陶瓷压滤泥材料在石灰粉煤灰稳定碎石基层中的应用

孙文州

（上海市市政规划设计研究院，上海市200031）

0 前言

伴随着我国社会经济的不断发展、人民生活水平及审美观的不断提高，人们对陶瓷的消费需求不断扩大，陶瓷类产品产量日益增长。陶瓷压滤泥作为陶瓷生产的副产品，产生于砖坯的磨边与抛光过程中，此时砖坯表面会被磨去一部分，这些被磨去的部分，随磨边机与抛光机的冷却水流入循环系统中的泥浆沉淀桶沉淀。再由泥浆泵将这些泥浆送入压滤机脱水使泥浆变为固体的泥饼泥也称作压滤泥。压滤泥作为陶瓷生产废料，数量巨大，如何进行妥善处理是生产厂家和环保部门所必需面对的问题。受当前技术与工艺限制，目前尚不能回收并直接用作陶瓷生产原料，前些年对此类材料主要作填埋处理。已有实践表明由于压滤泥内含有无机盐类，填埋后这些盐类渗入土壤中，给土壤环境带来了负面影响，浪费了土地资源也污染了水资源。为保护环境，节约资源，有必要对此材料进行技术研究。

1 陶瓷压滤泥材性分析

1.1 压滤泥化学组成分析

压滤泥材料产生于陶瓷生产的物理过程中，化学组成与陶瓷材料一致，对压滤泥材料化学组成进行了多次跟踪检测试验，见表1。陶瓷压滤泥材料组成随生产日的变化波动不大，组成比较稳定，其组成主要成份为SiO2、Al2O3等玻璃质材料，此类材料占到总质量的80%左右，与普通粉煤灰材料相当。

1.2 压滤泥颗粒构成分析

对陶瓷压滤泥材料颗粒分析表明，该材料过0.044 mm 筛孔残留率为4.13%，粒度评定为325目。经验表明，材料颗粒越细，材料比表面积越大，材料化学活性越强。压滤泥材料拥有与粉煤灰相近的化学构成，其粒度较粉煤灰要细，压滤泥材料化学活性与粉煤灰材料相比则更强。根据已有经验在陶瓷压滤泥中，掺加石灰，潮湿条件下将发生火山灰反应，进而获得较高的强度。

表1 陶瓷压滤泥各材料组成

2 陶瓷压滤泥二灰稳定碎石基层室内试验研究

上海作为我国开放较早的沿海港口城市，工业发达，境内有大型热电厂、钢铁厂，粉煤灰资源比较丰富。因此，将粉煤灰、石灰、集料按一定比例掺配一起，用作基层和底基层，形成具有良好力学性能、稳定性、耐久性的二灰稳定碎石基层，俗称“三渣基层”。该基层技术，自1967 年至今在上海已有近40 年的发展历史，材料设计、施工技术比较成熟。由于该技术即可进行废料再利用的同时又可能降低道路造价，因此，二灰稳定碎石基层成为上海道路基层结构的主要形式，并得到大规模的推广应用。粗粒径三渣是广泛应用于上海道路建设的三渣形式。粗粒径三渣所用碎石的粒径为35～70 mm，其中小于35 mm 的含量不宜超过15%。当前，上海地区常用粗粒径三渣基层级配要求见表2。粗粒径三渣因碎石粒径大无法成型试件，通常以二灰试件快速法抗压强度来衡量粗粒径三渣强度大小（见表3）。

表2 粗粒径三渣基层配合比要求（质量比）[1][2]

表3 粗粒径三渣混合料快速法抗压强度（单位：MPa）

2.1 抗压强度试验

建立在室内正交试验研究的基础上，综合考虑压滤泥材料量，初步选定掺配压滤泥的粗粒径三渣基层配合比为：石灰:粉煤灰:压滤泥:碎石=6:17∶12∶65（质量比）。

该配比条件下结合料（二灰或三灰）抗压强度试验结果见表4、图1。

表4 抗压强度试验结果

由表4、图1 可知，掺加压滤泥后结合料各龄期饱水抗压强度明显高于常规方案，7 d 抗压强度较规范60 d 龄期强度要高，表明掺加压滤泥后结合料有明显的早强特性。

2.2 干缩性能试验

半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低，在温度或湿度变化时易产生开裂，当沥青面层较薄时，易形成反射裂缝，进而严重影响路面使用性能。半刚性基层材料的收缩分为温缩与干缩两种，对粗粒径三渣基层而言，收缩开裂主要跟结合料的干缩性能有关。为了解掺配压滤泥材料后三渣结合料材料湿胀、干缩性能，采用重型击实的方法成型CBR 试件，并按土工方法进行结合料浸水一个月条件下膨胀、干燥一个月条件下干缩性能试验，试验结果见表5。掺配压滤泥方案膨胀性能明显低于常规方案，而干缩性能则与常用方案相当。表明掺配压滤泥材料结合料干缩湿胀性能明显降低。

