对电石灰材料做路面结构层的分析.docx
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对电石灰材料做路面结构层的分析
对电石灰材料做路面结构层的分析
摘要
沧州是一座化_〔城市，电石灰是其化上行业排放的一种工业废渣。
这种固体废弃物对环境造成很人污染，另外，它的存储问题也制约着企业的发展.解决电石灰问题已势在必行。
本文主要阐述电石灰在公路工程中的应用，为说明问题，全文共分五个部分，即一、石灰土在公路工程中的应用;二、二灰土的应用;三、石灰粉煤灰稳定级配碎石;四、电石灰应用;五、对沧州地区柔性路面结构组合的建议。
经研究分析发现，电石灰的主要成分是氢氧化钙，而石灰的主要成分也是氢氧化钙。
如果利用电石灰来替代石灰应用于公路工程中，不仅解决了当地的因“废”之忧，给沧州一片净土，也给沧州的化I行业带来了生机，同时，用电石灰代替石灰，大大降低了工程成本。
因此，在公路_「程中利用电石灰不仅具有明显的经济效益，还有更为显著的社会效益和环境效益。
经过室内的大量试验和试验路的试验数据分析，电石灰完全可以替代石灰。
我们可以利用电石灰来稳定细粒土，利用电石灰和粉煤灰来稳定细粒土。
通过数据分析，这种电石灰稳实土和电石灰二灰土完全可以用于高等级公路的高级路面的底基层，也可以用于低等级公路的路面基层，同时推断，用电石灰和粉煤灰来稳定的级配碎石，可用于高等级公路的路面基层。
对于电石灰稳定土、电石灰二灰土和电石灰二灰稳定级配碎石的配合比以及电石灰的掺和剂量、控制方法、施工操作工艺等都做了大量的室内、室外试验，得出比较科学的数据和方法。
按照沧州的经济条件和气候条件，提出沧州地区既符合各种规范要求又经济可行并符合当地情况的路面结构组合和路面厚度是十分必要的。
作者根据不同的道路等级进行了不同的结构组合，并选用了不同的结构层厚度，同时拟定了一条二级公路进行验算。
总之，用电石灰来替代石灰是可行的，而且具有现实的重要意义。
关键词:
电石灰，基层，材料，分析
对电石灰材料傲路面结构层的分析
STUDYOFFEASIBILITYOFUTILIZING
CALCIUMCARBIDEDUSTASBASE
MATERIALINHIGHWAYBUILDING
ABSTRACT
CangZhouisachemicalengineeringcity.Calciumcarbidedustisasortofindutrialsolidwastes
dischargedfromchemicalindustry.Calciumcarbidedustpollutesenvironmentseriouslyandinaddition,the
questionofstoragerestrictedthedevelopmentofthecorporation.Tosettlethequestionaboutcalciumcarbide
dustisimperativeunderthesituations.
Thetextexpatiatedtheapplicationofcalciumcarbideashinhighwaybuilding.Thearticleincludesfive
aspects:
1.Applicationoflimesoil.
2.Applicationoflime-flyashmixture.
3.Lime-flyashstabilizationwithgradinggravel.
4.Applicationofcalciumcarbidedust.
5.ProposalaboutroadwaystructureofCangZhou.
Bystudingandanalyzing,wecandiscoverthatcalciumcarbidedustandlimehavethesameprimary
component---Ca（OH）}.Ifwecanusecalciumcarbidedustinsteadoflimeasthebasematerialinroad
construction,notonlysolvethequestionofenvironmentpollution,butalsobrightgreatvitalforcetothe
chemicalindustryofCangZhou.Atthesametime,itcanreduceengineeringcost.Therefore,usingcalcium
carbidedusthavebotheconomicalbenefitandsocialbenefit.
Weanalyseamassofdataofexperimentsandconcludethatcalciumcarbidedustcanbeusedinplaceof
limecompletely.Wecanusebothcalciumcarbidedustandcalciumcarbidedust-flyashtostabilizefine-soil.As
wellasbeingusedinsubbaseofhighgraderoad,calciumcarbideduststabilizationandcalciumcarbide
dust-flyashstabilizationcanbeusedinbasecourseoflowgraderoad.Sowecandeducethatcalciumcarbide
dust-flyash-gravelstabilizationcanbeusedinbasecourseofhighgraderoad.
