赤泥道路材料的试验研究

1、本文在详细分析山东铝业公司原材料理化性质的基础上，对赤泥做道路材料进行 了研究。通过查阅大量文献掌握冇关该问题的国内外研究动态进行大量的室内外 试验研究和理论分析，提出了通过优选原材料 优化配合比 优化施工工艺和加强施 工质量控制等措施提高赤泥道路材料的路用性能。赤泥基层材料试验研究表明：选用适当的配比赤泥道路基层强度可满足高等级 公路的要求，7天抗压强度可达到2.0MPa以上28天强度3.0MPa以上赤泥基层 与传统的半刚性基层材料相比具有强度高、回弹值大等优点。同时开展了赤泥混凝土路面材料应用研究，研制出了符合路用性能的赤泥混凝土 配合比，分析了赤泥混凝土强度形成机理 并做了混凝土路用性能

2、的对比试验 磨细 赤泥代替部分水泥形成的水泥赤泥混凝土具冇较好的物理力学性能，可用于水泥混凝 土路面。磨细赤泥与水泥相比成本仅为水泥的40 %左右，磨细赤泥用作水泥混凝土 路面，具有可观的经济效益。赤泥道路材料的开发与应用，对工业废渣利用保护环境也具有重要意义木。 论文的研究将丰富我国高速公路的基层材料和路面材料的选材范围，而且可使赤泥变 废为宝，对推动我国公路建设的发展起着积极的作用。关键词:赤泥；道路基层；配合比；固化机理AbstractBased on analyzing the physical and chemical properties of raw materials in S

3、handong Aluminum Industry Co. ltd., a great amount of researches were carried out systemically- The paper has grasped the domestic and oversea researching situations by a large number of references. By a large number of test research and the analysis of theory, this paper has put forward that if the

4、 optimal raw materials, mixture rate, construction technology and strengthening construction quality is adopted, it can lead to raising the performance of this material used for road base.The results indicate that the compressive strength of the road base of red mud is high and can meet the requirem

5、ent of highway, if the reasonable rate of mixture is used. The compressive strength of the seventh day can reach over 2.0MPa, and that of the 28th day over 3.0MPa.The red mud road base has better compressive strength and the resilience modulus than usually road base materials.It is testified that th

6、e application of cement-red mud concrete is feasible, and concrete mix property on according to the function for road using has been designed in this paper. At the same time, this paper analyzed the strength theory of cement-red mud concrete, the contradistinctive test of concrete function between c

7、ement-red mud concrete and common concrete have been done. The article analyses solidification mechanism also. Grinded red mud substitutes for part of cement and forms the cement-red mud concrete which has the better physical and mechanical properties. It is available in the cement concrete road sur

8、face. Comparing with cement, the cost of grinded red mud is only 40% of the cement. Therefore when the transportation distance is not too far, the cement-red mud concrete has considerable economic benefits-In addition, for reusing the industry waste residue and environmental protection,it is very im

9、portant to study the road materials from red mud. The research will be helpful in improving the construction technical of highway and forwarding the development of highway in our country. It can widen the road materials application range and change red mud to available materiaLKey words: Red mud Roa

10、d base Mixture rate Solidification mechanism1绪论1.1课题的研究背景及意义赤泥是氧化铝生产排放量很大的废渣，我国2000年氧化铝产量为428.96万吨排放赤泥约490万吨从1954年建成第一个氧化铝厂至今已累计排放赤泥超过5000 万吨,绝大部分是采用筑坝堆放方式处理而得到利用的为数甚少只有烧结法赤泥 用作生产水泥原料，每年利用约50万吨左右 占全国排放量的1吆。由于赤泥堆积 将占用农并耗费较多的堆场建设和维护管理费用且含碱废液污染地表 地下水 源,造成自然生态环境严重破坏也制约着氧化铝生产的发展所以赤泥综合冋收 与利用己成为发展我国氧化铝工业的重

11、要课题，也是氧化铝生产综合回收与利用的主 要方面購不同的生产方法所产生的赤泥其化学成份及矿物组成存在茅异，其综合回 收与利用的途径也不尽相同。赤泥按生产方法可分为联合法赤泥 烧结法赤泥和拜耳 法赤泥，其中联合法赤泥和烧结法赤泥在我国占9吆。赤泥化学成分及矿物组成亦受原矿品位、生产方法投术水平的影响丁般而言， 拜耳法赤泥含有较高的氧化铁和氧化铝，矿物组成以针铁矿 赤铁矿为主烧结法赤 泥中氧化钙和二氧化硅含量较高，其含量达65%,矿物组成中以勞硅酸二钙为主。烧 结法比拜耳法赤泥有更多的利用优势，因为烧结法有烧结过程赤泥屮含有更多的活 性成分如活性氧化钙和二氧化硅等。综合利用赤泥，一直是铝工业一项亟

