固废材料在路基中的应用

卫菊瑞

（南宁市建筑规划设计集团有限公司，广西南宁 530002）

一般工业固废产物主要包括尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏、赤泥和电石渣。根据2021 年国家统计年鉴数据，我国2020 年一般工业固废产量为367546 万吨, 一般工业固废综合利用量为203798 万吨,约占一般工业固废产量的55%，其中建设领域对一般工业固废的消纳约占工业固废产利用量的13.6%［1］。基础建设领域对工业固废的消纳还有很大的提升空间。查阅相关资料, 目前基础基建领域对工业固废的消纳主要集中在建筑混凝土中的集料采用工业固废材料, 道路工程中对工业固废的消纳的研究相对来讲还处在起步阶段，还需要进一步加强加大。本文对道路交通领域中路基施工对工业固废材料的应用进行梳理, 以期达到对道路行业消纳工业固废起到一定助益的目的。

1 路基材料分类与性质

1.1 路基材料的分类

路基是道路工程的基础, 其强度与稳定性直接影响路面的使用寿命与品质。路基土的分类, 一般是依据土颗粒的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量及土的塑性指标进行区分。根据土的颗粒组成特征、土的塑性指标以及土中有机物质的存在的情况, 路基材料用土可分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土4 个类别,并进一步细分为11 种。其中, 巨粒土又可细分为漂石土和卵石土, 粗粒土可细分为砾类土和砂类土, 细粒土可分为粉质土、黏质土和有机质土, 特殊土可分为黄土、膨胀土、红黏土和盐渍质土。不同的路基土具有不同的工程性质, 在选择路基填筑材料时, 需根据不同的土类分别采取不同的工程技术措施。

1.2 路基材料的技术性质

在路基填筑工程中, 砂性土最优, 黏性土次之, 粉性土属不良材料, 很容易引起路基病害。重粘土, 特别是蒙脱土也是不良的路基土。此外, 特殊土类, 例如特殊结构的土(黄土)、含有机质的土(腐殖土)及较易溶盐的土(盐渍土) 等, 用于填筑路基时必须采取相应的技术措施。并且路基填料耗用的大量的天然砂石土属于不可再生资源。将采用工业固废产物代替传统道路修筑材料作为解决工业固废污染环境以及解决路基填筑材料需求量日渐扩大问题的办法, 既能实现对工业固废的消纳, 又能缓解日益紧张的传统筑路材料枯竭的问题［2］。

2 固废材料在路基中的应用

根据《一般固体废弃物名录》(2021 年)以及相关资料查阅［3］，一般固体废弃物产量排名靠前的固废物分别为煤矸石、尾矿砂、电渣粉煤灰及赤泥。这几项固废的产量约占一般固废总产量的90% 以上［4］, 下面主要就煤矸石、电渣粉煤灰、尾矿砂以及赤泥在路基中的应用进行阐述。

2.1 煤矸石在路基中的应用

我国最早自60 年代开始开展对煤矸石综合利用的研究。对于煤矸石在路基中的应用的研究重点集中于煤矸石自身材料性质与煤矸石的工程应用性能两个方面。

（1）对煤矸石自身性质的研究结论有：1）根据煤矸石的物理力学特性，煤矸石适宜用于路基工程，无毒、强度满足集料规范要求，可以代替传统路基填料［5］。但是，煤矸石级配范围广，且经常夹杂当地常见的土质；2）级配范围对煤矸石路基的压实特性影响大，应注意调整保持煤矸石- 土混合路基填料的级配连续性［6］；3）煤矸石路基填料的粘聚力和内摩角主要受压实功以及素土掺量的影响，煤矸石路基的抗剪强度与煤矸石的级配中4.75mm 以上颗粒含量存在函数关系［7］。

