测结果表

2 试验内容及方向

以磷石膏-电石渣-粉煤灰为结合料作为土壤改良剂的改良土，其重要指标为击实试验和无侧限抗压强度，对改良土进行测试的具体步骤严格按照《TB10102-2010铁路工程土工试验规程》进行。

有关试验方案的设计，通过前期试验结果选择不同电石渣-劣质粉煤灰的比例的改良土分别加入不同掺量的磷石膏进行无侧限抗压强度试验，时效试验，并进行有害指标检测[4]。

3 试验成果

3.1 改良土无侧限抗压强度成果

图1 采用土料1改良剂掺量为5%时改良土强度随磷石膏掺量变化曲线

（1）采用土料1的改良土室内试验结果见表5，图1。

（2）采用土料2的改良土室内试验结果。采用土料2的改良土7天无侧限抗压强度试验成果见表6。

3.2 时效试验成果，见表7

3.3 有害指标检测结果，见表8

表5 采用土料1的改良土室内试验结果分析

表6 采用土料2的改良土7天无侧限抗压强度试验成果表

表7 时效试验成果

表8 有害指标检测结果

4 分析

（1）通过7天无侧限抗压强度试验表明，土料强度随着改良剂的掺量增加而增加，并逐渐趋于饱和，随后逐步降低。

（2）由表6可以看出，改良剂无侧限抗压强度与石灰基本相同。

（3）采用本土壤改良剂进行施工时，摊铺、碾压允许有更宽裕的操作时间而不影响质量，比石灰或水泥改良土更容易碾压密实[5]。

（4）根据《公路沥青路面设计规范JTGD50-2017》中无机结合稳定类材料作为底基层时7d无侧限抗压强度要求4.0-6.0MPa，掺入本土壤改良剂的的土料满足该要求。

（5）本土壤改良剂的价格为石灰价格的60%，可保障施工质量的前提下可大幅度降低生产成本，具有经济优势。

（6）解决部分工业固体废料的处理问题，且无污染，具有环保优势。