Aboutmixturerateofcalciumcarbideduststabilizationandcalciumcarbidedustsmixing
dose,controllingmethodandconstructtechnics,weconductlargenumberofindoortestsandoutdoortestsand
educescientificBatasandmethods.
AccordingtoeconomicalconditionandclimateconditionofCangZhou,itisnecessarytomentionthe
combinationandthicknessofroadconstructionthatcanaccordtherequestionofcriterion,beeconomicaland
viable.Authorcarriedthroughdifferentstructurecombinationandchooseddifferentthicknessofstructurelayer
basingondifferentroadgrade.lnthistext,authorelectedasecondaryroadtocheckingcomputations.
Inconclusion,itisviableandsignificanttousecalciumcarbidedustinsteadoflime.
KEYWORDS:
calciumcarbidedust,baselayer,material,feasibility,study
第一章石灰土在公路工程中的应用
夸，一绪论
众所周知，我国在不少地区都缺乏天然砂砾如碎石材料，为铺筑道路路面
基层和底基层，外运石料往往运量过大和造价过高，客观上难于实现。
使用少
量石灰稳定沿线的土用作道路路面的基层和底基层，可以大大减少外运材料的
数量，大幅度降底工程造价。
由于多数土都可以用石灰进行稳定和石灰土混合
料能达到一定的强度水平，这个强度水平足以适应多数道路的需要，也由于我
国很多地区都生产石灰，石灰是我国最普遍和最廉价的路面用结合料，它的价
格比水泥低的多，因此，数十年来石灰稳定土不单在一般道路上使用很j’一，发
挥着重要作用，就是在当前我国的高等级公路建设中石灰稳定土也发挥着重要
作用。
在很多地区的高等级公路建设中，石灰稳定土被用作路面的底基层和路
基改善层。
石灰处治土包括两类:
一类是满足规定强度要求的石灰稳定土，我种石灰
稳定土可以用做除高速公路和一级公路以外，其他各个等级的卜道路路面和机场
道面的基层和底基层。
对仅用少量石灰来降低原天然粒料土的塑性指数或稍增
加其强度的石灰土叫做石灰改善土，这种石灰改善土只用于软土地基处理和道
路路面垫层或低等级公路较少交通的路面基层。
将粉碎的土中掺入适量的石灰，这种石灰土按照一定的技术要求，将拌匀
摊铺的混合料在最佳含水量时压实，经养生成型的路面基层、底基层结构称为
石灰稳定土基层、底基层。
本章主要叙述石灰稳定细粒土。
石灰稳定细粒土，可用做高速公路和一级公路的底基层。
也可用做二级和
二级以下各等级公路的基层。
但石灰土不得用做二级公路的基层和二级以下公
路高级路面的基层。
这种石灰稳定土，具有较高的抗压强度和一定的抗拉强度，有较好的板体
性，水稳性和冰冻稳定性，并且多数土都可以用石灰进行稳定，同时使于施「，
比较经济，使用效果也好。
虽然石灰稳定土的强度和水泥稳定土等其它半刚性
材料相比是最低的，但它的刚性和分布荷截能力仍然较传统的级配碎石和级配
砾石人得很多，使路面结构能够承受较大的交通量。
在十基强度较差的路段上，
使用石灰十结构层与其他半刚性材料层一样，更明显优越于使用级配集料结构
层。
影响石灰稳定细料土物理力学性质因素很多，例如:
材料，水分，拌和均
匀性、压实、养生等。
为使石灰稳定土达到满意效果，必须严加控制。
'1-2石灰对石灰稳定细料土物理力学性质的影响
i-2-i:
}灰的生产过程
石灰是由石灰石、白云石、方解石等原材料锻烧而得到的，石灰石的土要
成分是碳酸钙（caco:
}），仅含很少量的碳酸镁（Mgco:
}>.因此用石灰石烧制成的石
灰其主要成分是氧化钙Ca0，通常还含有少量的氧化镁Mg0和残渣。
而白云石
的成分是碳酸钙·碳酸镁，经缎烧后，分别分解为氧化钙和氧化镁。
当氧化镁
对电石灰材料做路面结构层的分析
含童超过5%时，即称做镁石灰，否则称做钙石灰。
生石灰迂水就开始消解，同时放出大量热:
MgC03一CaC03
700'C}900'C
Mg0+Ca0+2C02t
Ca0+Mg0+2H_0一Ca（OH）}+Mg（OH）:
+热星
1-2-2}fi灰与土的反应
将消石灰加到土中或将生石灰粉加到土中，并加水拌和后，土的性质和结
构很快开始变化。
开始是絮凝和絮聚，随后粘士颗料就形成粗粉粒状的较大的
颗粒。
这种变化将依次地改变土的液限，塑限、塑性指数和压实性能。
絮凝作
用往往为因T离子交换，一般是游离钙离子占据其他吸附在粘十矿物络合物周
围的离子（如钠离子）。
在碳化过程中，还会产生某些能发挥轻微胶结作用的碳
酸钙。
石灰与土的另一种反应是火山灰反应，这种反应会再次引起密实的土一
钙混合物缓慢的胶结，在火山灰反应中，硅酸盐和铝酸盐元素从粘土矿物中分
离，它们的溶解度取决于PH值。
石灰可以增加土的PH值，并导致硅酸盐和铝
酸盐的溶解度增加，从粘土矿物的晶体结构中获得硅、铝离子，而发生一系列
火山灰反应，这种反应是长期进行了，
断地减少，石灰土的
离解成Cap’和OH离子
PH值也逐渐降低。
随着反应时间增长，参加反应的石灰不
}-a灰与土拌和后，初始阶段是Ca（OH）:
，这些离子改变着粘土矿物的电表面力，因此’，添加Ca（OH）}
使土的结晶结构大部分损失了，这阶段进展的较快，它是造成凝胶相转化的过
渡时期。
凝胶物质能将矿物颗粒连接和胶结起来，从而改变整个孔隙结构，凝
胶相可能是减少消石灰稳定土水分吸收和增加其抗水性的原因。
总之，根据化学分析和微观结构分析，通常认为，石灰加入土中后，发生
一系列的化学反应和物理化学反应，主要有离子交换反应，Ca（OH），的结品反应
和碳酸化反应以及火山灰反应，这些反应的结果使枯土颗粒絮凝，生成品体氢
氧化钙、碳酸钙和含水硅铝酸钙等胶结物，这些胶结物逐渐由凝胶状态向品体
状态转化，致使石灰土的刚度不断增大，强度和水稳性不断提高。
石灰能明显地降低土的塑性指数。
石灰加入土中后，土的塑限急剧增加，
使塑性指数显著降低。
这种塑性指数降低和强度增加是随时间进行的，但其作
用却是立即发生的。
同时，石灰加入土中后，可使土的体积变化明显减小，如
果石灰的数量足够，还可以完全消除土的膨胀作用。
用石灰稳定粘性十和粉性
十时，石灰对十的物理力学性质的影响是:
改善了十的结构，使其液限先增后
减，而塑限明显增人，塑性指数明显减小，最佳含水量随剂量增加，最人干密
度随剂L减小，无侧限抗压强度明显增加，抗压模量明显增人，吸水性减小，
水稳性明显增加，体积变化明显减小和易性明显改善。
1-2-3石灰的最佳剂星
用石灰稳定+.时，一般都存在一个最佳剂量，根据犬津市政研究所著名学
者干立柱先生多年来的专题研究石灰稳定细粒土的最低齐i}量应控制在696a再低
就影响了石灰与土的相互反应，达不到理想效果，而最高剂耸为2596,再高即
不经济，反而对石灰移定土有害。
石灰稳定细粒土的最佳剂童为896-1896。
可
视不同的结构层和不同的土质，综合考虑而选用。
用石灰稳定塑性指数为15左右的枯性土时，垫层可选用8%石灰剂量，底
基层和基层可选用12%石灰剂量。
浏北工业人学硕i学位论文
用不:
灰稳定塑性指数为to左右的低塑性十时，垫层可选用log石灰剂量。
Q︶Q︺自矛~七
0nUnU00
︵.d盆︶侧事缓层
而底基层和基层可选用1490-1596石灰
齐UL。
使用石灰时，国内通常将生石灰
块加水，使之消解为消石灰，并过筛
后使用，消解要不过湿成团为度。
为
了消除欠火石灰和过火石灰的危害，
一般应提前7d-lOd消解，而对镁石
灰要提前10d-15d消解。
消解后的石
灰，运到现场应尽快使用，如需堆放
较长时间，应将石灰堆放在地势较高
处.井用十将石灰堆覆盖封存。
如用
磨细生石灰时，与土拌匀后闷料3h再
成型效果最佳。
用生石灰粉处理湿软
土基和过湿土，特别有利。
0.
o.
o.