（2）对煤矸石路基施工特性的研究结论有：1）煤矸石路基施工质量的影响因素主要为煤矸石- 素土混合填料的含水量。煤矸石- 素土混合料的虚铺厚度以及施工过程的压实功［8］。4.75mm 以下级配颗粒的含量的控制对压实度的影响最大［9］；2）煤矸石路基常用的压实方式为振动压实与冲击压实，采用压实方式应根据煤矸石级配以及现场试验段经过试验确定［10］。

2.2 尾矿砂在路基中的应用

尾矿砂无毒，且具有一定强度，但强度不能满足作为集料的技术性质，且稳定性差不易压实，不能单独用于路基填筑［11］。但是可以采用“黏土包边尾矿砂”的方案将尾矿砂用于路基填筑工程单中。采用黏土包边处理后的的尾矿砂满足作为路基填料的技术要求。黏土掺量范围为30%～50%：黏土掺量为30% 时，各项性能均衡提高；黏土掺量为50% 时，填料的CBR 数据最优［12］。也可用石灰对尾矿砂进行改良，工程中常见的石灰掺量为4.5%～5%［13］。

2.3 电渣粉煤灰在路基中的应用

我国最早于1985 年开始将电渣粉煤灰应用于路基工程当中。电渣粉煤灰的路用性能与石灰粉煤灰相近，七天无侧向抗压强度值高于同龄期同养护条件的二灰稳定土，说明电石渣粉煤灰路基性能优于二灰路基性能［14］，可满足二灰基层的使用要求。尤其在不良土质路基改良过程中，对于含水量过大的粉性黏土能够显著改良粉性黏土不易压实、孔隙比过大、强度不足等缺点。对于盐渍土能够将盐渍土的塑性指数改良至规范要求的区间范围，能够有效地改善盐渍土本身的不良特性，经过试验验证，改良盐渍土时电石渣粉煤灰的掺量宜控制在6%～6.5%左右，此时的改良后土质路基的强度明显提升，耐久性提高，冻融循环损失率降低［15］；对于膨胀土，当以膨胀土：电渣粉煤灰的比例为10：90 的比例掺入电渣粉煤灰可以较好地改良膨胀土的膨胀特性，改良后的膨胀土凝聚力增大，并且电渣粉煤灰路基填料也可以用于台背回填、道路改造拓宽部分的加强路基回填［16］。

2.4 赤泥在路基中的应用

赤泥因其颜色得名，赤泥主要产于铝制品产业，从铝土矿中提炼氧化铝的过程中会产生一种棕红色的固体膏状废弃物，故命名为赤泥［17］。赤泥的主要成分为SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3等，与普通硅酸盐水泥的主要成分相似。亦可遇水发生水化反应凝结硬化，并且赤泥呈弱碱性，可对电石渣粉煤灰等路基材料产生一定的催化作用［18］。赤泥用于湿陷性黄土路基的改良时，可以固化黄土路基，改善黄土路基的遇水湿陷性［19］。当赤泥含量为30% 时固化黄土的效果最明显，当赤泥含量为70%时湿陷性黄土对赤泥的水化作用的催化效果最明显；赤泥用于改善粉黏土时可以显著改善粉黏土的刚度，当赤泥与粉黏土的掺配比例为80：20 时，赤泥改良后的粉黏土路基的CBR 最大、单轴抗剪强度最高、力学性能最好［20］；赤泥可以用于垃圾填埋场的防渗内壁，这主要是由于赤泥遇水具有水硬性，强度迅速增大［21］。

3 结语

当前交通运输行业的快速发展，一方面路基填料所用材料作为一种不可再生资源日渐枯竭，另一方面我国作为工业化国家，工业固废也成为亟待解决的问题，道路工程的新材料的开发研究为工业固废消纳提供了一条更宽旷的途径。近几年来，对于将工业固废应用于路基材料的研究也取得了长足进展，为促进经济发展、环境保护、资源节约再利用做出了非常大的贡献。将工业固废应用于道路工程中的探索应该持续下去、深入研究，期待道路工程行业可以更大程度的消纳工业固废，为节约资源、环境保护作出更大的贡献。