12、待解决的课题科技工作者们对此进行了长 期的研究和探索，并一直延续至今先后取得了一系列成果对赤泥的综合利用主， 要包括两个方面的工作:一是提取赤泥小的有用组分回收有价金属二是将赤泥作 为一般矿物原料，整体加以利用。山东铝厂是我国的第一个氧化铝厂建于1954年,经过五-|多年的发展，山东铝 业公司根据口己的特点形成了口己的生产特色。山东铝业赤泥是烧结法赤泥 每生产 一吨氧化铝就产生1.51.7吨干赤泥 赤泥屮的活性成分较拜耳法多，但是其产生赤 泥的量较拜耳法大，每年山东铝业公司都要花费大量的人力物力來维护赤泥堆场山 东铝厂为堆存赤泥，采用管道的方法将赤泥浆液由氧化铝厂输送到该堆场澄清后的 水返回氧

13、化铝厂再用0山东铝厂所用矿土主耍来自河南和山西这就决定了山东铝厂生 产氧化铝没有优势，因为河南Jll西贵州广西都有铝厂且距离铝矿较近 这就促 使他们寻找自己的优势和新的经济增长点。随着我国对环保问题的日益重视，近年来关于赤泥综合利用的研究再次成为热 点。在前人试验探索的基础上有关铝厂进一步完善己工业应用的生产工艺各高等 院校也纷纷开展这方面的基础技术研究与理论探讨，在赤泥应用上取得了可喜的进 展。用脱碱赤泥生产水泥 赤泥生产粉煤灰砖 赤泥釉面砖 赤泥作矿井填充料以， 及赤泥在塑料行业的应用都有了较大的进展。但是曲于赤泥用量较小而且由于成本 及工艺的问题一直没有大规模的用于生产实践。我国的赤泥利

14、用率很低，大部分都是设置堆场堆放，这样既浪费良出乂污染环境。 将大量堆弃无用的工业废渣制备成高价值的道路材料，关键是研究和采用相适应的同 化技术与筑路工艺，使之满足道路设计所要求的国家标准该项技术具冇广阔的市场 前景，是环保与基础建设的完美结合将使赤泥综合利用达到一个新的阶段赤泥用 作道路基层方面的研究目前处于起步阶段，还没有成型的技术工艺。1.2国内外赤泥研究进展我国主耍是以一水硕铝右型铝土矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥英主耍成 分为硅酸二钙及其水合物；国外则以拜尔法为主，拜尔法赤泥的主要成分为赤铁矿、 铝硅酸钠水合物、钙霞石等。山东铝厂借鉴苏联的经验，结合口己的研究，在60年代初建成了旨

15、在综合利用 赤泥的全国性大型水泥厂。接着以捉高生料屮赤泥配比为目的成功地进行了水泥配 料的低硅高铁试验，为牛料中赤泥配比提高到40%60%提供了配料依据。但由于赤 泥屮含碱量高，阻碍了生料屮赤泥配比的捉高在6070年代先后进行了“低氧化钙 一二氧化碳法”和“高钙也硫酸纸浆废液法”赤泥脱碱实验室试验和工业化试验收到 了大幅度降低赤泥含碱量和氧化铝生产碱耗的效果。但因同时引起了赤泥浆流动性能 下降，未能在生产上坚持下去以后虽经继续工作但至今未能应用于生产为在不 脱碱的情况下提高生料中的赤泥配比，进行了水泥生料添加矿化剂的实验室试验和工 业化试验，取得了生料添加0.5%的萤右、可使熟料在含碱较高（小

16、于1.8%）的情况下 正常烧结的效果，为捉高高碱赤泥的利用率捉供了条件,并丁 80年代初应用丁生产o 国外研究最多的是拜耳法赤泥，因其含有较高的氧化铁首先考虑用作炼铁的原 料。前苏联的乌拉尔铝厂巴夫洛达尔铝厂德国的格布尔基里尼公司美国的麦克 道尔 韦尔曼公司以及日本和匈才利等国都进行过赤泥炼铁的试验但由于工艺和经 济效益方面的原因，多停留在试验阶段赤泥利用比较成功的是生产建筑材料前苏 联利用第聂们铝厂的拜耳法赤泥生产水泥，生料中赤泥配比可达14%。FI本三井氧化 铝公司与水泥厂合作，以赤泥为铁质原料配入水泥生料，水泥熟料可利用赤泥5 20kg/t,拜耳法赤泥的利用水平比较低 前苏联以霞石为原料

17、生产氧化铝的沃尔霍夫、 阿钦、及卡列夫氧化铝厂己成功地利用霞石渣（赤泥）生产水泥，并进行石灰石、赤泥 两组分配料试验，水泥可利用赤泥624795kg/t,为烧结法赤泥的综合利用开辟了有 效途径。近年来，美国凯撒铝化学公司还对拜耳法赤泥进行了添加粘结剂制取废料复盖层 及同化、烘干制取吸湿剂的试验冉班牙鲁高氧化铝厂则将拜耳法赤泥与热电厂粉煤 灰按一定的比例混合、高压成型后，烘干、烧结制取墙面砖进行了试验。为解决堆存赤泥的综合利用问题，山东铝厂利用赤泥本身抗硫酸盐侵蚀性能强的特 点，在赤泥配料生产熟料的基础上 又以烘干赤泥作混合材 谨行了抗硫酸盐型赤泥 水泥的试验，并于70年代进行了多年的工业化试生

