专利名称：工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法
技术领域：
本发明涉及一种工业碱渣，本发明尤其涉及一种工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法。
背景技术：
碱渣是碱厂利用氨碱法生产纯碱而产生的白色固体废料，目前我国生产纯碱多采用氨碱法，其产量占纯碱总产量的60％以上，因而产生了大量的碱渣，这些废渣的堆放占用大量的土地，同时碱渣粉尘向四周扩散，对周围环境影响极大。大规模的碱渣将会带来巨大的社会环保问题，储存需要占用大量土地，废弃既浪费资源，又污染环境，回收利用这种再生资源已引起我国政府的高度重视，国内外对碱渣的处理和变废为宝进行了多方面的深入研究。
目前，碱渣利用在建筑工程领域的研究较多。乌克兰基辅建筑工程学院首先研制成功了碱渣混凝土，得到高度评价和广泛应用(董金道，碱渣胶结材料和碱渣混凝土，混凝土，1999年第2期P41～48)；天津市建筑设计研究院和天津机械施工公司共同就利用碱渣代替黄土作为填垫材料进行了试验研究，并在塘沽天碱宿舍进行了大面积应用，取得了较好效果，天津市新型建筑材料工业公司和焦作化工三厂联合开发了以碱渣为主要原料，配以少量粉煤灰和硫酸盐烧结低温水泥的生成方法，称为碱渣建筑胶凝材料(侯晋芳《碱渣代替工程土进行填垫的研究》天津大学2004年硕士论文P2～3)；东南大学绿色建材技术研究所进行了碱渣改性沥青混合填料的研究，得到了很好的效果(钱春香等《碱渣用作沥青混合料填料的可行性研究》，公路交通科技，2006年23卷第4期P14～18)。汇总国内外学者对碱渣的废物利用研究成果主要有以下几个方面粉煤灰-碱渣砖、碱渣-粉煤灰高强型陶粒、碱渣混凝土、碱渣填垫工程土、碱渣混合水泥、碱渣改性沥青混合填料等(王艳彦等，碱渣的综合利用发展状况研究，工业安全与环保，2005年31卷第2期P29～31)。由于碱渣本身水稳性差、强度低，而高等级公路和市政道路又对填筑材料的性能要求很高，截至目前碱渣在道路工程领域中的应用只限于作为填垫工程土来填垫低等级道路经过的低洼地段，而没有应用于高等级公路和市政道路中，作为路基处理、底基层和基层的填筑材料国内未有先例。
天津及沿海地区地下水位较高，土质多为软土，土中多含大量腐殖质，土基承载力极低，近年来，随着高速公路及城市道路的大面积修建，路基处理费用过高、路基或基层填料匮乏等矛盾越来越明显。而一直采用水泥、石灰或粉煤灰对道路基层土壤进行稳定的措施远未达到理想的效果，从技术和经济上均不尽人意。
在城市道路路基处理中，传统的作法多采用碎石、石灰及粉煤灰等筑路材料对含水量过高、有机质含量丰富的软弱土进行固化处理，以寻求路床强度达到设计要求，这往往需要较高的费用。近年来许多城市道路路面出现“当年修、来年坏”的现象，与路基处理效果不胜理想有极大的关系，这不仅大大增加了道路的养护维修费用，也给管理部门造成了不必要的经济损失。
对于公路及高速公路，虽为填土路基，但路基填料往往达不到规范要求，需要固化处理，水泥、石灰及粉煤灰的需求非常大。随着近年来交通工程的迅猛发展，由于高速公路路基处理(桥头或池塘路段)需要大量碎石及水泥，石料显得越来越缺乏，费用较高且难以达到预期效果；另一方面，路基填料多采用戗灰处理，使得石灰的需求量巨大，这不仅导致石灰的价格上涨，而且质量低劣的石灰也乘机混入使用；而基层材料中粉煤灰的匮乏及运输困难更导致了筑路成本的大幅度提高，极需寻找替代的材料及处理措施。
碱渣作为工业废渣，污染环境，占用土地(利用始建于1923年的天津碱厂，是我国最早的碱厂，每年排出碱渣1.8 ×105t，在塘沽区与开发区之间形成了碱渣山，占地面积约3.5km2)。碱渣的存在使场地周围的土质受到盐渍化的侵蚀，同时碱渣粉尘向四周扩散，对城市环境影响极大，并且碱渣占用大量的土地，不仅影响地区的生态景观，而且影响和阻碍该城市的开发、建设和经济发展。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法，采用该方法改良后的碱渣可以大量代替常规工程填料，成为道路工程的廉价填筑材料，降低工程成本，同时减少碱渣堆放占用的土地，减轻碱渣粉尘对周围环境的污染。
本发明提供工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法，该方法包括以下步骤(1)备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土；(2)对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；(3)通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量和最大干密度；(4)制备浅层处理下层土，其组成以重量百分比计包括30～50％的碱渣、42～65％的土、4～8％的石灰；制备浅层处理上层土，其组成以重量百分比计包括30～50％的碱渣、40～65％的土、3～8％的石灰、2～3％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计分别包括30～50％的碱渣、5～10％的水泥、10～30％的粉煤灰、30～35％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定喷洒水量，使其达到最佳含水量；(5)现场铺平碾压，路基浅层处理压实度控制在97％以上，底基层、基层压实度控制在98％以上；(6)每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。
本发明方法将碱渣应用于道路工程中，由于综合利用了工业废渣，减少了碱渣堆放占用的土地，消除了碱渣对环境的污染，同时碱渣代替大量的路基、基层填料(土、碎石、石灰、水泥、粉煤灰)，降低市政工程及公路的工程造价，减轻了挖出耕地所带来的国土资源压力。
附图是本发明的实现流程图。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
和实施实例对本发明作进一步说明。
