一种公路路基复合材料及公路路基制作方法

技术领域

本发明属于公路路基复合材料技术领域，特别涉及一种掺有油页岩废渣和粉煤灰土等废弃物的公路路基复合材料及其制备方法。

背景技术

油页岩废渣和粉煤灰等工业废渣的大量堆积，严重污染环境，道路路基填料量大，废物利用率高，如何利用这些工业废渣并大量应用于道路建设中还处在探索阶段。吉林省的油页岩储量丰富、开采量大，每年产生的油页岩废渣与粉煤灰数目更是惊人，大量废弃资料的产生不仅带来资源的浪费，还对环境造成污染。

发明内容

针对现有技术中大量废弃的油页岩废渣和粉煤灰产物的回收再利用问题，本发明提供了一种公路路基复合材料，具有稳定的强度、变形特征，是一种廉价的、性价比高的路基填料。

本发明提供的公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣34～43％、粉煤灰19～22％、填土38～44％，三者之和为100％。

更优选地，所述复合材料由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣40％、粉煤灰20％、填土40％。

优选地，所述粉煤灰为硅铝型粉煤灰，所述油页岩废渣是油页岩矿山破碎后在干馏炉内经过高温煅烧和气化反应后的产物。

优选地，所述填土为粉质黏土。

更优选地，所述粉煤灰中硅、铁、铝氧化物所占比例为85％以上，烧失量为4.22％。

本发明还提供一种公路路基的制作方法，包括如下步骤：

S1：按上述公路路基复合材料配方，取各原料，将油页岩废渣、粉煤灰、填土晾晒风干碾碎，其中，油页岩废渣经过碾压后过40mm筛孔；

S2：将S1处理后的油页岩废渣、粉煤灰和填土放入搅拌机中充分搅拌混合，加水控制混合料的含水量在10～20％之间，制成路基复合材料；

S3：在平整的路基承重面上，铺设S2制备的路基复合材料，击实、成型后静置24小时，完成公路路基的制作。

优选地，S2中，所需加水量是通过如下式(1)所示的公式计算得到的：

其中：m_w—所需加水量，kg；

m′_o—油页岩废渣风干料质量，kg；

m′_f—粉煤灰风干料质量，kg；

m′_s—填土风干料质量，kg；

w_o—油页岩废渣风干含水率，％；

w_f—粉煤灰风干含水率，％；

w_s—填土风干含水率，％；

w—设计要求含水率，％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)在常用的路基土中掺入大量的油页岩废渣和煤炭燃烧物粉煤灰，大大解决废料的二次利用问题，在特定配合比范围内，满足公路路基设计规范对于公路路基土的强度和变形要求，提供了一种季冻区过湿路基填土处置新技术，具有极大的经济和社会效益。

(2)利用油页岩废渣与粉煤灰填筑路基，可减少公路线外取土场的征用，由此减少公路建设对周边环境的影响，同时降低工程造价。预计每公里公路建设油页岩废渣和粉煤灰用量达数千吨，达到了废弃资源充分利用，减少环境污染的目的；粉质黏土在浸水状况下，含水率增大、强度降低，无法满足路基填土的强度要求。采用废弃复合材料的新型道路可以延长使用寿命，降低约10％的道路工程维护费用，也可节约大量运营成本。将油页岩废渣及废弃粉煤灰回收利用，作为路基土的改良材料，不仅可以充分地满足公路路基设计规范中的强度和变形要求，得到更可靠、水稳定性能更好的路基填土材料。还可以为这两种工业废料提供了一种新的回收利用方法，实现了废弃资源的二次利用，减少了环境污染。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定