18、产。该试验开辟了水泥生产小配 料和混合材两段利用赤泥的途径，使水泥的赤泥利用量可达600-800kg/toiJ用赤泥 含有一定量的碱、钙和微量元素的特点山东铝厂将其烘干磨细 进行了赤泥硅钙 肥大皿试验。70年代的试验量达到数100吨 对酸性土壤有一定的调节作用 对缺钙、 硅及相应微量元素的土地有一定的增产效果。但因不含作物需要的主要成分对土壤 的作用有限，已终止多年利用烧结法赤泥氧化钙/二氧化硅比值高碱性强及熔点低 的特点，该厂还进行了适当配以含二氧化硅和氧化铝较高的原料及绝热性碳质石墨， 生产炼钢用铸造保护渣的试验。产品经70年代试生产（产量为数100旳）后，已于 80年代连同设备和技术转让

19、给地方企业生产mi此外，山东铝厂还先后进行过赤泥流态砂 铸造用)、赤泥蒸养砖、赤泥冷压砖、 赤泥烧结砖、赤泥釉而砖等试验 但皆因制品性能丄艺条件及经济效益等方而的原 因未能步入工业生产。1.3赤泥做道路材料目前存在的问题将赤泥固结到道路路面所需要的强度存在以下技术困难：(1) 赤泥为细粒级土料，固化表面积大，若用胶结料进行固结，胶凝料所需量 大，必然增加固化材料成本1。(2) 赤泥集中在堆场长期堆放固结成人块状颗粒，如何解决赤泥破碎问题关系 到赤泥大规模利用。(3) 赤泥颗粒为多孔状结构，吸水性强含水量不容易控制，需要找到一个便于 赤泥利用的含水量范围Q(4) 赤泥屮虽然含有较多的狂硅酸二钙，

20、但是处丁惰性状态，如何激发赤泥的 活性是关键问题。(5) 根据赤泥的特性，需要根据我国的实际情况采用适合的丿施工工艺。此外，因为赤泥集小在堆场堆放，如果不是在堆场附近修路肯定会增加运输成 本，这也是制约赤泥作道路基层材料的一个主要因素g赤泥有很强的富水性能含水 量一般较高，颗粒度细小不均，颗粒内部毛细网状结构十分发达具有较高的比表面 积，干燥赤泥极易吸湿，不溶于水可被二氧化碳、低浓度枸缘酸分解这对于赤泥应 用是不利的。1.4本论文的主要工作本论文以大规模消耗我国铝业生产屮的工业固废一赤泥为口的，从赤泥用于道路 基层和面层两个方向着手，对赤泥做道路材料进行了深入的研究在这两个方面做了 室内、室外

21、试验，通过二灰稳定赤泥基层与传统半刚性基层的主耍技术参数的对比， 得出了比较满意的结果。同时结合扫描电镜分析和X射线衍射分析得出二灰稳定赤泥 基层的作用机理和路用水泥赤泥混凝土的强度形成机理，研究了多种激发剂对水泥赤 泥混凝土的激发效果。根据道路规范要求详细设计了二灰稳定赤泥基层的施工工艺及 注意事项，并开展了 4000m的试验路段对赤泥做道路材料的经济效益和社会效益进 行了论述，为推广赤泥用于公路建设创造必要条件。主要研究内容：(1) 赤泥的成分分析、环境评价研究。(2) 二灰稳定赤泥基层的配合比设计，赤泥基层的各项力学性能研究。(3) 试验路段验证了室内试验结杲。(4) 路面水泥赤泥混凝土

22、配合比设计，多种激发剂激发效果研究，水泥赤泥混 凝土主要力学性能研究。(5) 二灰稳定赤泥基层施工工艺及质量检测标准。(6) 二灰稳定赤泥基层及水泥赤泥混凝土的强度形成机理分析。(7) 赤泥做道路材料的经济效益和社会效益分析。2二灰稳定赤泥基层性能要求及原材料性质修筑高速公路对于各类原材料的需求特别巨大。选择质量合格 住产稳定的各类 原材料是工程质量，工程期限的重耍保证同时通过对原材料的优化既可以满足 基层的齐项技术指标，又可以充分利用当地资源降低工程造价水章通过对原材料 的物理、化学性质进行试验分析，以便了解并掌握原材料的基本性能。2.1基层技术性能要求及评价方法实践证明，无论是对于沥青路面

23、还是水泥混凝土路面影响其使用性能和使用寿 命的关键因素之一是基层的材料和质量。调查结果表明新建高速公路和其它公路产 生的一些早期破坏均与基层质量不好冇关。因此要捉高路而的修筑质量解决好基 层问题是极其重要的一个环节。在路面结构中，基层是位于面层下的结构层主要起承重拭散荷载应力以及改 善路基水温状况的作用。因此作为路面的基层材料T般必须满足以下儿个基本要 求：1）要有足够的强度和刚度：在结构厚度一定的条件下，从材料组成上看，基层 的强度主要來口于两个方面，一是依靠集料的骨架嵌挤作用二是取决于无机结合料 的水硬性胶结及填充作用。在这两个因索的共同作用下基层能够承受车辆行驶时所丿施 加的荷载，并且在