本发明提供的工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法，该方法包括以下步骤备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土，备料需根据当天施工路段松铺厚度和面积计算用料体积；对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量和最大干密度；制备浅层处理下层土，其组成以重量百分比计包括30～50％的碱渣、42～65％的土、4～8％的石灰；制备浅层处理上层土，其组成以重量百分比计分别包括30~50％的碱渣、40～65％的土、3～8％的石灰、2～3％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计包括30～50％的碱渣、5～10％的水泥、10～30％的粉煤灰、30～35％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定喷洒水量，使其达到最佳含水量，在本步骤中根据道路路基、底基层和基层对填筑材料的不同强度要求，调整上述用料成分的比例，使碱渣得以充分利用；现场铺平碾压，路基浅层压实度控制在97％以上，底基层、基层压实度控制在98％以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。
实施例1备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土；对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；然后通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量为17～24％、最大干密度为1.79～2.08×103kg/m3；制备浅层处理下层土，其组成以重量百分比计包括31％的碱渣、65％的土、4％的石灰；制备浅层处理上层土，其组成以重量百分比计包括30％的碱渣、63％的土、4％的石灰、3％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计分别包括30％的碱渣、10％的水泥、30％的粉煤灰、30％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量为14.2～19％，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定喷洒水量为53.2～95kg/m3，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理压实度控制在97％以上，底基层、基层压实度控制在98％以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定浅层处理下层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.2MPa，平均无侧限抗压强度达0.8MPa；浅层处理上层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.5MPa，平均无侧限抗压强度达1.2MPa；底基层、基层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达5.6MPa，平均无侧限抗压强度达4.8MPa。而传统浅层处理层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在0.3MPa～1.2MPa之间，传统的基层、底基层无机结合料稳定土和添加土壤固化剂的无机结合料稳定土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在1.5MPa～3.0MPa之间。
实施例2备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土；对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；然后通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量为18～22％、最大干密度为1.75～1.96×103kg/m3；制备浅层处理下层土，其组成以重量百分比计包括40％的碱渣、55％的土、5％的石灰；制备浅层处理上层土，其组成以重量百分比计包括38％的碱渣、55％的土、5％的石灰、2％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计分别包括42％的碱渣、8％的水泥、25％的粉煤灰、25％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量为15.6～19.8％，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定喷洒水量为41.8～45.6kg/m3，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层压实度控制在97.5％以上，底基层、基层压实度控制在99.5％以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定浅层处理下层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.1MPa，平均无侧限抗压强度达0.75MPa；浅层处理上层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.3MPa，平均无侧限抗压强度达1.1MPa；底基层、基层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达5.2MPa，平均无侧限抗压强度达4.5MPa。而传统浅层处理层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在0.3MPa～1.2MPa之间，传统的基层、底基层无机结合料稳定土和添加土壤固化剂的无机结合料稳定土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在1.5MPa～3.0MPa之间。