表5 湿胀干缩性能试验结果

2.3 抗压模量试验

道路作为承受交通荷载的主体，应具有足够的强度与刚度，模量作为表征材料刚度特性的指标，构成结构强度的重要方面。基层模量是进行路面结构厚度设计重要参数。本次主要对压滤泥材料掺配与否的常用方案、压滤泥方案，分别进行静态抗压模量试验。试件为标准养护180 d 条件下的试块，直径为7 cm，高度为7 cm，试验结果见表6。

表6 无侧限抗压模量试验结果

由表6 试件静态抗压强度试验结果，可知两种不同结合料无侧限抗压模量相当。对照抗压强度试验结果，分析可知掺配压滤泥在模量相近的情况下，抗压强度大幅度提高，表明压滤泥结合料具有更高的抗变形能力。

3 工程应用实例

室内试验表明，陶瓷压滤泥三渣基层具有良好的强度、刚度，干缩、延性等性能也优于普通三渣基层。鉴于室内试验研究成果，结合上海市某公路工程建设需要，修筑了一段压滤泥三渣基层。

3.1 试点工程情况简介

试用路段长100 m，受拆迁等前期工作影响，直至2006 年12 月中旬方完成土路基、垫层等的施工，此时相邻三渣基层施工已完成半年多时间，基层顶弯沉项指标已达到设计要求。考虑到施工期间温度较低、养生期短，拟采用陶瓷压滤泥三渣基层，提高基层结构强度，确保道路在预定期限内通车。试验段采用配比为：石灰∶粉煤灰∶压滤泥∶碎石=6∶17∶12∶65（质量比）。

3.2 压滤泥三渣基层施工

陶瓷压滤泥三渣基层的生产较普通三渣要多一种组分——陶瓷压滤泥，因此，需设置一个单独进料口。上海地区三渣拌和场粉煤灰进料口通常设两个，实际施工过程中仅需将一个粉煤灰进料口，调整为压滤泥进料口即可。出厂初期，由于压滤泥材料含水量较高，通常需晾晒风干1 个月左右时间，含水量可降低至10%～20%，压滤泥材料可自由从料仓泻落至传输带。按常规设定拌和时间（30 s）完全可拌制出均匀的陶瓷压滤泥三渣基层材料。陶瓷压滤泥三渣基层材料的碾压施工：碾压机具、组合、遍数等，与普通三渣基层一致。施工当日对结合料取样进行了强度试验，快速法抗压强度达6.45 MPa，满足不小于1.2 MPa 的强度要求。

3.3 结构强度跟踪检测

为了解该路段路面结构强度状况，基层施工完成后1 个月（基层顶）、3 个月（面层顶）、8 个月（面层顶），进行了弯沉测量，结果见表7。陶瓷压滤泥三渣基层随着龄期的增长，结构强度不断增加，龄期在8 个月时，与常规三渣基层具有相近的结构强度，满足设计要求。

表7 弯沉测试结果

3.4 路用性能观测

该路段通车多年时间，已经历2 个冬季、2 个夏季的考验，路面使用性能良好，未出现路面裂缝、坑洞、松散等早期病害。

4 结论

陶瓷压滤泥材料作为陶瓷生产过程中的废料，与粉煤灰材料具有相近的化学组成，该材料颗粒较细具有良好的化学活性。室内试验研究表明陶瓷压滤泥用于三渣基层，可替换部分消石灰、粉煤灰。陶瓷压滤泥三渣具有较高的强度韧性、较低的干缩性能以及良好的早强特性。试点工程应用及跟踪情况表明陶瓷压滤泥用于三渣基层并不增加施工碾压难度，陶瓷压滤泥三渣基层具有足够的结构强度、刚度。

种种分析表明陶瓷压滤泥作为一种废料，用于三渣基层在取得良好社会效益的同时，还可获得可观的经济效益。

[1]DGJ08-87-2000,市政道路、排水管道成品与半成品施工及验收规程[S].2000.

[2]DGJ08-118-2005,城市道路工程施工质量验收规范[S].2005.