24、反复长期使用过程屮不致产生明显的残余变形具有显著的抗剪切 破坏和抗疲劳弯拉破坏能力。这种强度因素对沥青路面下的半刚性基层显得尤为重 要。通常的基层强度指标包括抗压强度 抗剪强度 抗弯拉强度和劈裂强度等几个方 而，但通常实际应用和研究屮大多采用抗压强度做代表这种做法一方而是因为采用 抗压强度简便易行,另一方面是抗压强度指标与其它强度指标Z间相互联系且具有 较好的相关统计规律。基层的刚度必须与面层的刚度相配，如基层的刚度过小则面层会由于过大的拉 应力或拉应变而过早产生开裂破坏；如基层的刚度过大，其抗裂性能较差。2) 要有良好的水稳性和冰冻稳定性：在很多情况下路面基层要经受水的考验， 对于无机结合料

25、稳定的半刚性基层，只冇在浸水的情况下才能准确地判断基层是否 具有足够的强度,是否具有真止承受较高荷载的能力洌此半刚性基层要有良好的水 稳性，要求基层在水的影响下，不会产生明显的强度损失和冻融破坏。路表水会通过各种途径进入路面结构屮，在地下水位接近地表的地段特别在路 基填土不高时，地下水可通过毛细作用进入路基上部和路面结构层在冰冻地区由 于冬季水分重分布的结果,路基上层和路面底基层都有可能处于潮湿或过湿状态这 就要求基层材料在水的作用下,其强度 整体性和刚度不会明显的下降并且在冬季 冇一定的承受冻融循环作用的能力23。3) 要有良好的抗裂性能基层材料随着温度和湿度的变化产生一定的拉应变， 如果超

26、过材料允许拉应变,基层就会开裂基层的收缩开裂不仅破坏基层结构的整体 性而降低英强度，并月这种裂缝很容易在而层上形成反射裂缝因此希望基层的收缩 量越小越好。二灰赤泥基层材料的收缩主要包括由丁失水而产生的干燥收缩和因温度 降低而产生的温度收缩两大方面。岀于下列原因，一般认为基层材料的两类收缩中以温度收缩较为重要：(D-般道路建筑条件下路面开裂现象主要发生在低于5的气温吋细的横 向裂缝宽度约在0.2mm2mm。这种情况下致使路面结构层形变的主要原因是温度收(2) 施工中若能认真地控制二灰赤泥基层的水分散失，便能够减小甚至完全消 除干缩裂缝的发生。二灰赤泥基层一旦覆盖上而层Z后，其水分散失变得困难。

27、国内部分路段调查结果也表明:在季节性冰冻地区气温的急剧下降会增加路面的开 裂程度；二灰赤泥混合料组成和稳定剂数量是影响收缩变形的主要因素。4) 要有一定的抗冲刷能力：由于基层中存留的水分会在行车荷载的作用下形成 相当大的水压力，从而对基层材料造成类似冲刷的作用，并带走一些材料长期以往， 随着被带走的细料的累积，在道路表面产生唧泥现象的同时基层形成坑洞最终造 成道路基层和面层的破坏。因此道路基层应具有一定的抗冲刷能力这一要求在当今 大流量、高荷载的交通状况下，显得尤为重要。5）具有良好的疲劳性能：疲劳是在小于材料极限强度的应力反复作用下材料所 产生的累计破坏。二灰赤泥混合料在使用期间经受车轮荷载

28、的反复作用加Z气温环 境影响使其长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐卜-降当荷载重 复作用超过一定次数后，在荷载作用下路面内产生应力就会超过强度下降后的结构抗 力，当二灰赤泥混合料内的弯拉应力接近或达到抗弯拉强度值吋裂缝迅速发展并贯 穿全截面,继而发生断裂因此 在重交通道路一级公路和高速公路上 要求二灰 赤泥混合料述应该具冇较强的抗疲劳破坏能力。显然,采用赤泥作为主要材料的道路基层也应具备以上的特点以适应高等级公 路口益提高的要求。尽管各种不同的路用性质冇自身的形成和发展规律 并依次满足 不同的路用需求，但达到一定的强度是基层材料整个路用要求的最根木性质当二灰 赤泥材料达到一定的

29、强度时 比其是无侧限饱水抗压强度），则是相应路面基层实现 较高的水稳性、冇效的防冲刷能力以及良好的抗收缩性等方而的基本前捉因此本文 在研究二灰赤泥材料施工特性规律时，主要采用无侧限饱水抗压强度作为相应的评价 指标38 o综上所述，为了使二灰赤泥发挥其作为基层应起到的承重扩散荷载应力和改善 基层水温状况的作用，二灰赤泥基层必须具有良好的力学性能水稳定性能耐久性 能、抗冲刷性能及疲劳性能等。2.2原材料技术性质结合山东铝业股份公司淄博 附近 集料 水泥 石灰 粉煤灰 赤泥等现场 所用原材料，分析了其性质。2.2.1集料混凝土是由集料和胶凝材料组成的复合材料，集料在混凝土中约占70%,是混凝 土的主

30、要组成成分。顾名思义，集料就是作为混凝土骨架的材料。混凝土集料有粗、 细之分，细集料粒径范围是0.15-5mm ,如天然砂与石屑；粗集料的粒径范围是 5150mm,如卵石、碎石及碎卵石等但路面混凝土中常用的粒径范围是531.5mm。 在混凝土屮，集料具冇重耍的技术和经济作用表2-1 2,-2分别描述了集料性质对混 凝土及混凝土路而性能的影响。表21集料性质对混凝土性质的影响20集料性质泯凝土性质粒径和级配新拌混凝土的和易性经济性、强度便度、韧度和耐濟力耐久性坚固性耐久性、抗风化能力孔隙率、渗透性和吸水率耐久性、耐冻性、配合比颗粒形状和农面纹理和易性、强度耐磨性相对密度和吸水率配合比、混凝土密实