实施例3备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土；对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；然后通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量为17～22％、最大干密度为1.73～1.98×103kg/m3；制备浅层下层土，其组成以重量百分比计包括45％的碱渣、50％的土、5％的石灰；制备浅层上层土，其组成以重量百分比计包括45％的碱渣、45％的土、8％的石灰、2％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计分别包括35％的碱渣、5％的水泥、25％的粉煤灰、35％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量为14.8～19.1％，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定喷洒水量为41.8～55.1kg/m3，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层压实度控制在97.5％以上，底基层、基层压实度控制在99.5％以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定浅层处理下层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.0MPa，平均无侧限抗压强度达0.6MPa；浅层处理上层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.4MPa，平均无侧限抗压强度达1.2MPa；底基层、基层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达5.4MPa，平均无侧限抗压强度达4.8MPa。而传统浅层处理层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在0.3MPa～1.2MPa之间，传统的基层、底基层无机结合料稳定土和添加土壤固化剂的无机结合料稳定土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在1.5MPa～3.0MPa之间。
实施例4备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土；对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；然后通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量为16.5～20％、最大干密度为1.70~1.95×103kg/m3，制备浅层下层土，其组成以重量百分比计包括50％的碱渣、42％的土、8％的石灰；制备浅层上层土，其组成以重量百分比计包括50％的碱渣、40％的土、7％的石灰、3％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计分别包括50％的碱渣、10％的水泥、10％的粉煤灰、30％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量为13.8～18.6％，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定喷洒水量为26.6～51.3kg/m3，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层压实度控制在97.5％以上，底基层、基层压实度控制在99.5％以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定浅层处理下层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达0.8MPa，平均无侧限抗压强度达0.6MPa；浅层处理上层土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达1.1MPa，平均无侧限抗压强度达0.8MPa；底基层、基层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高可达3.6MPa，平均无侧限抗压强度达2.8MPa。而传统浅层处理层养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在0.3MPa～1.2MPa之间，传统的基层、底基层无机结合料稳定土和添加土壤固化剂的无机结合料稳定土养生6天浸水24小时后的无侧限抗压强度最高在1.5MPa～3.0MPa之间。
权利要求
1.工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法，其特征在于它包括以下步骤(1)备料，包括碱渣、砖渣、粉煤灰、水泥或石灰和土；(2)对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；(3)通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量和最大干密度；(4)制备浅层处理下层土，其组成以重量百分比计包括30～50％的碱渣、42～65％的土、4～8％的石灰；制备浅层处理上层土，其组成以重量百分比计包括30～50％的碱渣、40～65％的土、3～8％的石灰、2～3％的水泥；制备底基层、基层，其组成以重量百分比计分别包括30～50％的碱渣、5～10％的水泥、10～30％的粉煤灰、30～35％的砖渣，将各层土按所述确定的比例拌和均匀，测定天然含水量，由天然含水量与最佳含水量的差值，确定喷洒水量，使其达到最佳含水量；(5)现场铺平碾压，路基浅层压实度控制在97％以上，底基层、基层压实度控制在98％以上；(6)每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。
全文摘要
本发明公开了工业碱渣在道路路基、基层处理中的应用方法，该方法包括以下步骤备料；对碱渣和现场土进行晾晒、粉碎；确定混合料的最佳含水量和最大干密度；将各层土按预定的比例拌和均匀，喷洒水使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理压实度控制在97％以上，底基层、基层压实度控制在98％以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。本发明方法将碱渣应用于道路工程中，由于综合利用了工业废渣，减少了碱渣堆放占用的土地，消除了碱渣对环境的污染，同时碱渣代替大量的路基、基层填料，降低市政工程及公路的工程造价，减轻了挖出耕地所带来的国土资源压力。
文档编号E01C3/00GK1963022SQ200610129510
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者赵建伟, 王新岐, 王晓华, 李长升, 邱志明, 于立军, 贺海, 冯炜, 刘润有, 李婧, 付晓敦, 练象平, 任金霞, 刘铁柱, 付向东, 胡军, 任翠青, 徐京阔, 宋杰 申请人:天津市市政工程设计研究院