赤泥水稳基层路用性能及改善方法研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HillTang00009
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在氧化铝生产过程中不可避免产生工业固体废弃物—赤泥,赤泥的堆存不仅占用土地资源,而且污染空气、土壤和地下水资源,对人和动物的生命健康造成严重影响,因此,如何大规模消耗掉赤泥这种固体废弃物,是一件迫在眉睫的事情。本课题以贵州清镇赤泥为原材料,制备赤泥水泥稳定碎石基层材料,以无侧限抗压强度为考核指标,优选出最佳配合比。对最佳配合比的劈裂强度、室内抗压回弹模量、抗冻性、抗水稳定性和干缩性等路用性能进行研究,探索分别加入电解锰渣、粉煤灰和石灰后,对赤泥水泥稳定碎石基层路用性能的改善情况。通过SEM和XRD分析结构体系的微观机理和矿物成分,以此建立与宏观性能之间的联系,并通过环境浸出试验,评价赤泥水泥稳定碎石对环境的影响。主要结论如下:(1)对原材料的物理力学、化学性能进行检验和分析,结果表明:赤泥呈碱性,属于硬塑性粉质黏土,化学成分以Ca O、Si O2、Fe2O3等氧化物为主,其中Ca O的含量最高,其次是Si O2,从SEM图发现赤泥的的颗粒形态不规则,表面不平整、粗糙,不同粒径的颗粒分布不均匀、相互包裹成团,聚结在一起,粗、细颗粒之间存在少量孔隙;电解锰渣p H值为5.63,呈弱酸性,化学成分与赤泥相似,但Si O2和SO3含量较高;水泥、粉煤灰和石灰的各项性能指标以及集料的各筛孔通过率和物理力学性能均满足规范要求。(2)采用骨架-密实型结构,集料级配为XG3:G11:G8:G2=38:19:24:19,初定配合比共10种。击实试验和无侧限抗压强度试验结果表明,水泥掺量一定时,随着赤泥掺量的增加,最佳含水率增大,最大干密度减小,无侧限抗压强度降低;当赤泥取代量一定时,随着水泥含量的增加,最佳含水率减小,最大干密度增大,无侧限抗压强度升高。最佳配合比为A5组,即水泥含量为4%,赤泥取代量为25%。(3)赤泥水泥稳定碎石基层的力学性能、耐久性能等路用性能较差,各龄期劈裂强度和抗压回弹模量值较小,5次冻融循环后试件的抗压强度损失BDR仅为69.24%,28d水稳系数小于80%,试件前期发生微膨胀,失水主要集中在前20d,试件收缩较水分蒸发具有滞后性。(4)当石灰、粉煤灰和电解锰渣作为外加剂分别掺入后,有效改善了赤泥水泥稳定碎石的力学性能和耐久性能,石灰的改善效果最好,粉煤灰次之,电解锰渣最弱。随着养护龄期和外加剂掺量的增加,无侧限抗压强度、劈裂强度和室内抗压回弹模量随之增大,结构体系抵抗荷载作用和变形的能力增强;BDR和水稳系数随外加剂掺量的增加而逐渐增大,抗冻性和抗水稳定性逐渐增强。石灰、粉煤灰有效增强了赤泥水泥稳定碎石基层的干缩性能,随着石灰和粉煤灰掺量的增加,干缩应变和干缩系数逐渐减小,而电解锰渣的加入增大了干缩应变和干缩系数,对干缩性能的改善效果不理想。(5)X射线衍射结果表明,赤泥水泥稳定碎石的矿物成分包括粘土矿物和非粘土矿物,非粘土矿物成分中白云石(Ca Mg(CO3)2)的含量最高,特征峰最明显,方解石(Ca CO3)的含量次之,特征峰较弱;从不同放大倍数的SEM图发现,石灰、粉煤灰和电解锰渣加入后,微观结构发生了明显改变,结构表面更平整,整体性更好,孔隙减少,颗粒之间通过C-S-H、C-A-H等胶凝产物粘结得更加紧密,宏观上表现为赤泥水泥稳定碎石的力学性能、耐久性能等路用性能得到有效改善。赤泥水泥稳定碎石基层中的各有害物质得到了有效固化,浓度均低于规范限值,满足环保要求。
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