赤泥在道路建设中的应用技术

聂云刚，盛孝丽

（淄博市交通运输事业服务中心，山东 淄博 255038）

引言

赤泥是铝厂经各种物理和化学处理，制取氧化铝后所剩余的红色粉泥状高含水量的强碱性固体废料，年排放量较大，露天堆存，不仅占用大量土地，增加企业成本，并且造成附近生态环境日益恶化。赤泥经过综合稳定后用作道路建筑材料，符合当前节能减排的发展要求。

1 原材料组成与技术性质

赤泥底基层类似于石灰工业废渣稳定类底基层。参考铝厂对赤泥的物理力学特性分析和探索性试验，初步确定赤泥的固化材料为石灰和粉煤灰[1-2]。

1.1 石灰和粉煤灰

石灰和粉煤灰应符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—2000）要求。

1.2 赤泥

试验路段和室内试验所用赤泥堆存至少30 a以上，化学组成分析结果见表1。

表1 陈赤泥的主要化学组成

赤泥的主要化学组成为氧化钙和二氧化硅，占总量55%以上，铁铝氧化物占比10%左右，还有少量二氧化钛、氧化镁、氧化钠、氧化钾和几十种微量稀散元素。

赤泥的物理性质与黏土相似，颗粒内部毛细网状结构发达，具有较高的比表面积，勃式比表面积一般达到4 000 cm2/g以上，新鲜赤泥的塑性指数为16.7，未暴露于空气中的陈化赤泥（含水率40%左右）的塑性指数为10.1。赤泥具有极好的触变性和富水性。干燥赤泥极易吸潮，不溶于水。

2 二灰稳定赤泥道路底基层的固化机理

二灰稳定赤泥的强度形成机理与水泥凝结硬化形成强度类似，其混合料充分拌和后，在碱性环境中，通过各种途径一系列化学反应和离子交换作用，使混合料中的矿物成分在微颗粒周围形成晶体结构的多种水化物，凝聚成网状结构，在吸收化学反应过程中放出的热量、外界压力（碾压）、温度（气温）的作用下硬化，形成以化学键结合的结晶体网状结构骨架而形成强度，生成密实而坚硬的半刚性板体。

3 二灰稳定赤泥道路材料试验与分析

室内试验的主要目的掌握赤泥材料的基本物理力学性能，确定赤泥底基层混合料配合比。

3.1 赤泥底基层混合料配合比优化

各种配合比的混合料无侧限抗压强度试验结果见表2。

表2 无侧限抗压强度试验结果

对试验结果进行分析对比可得：（1）混合料7 d无侧限饱水抗压强度均能满足道路底基层抗压强度要求。（2）从表2可以看出，在一定范围内增加混合料中的石灰剂量时，混合料的强度将随之提高，但超过相应范围后，增加混合料中的石灰剂量时，强度反而有所降低。（3）从技术经济和大量应用赤泥的条件出发，结合施工现场的原材料情况，对试验结果分析确定，推荐采用配合比为赤泥：粉煤灰：石灰＝75∶15∶10、80∶10∶10、85∶7.5∶7.5进行试验段铺筑。

3.2 含水率对赤泥材料底基层抗压强度的影响

选择配合比为赤泥∶粉煤灰∶石灰＝80∶10∶10。试验测定不同含水率试件的7 d无侧限抗压强度，含水率对抗压强度的影响见表3和图1。

表3 含水率和7 d抗压强度的关系

图1 混合料含水率对抗压强度的影响

由试验结果可知，含水率对赤泥底基层抗压强度有比较显著的影响，含水率在45%左右的抗压强度最高。

3.3 块状赤泥对赤泥材料底基层抗压强度的影响

赤泥中大块较多，即使破碎后仍有不少粒径较大，因此块状赤泥对赤泥材料底基层抗压强度的影响不可忽视。在相同的含水率和干密度的条件下，按照赤泥大块的不同含量制备混合料进行无侧限抗压强度试验，影响规律见表4和图2。