31、度、耐久性衣2-2集料性质对公路混凝十路面的影响120)集料性质功能颗粒强度加粒硬度颗粒纹理颗粒形状、具有足够的强度和稳定性，保证路表面压力传播级配到下层并防止大面积的路表沉陷抗化学侵蚀、潮湿和干燥洽融作用孔隙抗风化作用和化学作用结构抗剥落抗交通荷载的作用体积变化热作用和干湿作用)、孔隙结构、热传导性质抗内力作用如膨胀、收缩、翘曲化合物、盖展、化学反应体积安定性集料与胶结料的相容性颗粒形状和表面纹理狈粒强度赋磨力、孔隙结构抗滑能力最大粒径、级配路农粗糙度从表2-1和表2-2看出粗骨料类型对抗折强度有十分明显的影响 碎石表面粗 糙对提高抗折强度有利，而卵石表面光滑不利于表面粘结对抗折强度不利粗骨

32、料 和细骨料级配良好，对提高抗折强度有利觀骨料最大粒径适中t片犹含量小的 混凝土抗折强度较高。粗细骨料表面含泥或含泥量偏高,严重影响抗折强度，止确地选择集料的品种，符合有关技术指标的要求，是配制路面混凝土的基础。 混凝土的强度取决于三方面：(1) 胶凝材料的强度；(2) 胶凝材料与集料界面的强度；(3) 集料的强度。上述三方面中的薄弱环节是混凝土最终强度的控制因素。对 丁屮、低强度混凝土通常最薄弱环节是界而(由于在集料界而留下的泌水孔隙或过多 的Ca(OH)2晶体界面定向排列)集料强度往往数倍于混凝土的强度而很少受到关注。 对于高强与高性能混凝土来说，由于胶凝材料浆休以及界面强度的大幅度提高，

33、此时， 集料的性能逐渐成为混凝土强度与弹模的主要影响因索。木试验细集料选用天然河砂为中砂，取口中建三局流芳搅拌站细度模数为2.6 o 碎石515mm(30%), 1525mm(70%)二级配。取自中建三局流芳搅拌站。2.2.2水泥对配制路而混凝土所用水泥的性能具冇比普通混凝土冇更高的耍求，除了水泥的 活性(标号)以外，应考虑其化学成分、细度、粒径分布甚至微量成分的影响，及水泥 加水后的早期水化。在选择水泥时应考虑下述原则【25：(1) 应选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥Q高性能路面混凝土可通过掺合 料品种与掺量的选择调节混凝土的性能，将比直接选用矿渣水泥或粉煤灰水泥具冇更 好的技术效果。(2

34、) 宜选用C3S硅酸三钙含量高GA铝酸三钙含戢低的水泥水泥的 主要矿物成分CsS. C2S (硅酸二钙)和CsA对混凝土的性能影响较大。CsS不仅对 早期强度而且对后期强度发展均有限；C2S水化较慢，通常只对后期强度冇利；CsA 的水化速度较快，但CsA的含量往往引起水泥与高效减水剂的相互适应性问题,C3A 含量过高时，混凝土流动度的经时损失很快。CsA的适宜含量应小于出。(3) 选择碱含量符合规范耍求的水泥。混凝土的碱骨料反应近年来得到了较多 的研究与重视。有的学者提出应严格限制水泥的总碱量(Na2O+O.685K2O)不超过0.6 %甚至更低。我国生产的水泥总碱量多数在0.7 %以下，但也

35、有一些厂家生产的水泥 总碱量达到了 0.8%其至更高。虽然碱骨料反应带来危害很严重，但是，一味的追求 低的含碱量也是不切实际的。一方面，降低总碱量0,通常伴随着较大的资源浪 费与经济损失。另一方面，配制高性能混凝土通常需掺用粉煤灰硅粉等矿物掺合料， 这些掺合料均能明显抑制混凝土的碱骨料反应。因此高性能混凝土所用水泥的总碱 量只要满足国家现行规范即可。(4) 选用颗粒组成良好的水泥。水泥如果粗细颗粒恰当级配，可得到良好流变 性能。好的级配应控制53()im的颗粒含量约占9%,而VlOim的颗粒V10%。本试验研究采用32.5硅酸盐水泥华新水泥厂生产，其性能指标见表2-30表2-3华新堡垒32.5

36、硅酸盐水泥性能比表面积2凝结时间 初凝终凝抗压强度MPa 抗折强度MPa )细度安定性cm7gminmin3d28d3d28d%358014027026.651.65.97.91合格2.2.3石灰石灰用作激发剂，对二灰赤泥强度有明显影响故要求使用3级以上石灰石灰 在使用前35天进货但不得超过10天要充分消解，又不能过湿成团堆置时间不宜 过久。O为防止雨淋最好放在棚内)1石灰的技术要求石灰的技术标准参考1993年颁布的公路路面基层施工规范(JTJ034-93)中石 灰质量标准的冇关规定表2-4给出了工程屮石灰的有关指需表2-4石灰的技术指标(GB 1594-79 )|28钙质生石灰镁质生石灰钙质

