消石灰稳定煤矸石路面基层设计工艺研究

丁 强

（江西省交通设计研究院有限责任公司,江西 南昌 330002）

0 引言

煤矸石是煤炭生产过程中产生的固体废弃物，是一种与煤层相伴生的含碳量较低，比煤炭坚硬的灰黑色岩石，其成分主要是SiO2、Al2O3等。将煤矸石用作公路建设材料，是对废弃材料的有效利用，有助于化解大量煤矸石弃置占地和对环境的污染问题。将煤矸石用作公路建材，能够替代相当一部分沙石料，既节省资源，也一定程度降低了公路建设成本。某山区二级公路采取消石灰稳定煤矸石混合料路面基层工艺设计，既完成了公路建设任务，也帮助地区消化处理了大量弃置煤矸石，取得了工程建设、助力环保和服务社会多重工程效益。

1 工程概况

某公路为山区二级公路，速度设计为60.00 km/h，路基宽度12.00 m，路面宽度10.50 m。路桥桥面宽度13.00 m，载荷设计为公路Ⅰ级标准。秉持节能减排设计建设原则，合理利用煤矸石，结合其他节能减排技术，开展工程建设。

2 材料指标要求

在该次设计中，根据规范要求，对Gn、Gm 两家公司用于基层的各种原料进行了多项指标的测试检验。

2.1 消石灰

设计采用Gn 和Gm 两家公司生产的消石灰料，其主要指标检测结果见表1 所示。

表1 消石灰料主要技术指标

表1数据显示，两个公司生产的消石灰材料其质量均不符合生消石灰三级钙质标准。对于等外消石灰，需要进行强度测试，以分析其是否符合路用要求。该设计要求消石灰煤矸石符合公路路面基层强度标准，按照这样的标准，本消石灰料可以使用，但工程中应注意加强检测，以确保消石灰质量稳定[1]。

2.2 粉煤灰

表2数据显示，Gm 公司生产的粉煤灰其粒度偏粗，不符合工程要求，因此要给予更换并且还要加强施工应用检测，以确保其质量稳定性。Gm 公司生产的粉煤灰其水含量偏高，虽然工程可以应用，但施工中应注意检测和控制，以防止水含量超标。

表2 粉煤灰主要技术指标

2.3 骨料

该次设计使用的骨料包括5~10 mm 煤矸石、10~20 mm煤矸石、10~30 mm 石灰岩、0~5 mm 碎石和0~10 mm 碎石。根据JTJ032000 公路路面基层规范要求，对Gn 公司和Gm 公司提供的骨料进行了筛分和压碎值测试。通过检测骨料符合二级公路的基层骨料技术要求，因此可以工程使用。

3 消石灰稳定煤矸石混合料的组分设计

3.1 合成级配设计

因为两家公司生产的10~30 mm 碎石中均存在少量超过31.50 mm 碎石，所以使用前，需要剔除这些超过31.50 mm 碎石，以确保合成级配符合技术要求。材料组成、合成级配分别见表3~4 所示[2]。

表3 各种材料比例汇总

表4 合成级配表

通过检测，4.75 mm和2.36 mm的过筛率偏下限，9.50 mm 筛孔的过筛率偏上限，原因在于0~10 mm碎石的粒度偏粗。所以施工中应密切注意该公司所提供的骨料质量，强化级配抽检，避免个别级配不符合标准，影响混合料质量，而Gm 公司提供的骨料通过率均处于中间水平，表明其合成级配满足工程质量要求。

3.2 击实测试

在确定混合料的合成级配后，按不同比例分别制备了消石灰稳定煤矸石复合料，并通过击实测试来确定最优水含量和最大干密度。煤矸石消石灰混合料中，粉煤灰、消石灰和碎石的比例分别为12 ∶3 ∶85、12 ∶4 ∶84、10 ∶5 ∶85 和12 ∶6 ∶82，所获得的消石灰稳定煤矸石混合料击实测试结果见表5 所示。

表5 消石灰稳定煤矸石混合料的击实测试结果

3.3 无侧限抗压强度测试

击实测试得出最优水含量和最大干密度，按97%的压实度要求制作试件，开展抗压强度测试。标准养护条件下，将试件置于相对湿度≥95%，温度20±2℃的环境中6 d，然后浴水24 h 后开展无侧限抗压测试，其结果见表6 所示。

