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阳泉地区赤泥、煤矸石、粉煤灰等固废资源在路面基层中的应用

发表时间：2020/9/4 来源：《基层建设》2020年第11期作者：史剑丽

[导读] 摘要：阳泉地处山西中东部，丰富的矿产资源让阳泉插上腾飞的翅膀，但产生的工业固体废弃物堆存和利用也成为生态环保的难题。

        山西省公路局阳泉分局山西阳泉 045000
        摘要：阳泉地处山西中东部，丰富的矿产资源让阳泉插上腾飞的翅膀，但产生的工业固体废弃物堆存和利用也成为生态环保的难题。利用阳泉郊区赤泥、煤矸石、粉煤灰等原本无用的固体废弃物制备低成本、高性能的路面基层材料，是十分符合生态环保发展趋势和实现公路成本控制的方法。
        关键词：赤泥；煤矸石；粉煤灰；路面基层
        1概述
        阳泉地处山西中东部，是三晋门户，晋冀要衡，素有“中共第一城”的称号。境内矿藏资源丰富，尤以无烟煤、硫铁矿、铝矾土储量大、品位高、易开采而著称于世，是中国最大的无烟煤生产基地之一、全国三大铝矾土生产基地之一和五大硫铁矿生产基地之一。因为丰富的矿业资源让阳泉插上了腾飞的翅膀，也因为长期采矿与选矿生产给阳泉留下了生态难题。阳泉地区目前主要固废有：煤矸石、赤泥、粉煤灰、工业副产石膏、冶炼渣、电石渣等等，而目前主要使用的处理方法依然是堆存、填埋等简单处置方法，并不能达到固体废弃物无害化、减量化、资源化利用。
        在进行公路施工时，对于公路工程的成本费用而言，材料费用、机械设备费用，以及人工成本费用是三个主要的成本费用。三者会占到总成本支出的50%以上，对于相关的施工企业而言，实际使用材料的费用，应该等于预算材料费或中标预算中的预算材料费，保持二者的一致性，否则就达不到设计要求。而预算材料费等于预算材料数量乘以预算材料单价，因此，为了控制材料成本，就要从材料的价格和材料的使用数量方面进行控制。也就是在保证施工质量的基础上，严格控制施工中使用材料的数量，杜绝不必要的使用和浪费，压低供应材料的价格，在成本方面分析，对材料成本的控制，就是为了达到少投入，多产出的目的。实现降低公路工程材料成本的支出，保证企业经济利益的最大化。
        近年来，石料开采受限，成本增加，环保要求提升等因素导致普通碎石水稳材料成本上涨，导致公路建设工程投资成本上升。因此，寻找一种低成本制备方法是十分紧迫的。利用阳泉地区赤泥、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物制备成成本低、性能高的道路基层材料，是一种实现工业固体废弃物大宗高效无害化利用和控制公路投资成本的有效方法。
        2赤泥、煤矸石、粉煤灰固废资源制备公路水稳层示范路段施工工艺要点
        2.1示范路段概况
        2019年6月在“阳泉郊区外环路，前洼--西落菇堰桥段路面改造工程”中首次应用赤泥、煤矸石、粉煤灰等固废资源制备公路水稳层。
        郊区外环路前洼至西落菇堰桥段路面建设及设施完善工程路线全长3.9Km，采用二级公路标准，设计速度60km/h，路基宽度12m，路面结构为4+5cm改性沥青砼面层+20cm水稳碎石基层+20cm水稳碎石底基层+20cm碎石垫层。
        在本示范路段中，在K35+320-550路段铺筑了赤泥、煤矸石、粉煤灰等固废制备的底基层、基层，全长230米，宽度12米，总厚度为40cm。赤泥路面基层混合料由山西中科泓源环保科技有限公司拌合出料。示范段以室内试验最优配比为基础，验证室内试验的性能，优化该配比的经济指标，并对该技术使用的相关设备以及该技术的施工工艺进行改进与优化。
        2.2 一般技术要求
        2.2.1 原料技术要求
        （1）水泥强度等级为32.5或42.5，且满足《公路路面基层施工技术细则》JTG/TF 20-2005要求的普通硅酸盐水泥等均可使用。
        （2）干排或湿排的硅铝粉煤灰和高钙粉煤灰等均可用作基层或底基层的结合料。粉煤灰技术要求应符合表2-1的规定。

        （3）煤矸石、煤渣及冶金矿渣等工业废渣可用于修筑基层或者底基层，使用前应崩解稳定，且宜通过不同龄期条件下的强度试验。集料压碎值应≤30。
        （4）工业废渣类作为集料使用时，公称最大粒径应不大于31.5 mm，颗粒组成宜有一定级配，且不宜含杂质。
        （5）适宜的饮用水均可用于路面基层的施工。未经处理的工业废水、污水、酸性水等不得使用。若遇到有可疑水源时，应当进行水质检验，技术要求应符合下列要求：①pH≥4.5；②Cl-含量不得高于3500 mg/L；③SO42-含量不得高于2700 mg/L，且不应有漂浮的油脂和泡沫及明显的颜色和异味。
        2.2.2 施工技术要求
        （1）赤泥路面基层可适用于各级公路的基层和底基层。赤泥路面基层宜在气温较高的季节组织施工。施工期的日最低气温应在5℃以上，在冰冻地区，应在第一次重冰冻（-3℃～-5℃）到来的15d～30d之前完成施工。
        （2）赤泥路面基层施工时，应遵守下列规定：
        1）配料应准确；
        2）赤泥、粉煤灰等原料应摊铺混合均匀；
        3）洒水、拌合应均匀；
        4）二级及二级以上公路等级拌合工艺推荐选择集中厂拌；
        5）应在混合料处于或略大于最佳含水量时进行碾压，直到达到表2-2按重型击实试验方法确定的要求压实度。