油页岩废渣是油页岩矿山破碎后在干馏炉内经过高温煅烧和气化反应后的产物，其化学成分主要为SiO₂，Fe₂O₃，Al₂O₃，CaO，MgO。

本发明以下实施例中，以吉林省汪清等地生产的油页岩废渣，硅铝型粉煤灰(硅、铁、铝氧化物所占比例为85％以上，烧失量为4.22％)和东北地区常见的粉质黏土填土(具有中液限和低塑性指数，会发生明显的冬季冻胀现象，在浸水后强度降低、承载力下降，无法满足公路设计规范中路基承载比的要求)为例，对本发明的技术方案进行详细的举例说明。

实施例1

本实施例一种公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣40％、粉煤灰20％、粉质黏土40％。

实施例2

本实施例一种公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣34％、粉煤灰22％、粉质黏土44％。

实施例3

本实施例一种公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣43％、粉煤灰19％、粉质黏土38％。

实施例4

本实施例一种公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣38％、粉煤灰19％、粉质黏土43％。

对比例1

本对比例一种公路路基材料，成分为粉质黏土。

对比例2

本对比例一种公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣31％、粉煤灰30％、粉质黏土39％。

对比例3

本对比例一种公路路基复合材料，由以下质量百分比组成的原料制成：油页岩废渣24.2％、粉煤灰25.8％、粉质黏土50％。

本发明实施例1-4提供的公路路基复合材料主要用于道路路基的路床部分，为了验证其具有充分的强度、变形特征，我们对其承载比CBR和回弹模量进行了测定。承载比为试样浸水96小时测定强度，回弹模量为考虑材料在冻融循环作用和平衡湿度下的变形特征，两者均考虑了材料在最不利状态下的性能表现。

(1)承载比CBR测定

将实施例1-4提供的公路路基复合材料的粉煤灰和粉质黏土烘干、碾碎后按比例混合均匀，与烘干、碾碎后并过40mm孔筛的油页岩废渣拌和，加水配置含水率为12.1％，经过重型击实制成试件，经过96h的浸水后测量其承载比CBR(％)，为了说明效果，我们以对比例1提供的公路路基材料，以及对比例2-3提供的公路路基复合材料作为对比例，采用同样的方法进行处理，所得承载比CBR(％)如下表1所示。

表1含水量12.1％的公路路基材料的承载比CBR

由表1可以看出，油页岩废渣、粉煤灰和路基土复合材料的承载比明显优于单独使用粉质黏土填土，且当油页岩废渣34～43％、粉煤灰19～22％、填土38～44％时，其CBR强度值较佳，并且符合公路路基材料的承载比要求。

对比例1单独使用粉质黏土的承载比浸在0.95％，远远低于公路路基设计规范中的高速公路中路基最高指标8％，单独使用不能作为公路的路基填土。

同时，我们也做了其他的测试，单独使用粉质黏土，控制不同的含水率，含水率为10～20％之间，大量实验测得粉质黏土的承载比在0.75～1.2％之间。进一步佐证了不能作为公路的路基填土来使用。

进一步地，我们以实施例1-4提供的公路路基复合材料为例，测定加水配置含水率为18.2％时，其承载比CBR数据。所得承载比CBR(％)如下表2所示。

表2含水量18.2％的公路路基材料的承载比CBR

由表2可以看出，实施例1-4提供的路基土复合材料，配制含水量为18.2％时，其承载比CBR大于39％，不仅远远高于单独使用粉质黏土的承载比，远远高于公路路基设计规范中的高速公路中路基最高指标8％。

(2)回弹模量测定

下面我们根据JTG D30-2015中新建公路路基回弹模量初步设计回弹模量的计算公式，通过湿度调整系数、冻融循环/干湿循环路基土模量折减系数获得路基回弹模量。具体以实施例1提供的路基土复合材料为例，且当湿度调整系数取试验地吉林地区均值时，实施例1提供的路基土复合材料的回弹模量为70～130MPa，高于沥青路面对路基回弹模量19.5～29.5MPa的要求。

综上可见，本发明实施例1-4提供的路基土复合材料具有稳定的强度和变形特征，是一种廉价的、性价比高的路基填料。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。