37、消石灰镁质消石灰等级冇效转加飙化镁含二； 1 匚858070量不小十未消化残渣含虽8075656560556055505m叫姒肌筛的筛余71117101420(嘲大于含水量不大于444444().71mm (死孔筛的筛余不011011细大于度 025mm方孔缎娜计筛余132()132()不大于钙镁石灰的分挪)5AA3 严,%,K硅铝镁谿物含量Z和5的生石灰有效钙加氧化镁含量指标等75等7。,等60未消化残渣含量指标与镁质生石灰指标相同2)石灰现状山东铝业股份股份公司氧化铝生产过程中，需要懒烧石灰石获得二氧化碳气 体，石灰是氧化铝生产的副产品，石灰资源非常丰富。块状生石灰，充分消化后 10mm筛

38、孔的通过率为95%,即利用率为95 %,消石灰的物理化学性质如表2-5 所示。表2-5消石灰物理化学性质活性成分含量(%)细度(筛孔尺寸mm)CaOMgOCaO + MgO0.710.12565.603.326&920.419.20由于MgO4%,所以此石灰为钙质石灰，活性钙镁含量总量达68.92%,屈二级石灰，其各项指标均符合上述规范要求。石灰在制备过程，应采取以卜措施；(1) 石灰应在用于工程Z前7天充分消解成能通过10mm筛孔的粉状并尽快 使用。(2) 石灰应设棚存放，并能防风避雨2.2.4粉煤灰工业废渣粉煤灰是煤粉经过高温a000-1500)生成的火山灰混合材料,主要由SiO2玻璃体组

39、成它本身没有或略有水硕胶凝性能,在水份存在的条件下能与石灰 屮Ca(OH)2发生化学反应，生成具有水硕胶凝性能的水化合物水化硅酸钙 (Ca SiO2 nH2O)和水化铝酸钙(CaO AI2O3 mH2O)这种性质称之为火山灰活性。反应 的生成物具有胶凝性质,利用这种性质可将石灰粉煤灰作为一种胶凝材料巾来加 固赤泥而成为具冇一定强度和刚度的路面基层材料。粉煤灰化学成分与普通水泥相似，主要含冇较多的活性SiO2和A12O3,少量的Fe2O3、CaOMgO和S03等。国外认为粉煤灰中(SiO2十AI2O3)总量必须大于70 %,含碳量不得超过1%才能用做道路材料。粉煤灰具有颗粒细轆松轻质空隙大、 吸

40、水性较强和有火山灰活性等特点。粉煤灰内的活性材料如SiOb AI2O3及Fe2O3是酸性氧化物和弱碱氧化物3其含 量对二灰混合材料强度冇明显的影响，粉煤灰起反应的程度与速率取决于下述几个因素:（1）稳定剂（游离石灰）的数量；（2）氧化硅（SiO2）和氧化铝（AI2O3）的总量；（3）有 适量的水份；（4）压实密度；（5）含碳量；（6）细度；（7）温度；（8）龄期。1）做道路材料粉煤灰的技术要求粉煤灰屮SiCh AI2O3和Fe2O3的总含量应大于 尬 粉煤灰的烧失量不应超过 20%, 0.3mm通过率不小于9佻；0.075mm通过率不小丁，7丸。粉煤灰比面积应大 于2500cm2/g含水量不大

41、于35%。保证配制的混合料含水量不大于最佳含水量+0.5 %1.0% 汽2）粉煤灰现状粉煤灰采用山东铝业自备屯厂干排灰，主要曲无定形玻璃未燃尽的碳以及晶体莫来石、石英铁磁矿方解石等组成图2-1是其XRD分析图化学成分见表2-6 o3A12O3 2SiO2 SiO?oC (石墨)20/( )图2-1粉煤灰x=ray图表2-6山东铝厂粉煤灰化学成分成分SiO2CaOFe2O3AI2O3MgOSO3KzO- NazO灼减百分含量40 6011021517350.5 2020.5 4120表2-7粉煤灰筛分结果筛孑L rtim )21.20.60.3050.0750.038通过率（）10099.789

42、8.1295.5988.9672.9328.35山东铝业自备电厂干排灰不含有凝固团块和其它杂质，从表2-6.表2-7可知其SiO2Fe2O3和AI2O3大于7蚣灼减小于20, 70%以上可通过0.075mm筛孑L满 足道路基层用粉煤灰的质量要求（公路工程施工监理手册中规定粉煤灰中SiO2、 Fe2O3和AhO3应大于90,灼减不大于2吆，70%通过0.075mm筛孑粉煤灰在 使用过程屮注意滤水，天然含水量不宜超过35%,且表面应覆盖，防风避雨粉煤灰 含有大量游离石灰的势必活性好,可能存在某种程度的自硬性细粉煤灰比粗粉煤灰 的活性要好;灰池粉煤灰比料堆活性差一些料堆又比料库 料仓的活性差主要因