        2.3示范路段应用
        2.3.1 施工前准备
        （1）原材料就位
        1）拜耳法赤泥
        本试验对原料赤泥的要求为含水率45%以下，最好是压滤机新鲜赤泥，含水量稳定，且不大于45%。如果赤泥含水量超过45%，不可直接使用，应待其自然脱水至45%以下之后方可使用。本路段所用新鲜赤泥由山西兆丰铝业有限责任公司提供，其含水率满足要求可直接使用。赤泥到场堆放入槽，施工完毕后，对场地散落的原料全部进行回收并运输至赤泥坝进行堆放。赤泥顶部加盖篷布，防止雨天雨水混入赤泥，造成液体外流，污染附近土壤及地下水。
        2）煤矸石
        煤矸石为阳泉荫营煤矿洗煤厂直排未燃煤矸石，通过破碎、筛分，按照要求将煤矸石进行级配分类存储。现场测试压碎值≦30，含水率一般均较低，指标符合。合格的用封闭式自卸汽车运输到拌合场地。
        3）粉煤灰
        本路段所用的粉煤灰为山西河坡发电有限责任公司提供，机组煤炭燃烧后经除尘器收集，不经任何处理，由散装粉料车运输至拌合现场粉料罐存放。
        4）水泥
        本路段选用42.5#水泥，采用散装粉料车运输入场，利用粉料罐进行储存。
        （2）运输及铺设设备确定
        根据示范段工程量及现场施工条件，选用8*4全封闭式自卸汽车作为本次路面基层材料的运输工具，示范段铺设采取摊铺机配合人工进行铺设，碾压采用单钢轮压路机（22 t）进行压实，最后由胶轮压路机进行收面工作。
        （3）其他措施
        1）拌合料运输
        运输前检查运输车辆车斗密封是否紧密，物料装车时严格控制装车重量，杜绝超载，保证在运输过程中不出现物料散落在地面的情况发生。因拌和料本身有一定的含水率，所以在运输过程中不会造成扬尘二次污染。
        2）防雨防潮
        因为现场条件有限，采取在地面上铺设，物料上方遮盖篷布达到防雨防潮的目的。赤泥堆放入槽，施工完毕后顶部加盖篷布防止二次污染。
        3）废料、剩料处理
        废料统一堆放至密封料库，经破碎后，可做为低强度底基层掺料使用，无二次污染物产生。剩料在考虑停止生产的情况下，通过全密封自卸车运输至原产废单位或存入密封料库待用，确保不产生二次污染。
        2.3.2 物料拌合
        结合新出产赤泥含水量大，易结块，且部分粉料添加剂具有一定的水硬胶凝性。确定如下物料拌合顺序。
        ①预拌料：赤泥、粉煤灰、粉料添加剂1拌合。
        ②预拌料二次破碎。
        ③成品料：预拌料、煤矸石、水泥、粉料添加剂2加水拌合。
        本示范段道路铺设使用的拌合设备为连续型生产设备，首次30秒出料设定为废料，不做路面基层铺设使用。
        2.3.3 道路铺设
        （1）铺设方案
        因摊铺机摊铺宽度限制，本示范段每次只铺设半幅6m宽的基层，施工阶段分两层铺设：上层宽12.0 m，松铺系数1.35-1.38，压实后厚度200mm，下层宽12.0m，松铺系数1.3-1.35，压实后厚度200mm，采用人工放线来进行铺设路面宽度的控制，压实厚度利用水准仪进行测量，路面基层横断面如图2.1所示。

        （2）测量放线
        确定铺设方案后，按照《公路勘测规范》（CTJ C10-2007）和《工程测量规范》（GB50026-2007）要求的标准进行测量。
        （3）第一层铺设
        成品料由拌合场地经8*4自卸汽车运输至示范段，通过摊铺机进行铺设，人工部分修正，钢轮压路机（22t）碾压四次，分别为静压、振压、振压、静压。最后由轮胎压路机进行收面作业。处理过后的路面基层，表面平整光滑，轮迹平整，表面未出现泛碱现象。示范段碾压完成经检查压实度合格。
        （4）第二层铺设
        示范段在第一层基础上铺设第二层时，应考虑层间处理，其余均与第一层铺设方式相同。第二层铺设完成后立即覆土工布，洒水养护。
        2.4 示范段性能检测
        2.4.1无侧限抗压强度
        对养护期满后的示范路段委托山西省公路局阳泉分局试验室对底基层和基层钻芯取样，进行无侧限抗压强度检测，经对该路段钻芯取样及质量检测，检测结果如表2-3所示，赤泥基层强度等各项指标均满足设计及规范要求。

        4 结论
        赤泥、煤矸石、粉煤灰等多固废协同利用制备路面基层材料的大规模推广应用将充分带动阳泉地区累积多年的工业固废可循环利用产业的发展。经计算，利用赤泥、煤矸石、粉煤灰等多种固废制备路面基层材料，铺筑1000米路面基层（包括底基层和上基层），路宽12m，基层总厚度为0.4m可消耗赤泥3326吨、煤矸石4536吨、粉煤灰1209吨，共消耗固废9000余吨，该路面基层材料利用固废达到97%以上，与此同时，该基层与传统路面基层相比成本可降低20%左右。项目规模化应用将彻底解决阳泉地区固废污染环境问题，同时有效降低了公路工程成本，具有良好的社会效益。
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