29681012191618
石灰剂},%
图1-1石灰剂量与抗压强度之间的关系
Fig.l.lTherelationbetween
compressionandlimedose
不同石灰剂量，塑性指数为8的低塑性土7天的抗压强度见图
'1-3土质对石灰稳定细粒土物理力学性质的影响
石灰稳定土不同于水泥稳定土，其强度将随土中粘粒含量增加和塑性指数
增加而增加。
这说明土中粘土矿物增加或塑性指数增大，使得土的化学活动性
增强，有利于石灰与土相互作用。
石灰土的强度随土的PH值增大而增大，说明
土中溶液的碱性较大时，有利于土中硅铝矿物等的解离，从而促进石灰与土之
间的火山灰反应以及其他化学反应的进行。
石灰土的强度有随土中CaCo:
。
含量增
大而增大的趋势，其原因是CaCo,是一种难溶盐，具有一定的胶结性，可使土的
粘聚力得到加强。
此外，CaCo:
。
多，说明土的吸附综合体中Ca’离子浓度加人，
对其用石灰稳定是有利的。
然而，石灰土的强度随土中有机质含量的增多而减
小，这是因为有机质一般呈酸性反应，使土的PH值降低，再者有机质本身的水
稳性差，遇水激烈膨胀，致使土体的强度降低。
土中硅铝率的增人，石灰十强
度也有减小的趋势，说明硅铝率增大，士中扩张性品格的粘土矿物（如蒙脱石）
增多，因而其水稳性降低。
石灰稳定细粒土通常也由固相土颗粒、液相土溶液以及气相空气三相组成。
士溶液是稳定土中各种化学作用的主要媒介，其组成与性质变化影响着稳定土
的历程。
稳定土的酸碱性来源于土、石灰及其相互作用的结果，石灰对石灰稳
定十的酸碱性起控制作用，十的缓冲作用保证了稳定十结构形成过程中介质酸
碱性的相对稳定性。
增人溶液的酸性或提高溶液的碱性是促进硅酸盐中硅、铝物质溶解的两种
途径，提高碱性更有利于稳定土的硬化，且易于实现。
稳定土强碱性不仅增大
了土中硅、铝物质的溶解度，而且促成了硅、铝离子单体形态的多样化及其聚
合体的形成。
十溶液中离子形态关联着稳定+-的硬化反应产物类型。
硅、铝物质在溶液
中以多种形态的离子存在，这决定了稳定十硬化产物的多样性。
稳定土的PH值随龄期，组成以及石灰的变化是其结构形成过程中内部碱消
耗程度的反映。
土的缓冲作用趋向于缩小碱的实际消耗幅度oPH值通过改变粘
土颗粒电荷、溶液中离子形态，离子吸附能等方式影响稳定土过程中土的凝聚
对电石灰材料做路ha结构层的分析
硬化过程。
国内外研究均证明，石灰适宜T-稳定粘性土，而不适宜稳定塑性指数10以
卜的低塑性土。
就稳定细粒土而言，用石灰稳定塑性指数15左右以上的枯性十
效果最好。
在公路路面基层施I;技术规范中规定.石灰稳定细粒土的塑性指数为15-
20a
塑性指数在15以上的粘性
土，更适宜用石灰稳定。
塑性指数在10以下的低塑
性土，不适宜用石灰稳定。
塑性指数偏大的粘性土，应
加强粉碎，否则会成十团影响石
灰稳定土的质量。
为使十块最人
尺寸小于15mm，不采用两次拌合
法。
用石灰稳定低塑性土时，不
宜成型，如必须用塑性指数为10
左右的亚砂十时，在春季可采用
加人含量碾压，特殊养护的方法。
在秋季可采用加覆土碾压，特殊
养护的方法。
不同塑性指数的土，与不同
的石灰剂量之抗压强度见图1.2
︵怕d芝︶侧燕遥绍
l‘）二12}a
石灰剂量%
不同土质与抗压强度的关系
2Therelationbetween
.00
..且;三
2图F
compressionstrengthanddifferent
soil