43、有大量游离石灰被析岀；从低效率锅炉排出的粉煤灰含碳量高高效率锅炉排出粉 煤灰含碳量低，低效率的则活性较低。2.2.5赤泥烧结法氧化铝采用高硅铝土矿配合苏打、石灰生产,赤泥是高温烧结熟料经熔岀、 固液分离等工艺过程形成的中间产物，具有极其复杂的物理化学性质 赤泥取自赤泥 堆场，过10mm的圆孔筛赤泥根据处理和存放时间长短的不同区分为一月、一年、 三年和十年以上的赤泥，烧结法赤泥含有的主耍化学组分为占总量65%以上的氧化钙 和二氧化硅，15%左右的铁铝氧化物，少量的二氧化钛、氧化镁、氧化钠、氧化钾 和几十种微量稀散元素。试验所用赤泥的化学组成列于表2&表2-8山东铝业赤泥的化学成分（）成分SiCh

44、CaOFe20sAhOsMgOTiOiK2ONaiO灼减新鲜赤泥20.1236.4010.889.002.143.550.433.607.23i年赤泥17.3933.0()10.1012.502.003.240.473.0011.75三年赤泥15.7638.0012.617.400.293.610.332.4415.821 年以上16.1133.2()7.388.3()0.432.000.842.9226.5从表2-8看出赤泥随着堆放时间的延长各种成分的变化不大。赤泥中含有的矿 物主耍来自丁熟料高温反应形成的不溶性矿物和溶出过程水化、水解产生的衍生物， 水合物以及二次副反应形成的新生矿物。赤泥

45、的物相组成是复杂的如图2-2所示 在 XT寸线分析中有些矿物没有显示其特征谱，如钠硅渣、钛水化石榴石、霞石、含水 氧化铁等。根据0射线分析及相化学分析，山铝赤泥矿物组成见表2玛表2-9山东铝厂赤泥的矿物组成矿物组成百分含量a-2 CaO- SiO250 56FeiOj- HzO410CaCO?2123CaO- AhOs- 0.6 SiCh 4.9 H2O59NazO- AhOv 1.7 SiOz- 2 H2O594CaO- AI2O3 - FezO?35CaO- TiO225根据X射线衍射分析赤泥的主要矿物组成为a-C2SCaTiO3 GaCOs和少量的a-Fe203o新陈赤泥的主要区别在于前

46、者比后者含冇较多的a-CzS和较少的CaCQa赤泥10u o f o jo20 4 30405020/( )图2-2赤泥xray图烧结法赤泥表观赤褐色，颗粒度细小不均 颗粒内部毛细网状结构I分发达貝 有较高的比表面积，勃式比表而积一般达4000cm2/g以上而月.赤泥冇很强的富水性 能，具有塑性。干燥赤泥极易吸湿，不溶于水，可被二氧化碳、低浓度枸缘酸分解。 赤泥的熔体特征主要表现为熔点低（半球点122（）1250 ）,熔体粘度小（1350 10 泊），从软化点至半球点温度区域狭窄（50 ）0赤泥的物理性质与粘土相似，有亚粘土之称新鲜赤泥的須性指数为16.7未暴 露于空气屮的陈化赤泥 含水率40

47、%左右）的塑性指数为10.1,但暴露于空气屮的风 化赤泥基木没有塑性。赤泥具有极好的触变性和富水性，将松散的赤泥用手捏儿次， 即可呈现塑性状态，同时表面析出水。物理性质如表2-lft表2-10山东铝厂赤泥的物理性质名称干容重g/cm3比重g/cm3比表面积cm2 /g塑性指数WC熔点粒+60目度+2000%+250 目赤泥0.65-0.902.7 2.984500700016.81220-127051025 3040 50赤泥的活性表现在通常条件下弱的氧化钙水溶性、碱性介质激发条件下的水化、 水解和在大气二氧化碳作用条件下的分解反应。经100烘干的赤泥，在水中随着时 间的延长，氧化钙溶出量增加

48、表明赤泥自身具有微弱的水化活性自然条件下堆存 的赤泥，随着风化时间的延长活性矿物a硅酸二钙发生显著变化取8年的赤泥进 行 4射线衍射分析，表明赤泥屮已不存在a硅酸二鈣的特征峰，而由大量的碳酸鈣 和三氧化二铁所取代。试验通二氧化碳气16小时的赤泥化学成分与自然炭化的最终 赤泥成分十分接近，结果看表2-11 o表2-11赤泥炭化比较成分SiO2CaOFe2OsAI2O3MgOTiOzK2ONazO灼减堆放8年的赤泥16.9735.868.155.000.652.250.202.0826.25CO2作用17.2036.809.305.100.711.810.221.8826.702.2.6 水试验路

49、段的水质以自來水为代表:PH值在6.77.1之间重碳酸根离子的含量为 170mg/L?偏硅酸(H?SiO3)的含量为46.2mg/L ,钙离子(62 + )的含量为70mg/L钠离 子(Na+)的含量为lOlmg/J水的总硕度在1.32.5mg/L之闻水的总碱度在2.546mg/L 之间，按照以上水质的分析这种水可以用于消解生石灰拌制混合料和混合料养生 使用。2.3本章小结本章主要论述了道路材料的评价指标,并对本赤泥做道路材料的各种原材料做了 具体的分析，使原材料的选择符合规范耍求，为下面的试验部分奠定了基础。3赤泥做道路基层材料的试验研究路面基层材料主要有无机结合稳定类，有机结合料稳定类鬲等

