煤矸石路用性能研究

晏卫革

(邢台市交通运输局)

1 煤矸石路用性能室内试验

(1)分别从邢台煤矿的三个煤矸石山上取三组试样，按照直观颜色，分为灰褐色煤矸石(1#试样)、红色煤矸石(2#试样)、黑色煤矸石(3#试样)。

(2)结合以往煤矸石在其他路段的使用经验，确定对以上三组试样进行颗粒分析、界限含水量、天然含水量、击实试验、承载比CBR、压碎值、崩解性、膨胀性、矿物成分、烧失量和有机质含量试验。

①颗粒分析试验

采用圆孔筛筛分法进行颗粒分析试验，煤矸石天然样品筛分通过率和筛分曲线如表1和图1。

表1 煤矸石天然样品筛分通过率 %

图1 不同煤矸石筛分曲线图

根据以上筛分试验结果，三种煤矸石都具有良好的连续级配，且最大粒径均满足规范要求，可作为路基填料。

②界限含水量、天然含水量

采用液塑限联合测定仪测定煤矸石的液限和塑限，计算天然稠度和塑性指数。

表2 煤矸石的液塑限试验结果

由试验结果可知，三种煤矸石液限均处于20～25之间，塑性指数在10左右，符合路基设计规范中对填料路用性能的要求，可用于路基填筑。

③击实试验

试验之前将三组试样中大于38 mm颗粒取出，计算通过百分率，对小于38mm部分，每组分3～5层分别进行击实试验，并对试验所得的最大干密度和最佳含水量进行修正，试验结果如表3。

表3 煤矸石击实试验结果

④CBR试验

采用浸水CBR试验测定煤矸石的强度及水稳性能，室内CBR试验按路基施工时的含水量及压实度要求在试筒内制备试件，并在加载前浸泡在水中饱水96 h，灌入试验使用路面材料强度试验仪，试验结果见表4。

表4 煤矸石的CBR试验结果

⑤压碎值

三组煤矸石试样的压碎值试验结果如表5。

表5 煤矸石压碎值试验结果

煤矸石的矿物组成包括泥质页岩、砂岩，容易导致煤矸石破碎，其岩性决定了煤矸石的压碎值较大，试验结果表明煤矸石的压碎值满足路基设计规范要求。

⑥崩解性

因煤矸石中的软岩成分遇水易发生崩解软化，故需对其进行崩解性试验，试验方法为取某一粒径大小的煤矸石浸水3 d后，可计算出崩解部分质量占原试样质量的百分比，即为试样的崩解量。三组试样崩解性试验结果如表6。

试验结果表明，三组煤矸石试样的崩解性较小，均较稳定。

⑦膨胀性

试验目的主要是测定粒径小于0.5 mm的煤矸石粉样的自由膨胀率。结果见表7。

表6 煤矸石崩解性试验结果 %

表7 煤矸石自由膨胀率试验结果

试验结果表明三组试样的自由膨胀率均小于40%，满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)要求，可做直接作为路基填料使用。

⑧矿物成分

采用化学滴定方法测定三种煤矸石的化学组分，如表8。

表8 煤矸石矿物成分试验结果

从矿物成分数据来看，三组煤矸石试样中SiO2、Al2O3、Fe2O3等总含量均超过70%，未发现不适宜作为路基填料的成分。

⑨烧失量

分别对三组煤矸石试样进行烧失量试验，结果如表9。

表9 矸石烧失量试验结果

试验结果表明，三组试样的烧失量均小于20%，不会对路基稳定性造成影响。2#试样(红色煤矸石)的烧失量比3#试样(黑色煤矸石)小，主要原因为黑色煤矸石中含有残留煤、有机质等成分，在外界环境作用下发生风化、崩解、自燃、有机质灰化等反应，因此黑色煤矸石相比于红色煤矸石性质不稳定，在施工中宜采用红色煤矸石作为路基填料。

⑩有机质含量

根据三组煤矸石试样化学成分分析，三组煤矸石有机质含量均小于10%，满足规范要求。

2 试验结果分析

(1)根据筛分试验结果，煤矸石级配良好，最大粒径满足设计与施工技术规范要求，可以经过碾压达到密实。

(2)化学成分及自由膨胀率试验结果表明，煤矸石中SiO2、Al2O3、Fe2O3等矿物成分总含量大于70%，自由膨胀率小于40%，有机质含量不超过10%，满足规范对路基填料的要求。

(3)根据最佳含水量成型的试件，在压实度达到96%时，试件在4 d饱水后的CBR值为20%以上，完全满足设计与施工规范要求，表明煤矸石在浸水状态下，仍然具有足够的强度适宜作为路基填料。

(4)崩解性试验结果表明，煤矸石崩解性较小，大块的煤矸石崩解后变为较小的煤矸石颗粒，崩解性会进一步降低，稳定性将进一步增加。

(5)烧失量试验结果表明，该煤矸石的烧失量较小，对路基工程有不良影响的成分较少，不会对路堤稳定性产生影响。

3 结语

通过对三组煤矸石试样进行室内试验，结果表明其各种路用性能指标均满足设计和施工规范要求，可以利用作为路基填料。在施工中，宜优先选用稳定性能较好的红色煤矸石，其次是灰褐色煤矸石，黑色煤矸石烧失量偏大，使用前应严格进行现场检验，符合技术要求者方可使用。另外，要做好试验路段，认真总结完善施工工艺、质量检测方法和质量控制措施，做好沉降观测，保证煤矸石路基具有足够的强度、稳定性和耐久性。