煤矸石用于路基填筑的路用性能探究

边建民

（邯郸市交通运输局公路工程管理处，河北 邯郸 056000）

随着我国经济发展，道路总里程在逐年增加，道路建筑材料的需求量不断增加，使用土方和石料作为路基回填材料既浪费土地资源又破坏自然环境，为了减少资源浪费、实现可持续发展，现有不少学者研究将煤矸石作为路基填筑材料。

研究表明将煤矸石与石灰等混合后作为路基填料，具有承载能力高、水稳定性好等特点，且施工工艺简单、造价低，在雨季可增强路基的抗水性。中国建设基础设施有限公司程金生等对工程中用煤矸石填筑路基的可行性进行研究，明确了将煤矸石用于路基填筑的巨大效益。中国矿业大学刘春荣分析了煤矸石基本物理力学性质，探讨了其在路基填筑中的应用，认为煤矸石是一种良好的筑路材料。辽宁工程技术大学周梅对阜新煤矸石综合治理进行了调研，从原材料特性、技术可行性和成熟性、经济性等几个方面证明煤矸石是一种良好的路基材料。根据煤矸石的综合利用现状，本文从煤矸石的基本性能研究出发，对其基本物理性能、化学成分、击实特性及承载特性进行室内试验研究，确定不同P5含量对煤矸石混合料的影响，最终确定煤矸石填筑路基的可行性，为煤矸石填筑路基的推广利用提供了参考依据。

一、煤矸石理化性能研究

（一）煤矸石基本理化性质

经过室内试验，对煤矸石的自由膨胀率、压碎值、烧失量及化学成分等进行分析，室内试验结果如表1所示。

表1 不同地区煤矸石基本物理性能

根据试验结果，峰峰矿区（黑色）和陶二矿区煤矸石的压碎值较高，大于30%，其余煤矸石的各项基本性能均符合煤矸石用于路基填筑的技术要求；采用XRF试验对煤矸石化学成分分析发现，煤矸石中SiO2、Al2O3和Fe2O3总含量均在70%以上，属于碱性矿渣，均满足路基填料的规范要求。

（二）煤矸石颗粒级配分析

根据规范《公路土工试验规程（JTG 3430-2020）》中的T0115-1993进行筛分试验，对邯郸峰峰矿区、武安矿区、陶一和陶二矿区煤矸石颗粒级配进行分析，筛分试验结果如图1所示。

图1 不同地区煤矸石级配曲线

通过对颗粒级配分析及对不均匀系数和曲率系数的计算结果可以看出，4个地区的煤矸石颗粒级配良好，峰峰矿区除红色煤矸石曲率系数较大外，其他4种煤矸石级配均满足技术要求。

二、煤矸石力学性能研究

本文选用陶一矿区煤矸石进行击实试验和承载比（CBR）试验，分析确定陶一矿区煤矸石用于路基填料的可行性。

（一）击实试验

根据规范JTG E40-2007中的T0131-2019击实试验方法对陶一矿区煤矸石进行击实试验，选用重型Ⅱ-2进行试验，击实结果如图2所示，根据二次拟合曲线结果可知，煤矸石最佳含水量为3.8%，最大干密度为2.216g/cm3。

图2 陶一矿区煤矸石击实曲线

（二）承载比(CBR)试验

根据规范JTG E40-2007中的T0134-2019试验方法进行承载比试验，确定陶一矿区煤矸石承载特性是否满足路基填筑技术标准。经承载比(CBR)试验得出，陶一矿区煤矸石承载比为35.6%，浸水膨胀率为5.2g/cm3，吸水率为107%，满足路基设计规范中对路堤填料最小承载比的技术要求。

三、细集料含量对煤矸石力学性能的影响

为研究不同细集料掺量对煤矸石混合料填筑路基性能的影响，设计了P5掺量为10%、20%、30%、40%、50%的煤矸石进行室内试验研究，通过击实试验和承载比试验确定对整体性能的影响。

（一）击实特性

对不同P5含量煤矸石混合料进行击实试验，确定不同P5含量煤矸石的最佳含水量与最大干密度，分析P5含量与两者之间的关系，击实试验结果如表2所示。

表2 不同P5含量煤矸石击实结果

根据击实试验结果，随着P5含量的增加，煤矸石混合料的最佳含水量逐渐增大，最大干密度为先增大后减小，在P5含量为30%左右时达到最大值，此时的最佳含水量为4.2%，最大干密度为2.228g/cm3。

（二）承载特性

根据击实试验结果，按照93%的压实度压式成型，每层击实98次，分三层击实，对不同P5含量的煤矸石混合料进行承载比（CBR）试验，试验结果如图3所示。

图3 不同P5掺量承载比试验变化趋势

根据承载比试验结果，不同P5含量的煤矸石混合料承载比均满足路基规范中对路基填料最小承载比的技术要求，但根据变化趋势可知，随着P5含量的增大，煤矸石混合料的承载比呈现先减小后增大的变化趋势，分析原因可能是由煤矸石混合料的内聚力不断增加，内摩擦力逐渐减小导致的。由此可以得出，煤矸石混合料随着P5含量的增加，其承载能力先减小后增大。

四、结语

从室内试验研究来看，煤矸石混合料的基本性能可满足作为路基填料使用的要求，并且其承载能力较高，能够达到高等级公路的技术要求；根据不同P5含量煤矸石的击实试验结果，随着P5含量的增加，其最佳含水量逐渐增大，最大干密度先增大后减小；承载比试验结果显示，随着P5含量增加，承载比先减小后增大，在20%～30%时承载比最小，但是其膨胀率较低，故P5含量在50%左右时其性能较为优异。