50、级公路路面基层 广泛采用无机结合稳定料，冇时也使用冇机结合料稳定类无机结合料稳定类W 半刚性基层)还可分为水泥稳定类石灰稳定类综合稳定类和工业废渣稳定类主( 要是石灰粉煤灰稳定类)，包括水泥稳定十.、石灰稳定十.、水泥石灰综合稳定土、石 灰粉煤灰稳定土、水泥粉煤灰稳定土及水泥石灰粉煤灰稳定土等其屮土作为基层材 料的骨架，水泥和石灰则属于基层材料的胶凝物质出于胶凝的机理不同水泥属于 水侦性胶凝材料，而石灰属于气駛性胶凝材料 无机材料稳定土由于胶凝性质的不同 和材料配比的多变性原因，其工程性质千弄万别，则相应的试验检测方法也较复杂。3.1配合比的确定混合料的技术性能取决于原材料的性质，但各种原材料

51、之间的配合比例也是决定 混合料技术性能的关键。所以我们木着经济上可行性能上可靠的原则通过物理 力学性能试验选出最佳配合比。经过对山东铝业赤泥的物理力学特性分析和探索性试验，确定赤泥的固化材料为 石灰和粉煤灰。二灰稳定赤泥混合料的基木成份是赤泥粉煤灰和石灰它们通过物 理方式成型以及活性成份的相互作用而产生抵抗外力和自然因素作用的能力。决定混 合料主耍性质的配合比，实质上就是赤泥粉煤灰与右灰Z间的相对比例 赤泥粉、 煤灰与石灰的比例适当，则可保证混合料中活性成份能相互作用使强度能够止常增 长。一个好的配合比应当满足工程施工和设计要求即要有一定的强度和适合施工的 工作度。因此，它应具有以下指标：(1

52、) 强度:应满足设计要求的强度值厂般7天无侧限抗压强度不低于23MP遍(2) 工作度；即满足施工工艺要求的拌合物的施工性能它包括拌合物的粘聚 性、流动性和保水性。它取决于单位体积的加水量。(3) 经济性：即满足上述两项要求的情况下，最少的石灰用量。配合比试验采用常见赤泥通过人工筛配，并以不同剂量的石灰制成试件测定其 在湿养条件下的抗压强度，以比较其优劣 试验表明从技术经济条件和固废用量大 的条件出发,确定了各种原料的配比范围赤泥70 %85%,石灰5%15%,粉煤灰 10%20%。施工时应通过试验取样，视其赤泥中含灰量的多少，适当增减其外掺石 灰量。道路基层总体试验方案见表3-1.表3-1道路

53、慕层试验方案配合比编号赤泥粉煤灰石灰18()1()1()27515103801054751()155752053.2道路基层试验及分析本课题以满足道路基层要求的同吋，犬量应用赤泥为原则依据 公賂工程无机 结合料稳定材料试验规程(JTJ057-94)进行试验研究。3.2.1重型击实试验和无侧限抗压强度试验重型击实试验采用标准重型击实，分5层每层击实27次。压实试验和生 产实践都证明了在一定的压实功下有一个与Z相适应的最佳含水量 在送个含 水量时压实的混合料的干容重最大所能达到的抗压强度也最高并通过试验表 明：(1) 混合料的成型含水量随成型压力的增加而减少?而干容重则随着压力而增人;(2) 对同

54、一种混合料来说，成型密实度较大的则其抗压强度也较高；(3) 当混合料试件的干容重相同，而所用的原材料和成型条件不同时，它们的 抗压强度也随Z不同，一般细赤泥混合料的强度比粗赤泥混合料为高 击实试验试件 如图31所示图3-1击实试验试件混合料的压实密度和含水量直接影响着混合料的强度，因而进行了重型击实试 验。现行的公路路面基层施工技术规范(ITJ 034-2000)对二灰工业废渣混合料应 用丁各级公路唯一的指标就是混合料7d无侧限饱水抗压强度而没有采用其它指标, 就其作为基层的受力特性来说是必要的，而且也是必需的。试件养生期的最后一犬， 应该将试件浸泡水中，水的深度应使水面在试件顶面以上约2.5

55、cnL泡水24h后 从 水中取岀并擦拭干净，试件如图3-2所示图3-2抗压强度试件图3-3无侧限抗压强度测试将试件放到路面材料强度试验仪的升降台上，使试件的形变以约1 mm/min的等速率增加进行抗压强度试验如图3-3所示抗压强度Re按式3-1计算Rc=P/A(MPa)(3-1)式小：P试件破坏吋的最大压力；NA试件的截面积(A3D2/4, D试件的直径，mm)。作为承受主要荷载的半刚性基层，无论它由何种材料组成，首先应具备一定的抗 压强度。因此 对上述的儿种赤泥混合料配合比的无侧限饱水抗压强度做了检测 菇 检测结果见表3-2在试验中，按最大干密度和最佳含水量在JYE2000型压力试验机 上静压成型试件，压实度为95%|2710表3-2巫型击实和无侧限饱水抗压强度试验结果配比编号赤泥：粉煤灰：石灰最佳含水量/%最大干密度/g- cm37天抗压强度/MPa28天抗压强度/MPa180：