表6 消石灰稳定煤矸石强度结果

案例为二级公路，根据技术规范规定，其抗压强度要求见表7 所示。案例设计采取0.80 MPa 的无侧限抗压强度标准。

表7 消石灰混合料的抗压强度标准

表6数据显示，Gn 公司的粉煤灰∶消石灰∶碎石配比为10 ∶5 ∶85 时，抗压强度为1.01 MPa，大于Rd/（1-1.282Cv）=0.93 MPa，Gm 公司的粉煤灰∶消石灰∶碎石配比为10 ∶5 ∶85 时，抗压强度为值为1.03 MPa，也大于Rd/（1-1.282Cv）=0.92 MPa，因此这两种配比均能满足二级公路基层对强度的要求。根据上述结果，工程确定应用的配合比为煤矸石∶消石灰∶碎石=10 ∶5 ∶85。

3.4 混合料组分构成

工程设计应用的消石灰稳定煤矸石碎石混合料的组分构成主要参数见表8 所示。

表8 消石灰稳定煤矸石碎石混合料的组分构成

4 煤矸石基层质量控制要点

根据规范要求，对来自Gn 公司和Gm 公司的基层铺筑原料及无侧限7 d 抗压强度实施抽检测试。

4.1 消石灰

对来自两公司的消石灰材料，现场分别采样进行抽检，检测结果见表9 所示。

表9 消石灰技术指标

数据显示，两个公司的消石灰均不符合生石灰三级钙质标准，因此需要通过强度测试来判断是否可以使用。该次抽检中，消石灰煤矸石混合料强度符合JTJ032000公路路面基层技术规范，所以可以放心使用。不过仍需加强检测，确保消石灰的质量稳定可靠。

4.2 粉煤灰

粉煤灰主要指标检测结果如表10 所示，抽查结果显示，两公司的粉煤灰的主要指标均符合规范要求，但是Gm 公司的粉煤灰粒度偏粗，水含量偏高，所以对来自该公司的粉煤灰，应继续加强施工应用过程中的质量监督和检测，防止不合格骨料进入工程应用，确保质量稳定性[3]。

表10 粉煤灰主要指标检测结果

4.3 骨料

抽样骨料四种由Gn 公司生产，即10~20 mm 煤矸石、10~30 mm 石灰岩、0~10 mm 和5~10 mm 的煤矸石；一种由Gm 公司生产，即0~5 mm 粒度碎石，总计抽查共五种骨料。对这些材料进行了压碎值测试。检测结果见表11 所示：

表11 骨料主要指标检测结果

抽查结果显示，骨料的压碎值符合二级公路基层用骨料料技术要求，可在工程中使用。

4.4 检验混合料组成设计

对Gn 公司和Gm 公司提供的骨料进行筛分，在筛分的基础上对设计合成级配进行检测，通过检测发现，Gn 公司材料合成级配曲线符合规范要求，表明合成级配也符合规范要求，结果见表12~14。

表12 骨料筛分检测结果

表13 合成级配检测结果

表14 组分比例检测结果汇总

4.5 混合料无侧限抗压强度

为了检测煤矸石无机混合料的压实度和抗压强度，按照规范要求制作了抗压强度试件，并进行了无侧限抗压强度测试。将试件在相对湿度≥95%，温度20±2℃的条件下标准养护6 d，再浴水24 h，然后开展无侧限抗压强度测试。测试结果见表15 所示。

表15 煤矸石无机混合料的无侧限抗压强度测试结果

表15数据显示，由两个公司供料所形成煤矸石无机混合料的无侧限7 d 抗压强度满足规范要求，该消石灰煤矸石混合料可以用于路面建设。

5 结语

该文介绍了某山区二级公路所应用的消石灰稳定煤矸石混合料路面基层工艺设计。主要技术内容包括：煤矸石混合料路面基层结构；材料指标要求。介绍了主要材料消石灰、粉煤灰、各型骨料的性能指标基本要求；介绍了合成级配设计、混合料组分构成等技术要点，煤矸石基层质量实现设计要点，煤矸石基层质量控制要点等内容，对同类工程应用有一定技术参考意义。