表4 块状赤泥掺量和强度的关系

图2 块状赤泥所占比例对抗压强度的影响规律

由图2可知，随着块状赤泥掺量的增大，7 d抗压强度呈现下降的趋势，赤泥大颗粒掺量在不超过50%时可以满足道路底基层强度的要求[3]。

3.4 冻融稳定性试验

二灰稳定赤泥底基层材料的冻融循环试验方法目前还没有统一的试验规程，采用5次冻融后与冻融前的抗压强度进行对比，分析材料的冻稳性。在28 d 龄期时进行冻融试验，试验结果见表5。

表5 赤泥固化体冻融试验结果

可知，经5次冻融后仍具有较高的抗压强度，其值大体与冻融前试件的强度相当，说明二灰稳定赤泥混合料具有足够的冻融稳定性，能满足使用要求[3]。

4 赤泥底基层施工及质量控制

4.1 试验段施工

在某县道进行二灰稳定赤泥底基层试验路铺筑，该路长1 700 m，宽25 m，日平均交通量14 693次，路面结构为3 cm沥青混凝土+5 cm沥青混凝土+17 cm水泥稳定碎石+ 20 cm二灰稳定赤泥。赤泥底基层施工工序见图3。

图3 赤泥底基层施工工序[4]

施工应注意：（1）赤泥含水率应控制在45%以下，否则应进行翻晒。（2）赤泥通过自卸车运输到现场，由于赤泥颗粒较大，大部分粒径在20 cm以上，甚至达至50 cm以上。卸料后人工用大锤初步破碎。（3）采用中置式拌合机拌和，先将赤泥拌和一遍，掺灰后再拌和两遍，大于20 mm的粒径应小于10%，否则应加拌一遍。（4）拌和一遍后先用胶轮压路机进行稳压，再用平地机初步整平、整形，以消除路拌机拌和接头及搭接不平整处。拌和第二遍后胶轮压路机稳压，平地机进行精平。（5）针对混合料含水率较高的情况，经试验，选用碾压组合方案为初压：拌和后采用26 t胶轮压路机稳压一遍；复压：18 t振动压路机振压两遍，18～21 t三轮压路机碾压两遍。

4.2 质量检测与跟踪监测

4.2.1 质量检测

试验路底基层按上述施工方法和注意事项修筑完成后，经检测所有指标均满足规范要求[3]。

4.2.2 路用性能跟踪监测

通过对试验铺筑完成后7～360 d的取芯分析，不同配合比二灰稳定赤泥材料芯样在底基层完工15 d后都基本成型；完工1 a后，芯样均完全成型，见表6。

表6 二灰稳定赤泥底基层强度跟踪监测

可见，二灰稳定赤泥材料强度随着时间的推移不断增长，能够较好地适应公路建设的需要。完工1 a后检测各路段弯沉值均不大于20 mm，满足设计弯沉指标要求[3]。

4.2.3 环境跟踪监测

根据赤泥的特点，对水质与环境射线针对性进行部分指标检测见表7。可以看出，赤泥的使用未对地下水造成污染，表8表明，道路周边环境射线吸收量也满足环保要求。因此二灰稳定赤泥材料是安全的，满足环保要求。

表7 道路地下水指标检测

表8 空气吸收剂量监测

5 结语

采用赤泥为主要原料，配合一定比例的石灰、粉煤灰加以稳定，作为新型道路底基层材料，取得良好的路用性能和经济效益。（1）以底基层材料抗压强度为主要指标，以最大限度使用赤泥为出发点，确定了合理的配合比范围：赤泥75%～80%，石灰7.5%～15%，粉煤灰7.5%～10%。（2）二灰稳定赤泥7 d和28 d抗压强度均满足《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—2000）要求，并且具有较好的抗冻稳定性、干缩性和温缩性。试验路经过1 a的运营，未出现早期病害，效果良好，表明二灰稳定赤泥可以作为公路底基层材料。（3）二灰稳定赤泥材料的应用，可以降低建设成本，变废为宝，具有良好的经济效益。（4）赤泥中含有少量Na2O，随着雨水的冲刷可能会污染地下水。使用存放时间较长的陈赤泥可以避免水污染。