'1-4施工工艺对石灰稳定细粒土物理力学性质的影响
︵﹃三。
锄︶侧栩户
1.石灰土只有在最仕含水量卜才
能经碾压成型达到最人干密度。
不同
的含水量W和不同的干密度rd的关系
曲线为‘卜图1.3
2.土的粉碎程度和拌和的均匀性
对石灰稳定十的强度影响很大。
土即
要粉碎，颗粒小于1.5cm,拌和又要均
匀。
3.压实对石灰土强度的影响很关
键，压实一定要按要求的机械和程序
碾压。
4.养生条件和龄期也严重影响着
石灰土的强度，高温和一定的湿度对
石灰十强度的形成很重要。
5
12141618202224
含水量%
图1.3干密度与含水量关系
Fig.1.3Therelationbetweendry
densityandwaterconent
河北工业人学硕卜学位论文
第二章二灰土的应用
'2-1绪论
虽然，石灰稳定土具有较高的抗压强度和一定的抗拉强度。
强度形成得好
的石灰稳定土是一种整体性材料，具有板体作用。
石灰稳定土还具有较好的水
稳性和一定的冰冻稳定性。
多数土都可以用石灰进行稳定。
石灰特别可以用来
稳定不适宜用其他结合料稳定的塑性指数高的粘性土。
由于石灰稳定+.是一种
缓凝慢硬材料，从加水拌合到完成压实的延迟时间对其压实度和强度没有明显
影响，因此，石灰稳定土便于施_[，即可以用就地拌和法施_[，又可以用集中
拌和法施_I几，甚至用人l几拌和。
在缺乏优质粒料的地区，采用石灰稳定十做路
面的基层（高速和一级公路除外）和底基层，经常是比较经济的。
设计正确、
施上质量好的石灰稳定十基层或底基层的使用效果经常是好的。
但是，就一般的土而言，石灰稳定土的强度有一定的限制，强度的可调竹
范围不人，特别是它的抗拉强度较低。
因此，将它用作重交通高等级道路路面
的基层就不大适宜。
同时，塑性指数小的土，即使用12%以人的石灰剂量进行
石灰稳定，也达不到较高的强度。
石灰稳定土的收缩系数常大于其他类半刚性
材料的收缩系数，在相同条件下，石灰稳定土基层的收缩裂缝比较严重。
石灰
土基层的表层较其他类半刚性材料基层的表层更容易因水侵入而软化，在裂缝
处的冲刷卿浆现象也更严重。
石灰稳定土的早期强度低，在温度较低时，其强
度随龄期增长缓慢，所以石灰稳定土的施工期也短。
石灰稳定土的水稳性和冰
冻稳定性较其他半刚性材料差。
总之，虽然在石料比较缺乏的平原区，石灰稳定土做为路面的一个结构层
次是比较理想的，但石灰土的强度有一定的限制，强度可调节范围不大，特别
是它的抗拉强度低，对土质要求过高，塑性指数必须大于10，收缩裂缝比较严
重等缺点。
尤其是干缩、冷缩，易于产生裂缝的缺陷，是很不理想的，严重的
降低了路而的使用质量，不能适应现代化道路建一设的需要，因此，如何改善和
提高石灰十的性能，无论是从满足各地的筑路技术需要，还是推）’‘新型材料不
说，都是十分必要的。
经多年研究，一定数量的石灰和1一业废渣或石灰土中加入一定数量的「业
废渣，其路用性能均优于石灰十。
不但具有良好的力学性能，板体性，水稳性
和一定的抗冻性，其抗冻性较石灰十高得多，而其收缩性小于石灰十。
!
_业废渣包括粉煤灰、煤渣、高矿矿渣、钢渣、冶金矿渣、煤研石等。
本
文重点研究石灰粉煤灰稳定细粒土，简称二灰土。
实践证明，二灰土比石灰十
更容易施I，特别是它一口.碾压结束后，就不怕卜雨，可以较.早在上通行施「
车辆。
石灰粉煤灰可以用来稳定各种土，产生一种可用做基层和底基层的棍合料，
石灰、粉煤灰和土本身的性质都明显影响混合料的性质。
对电石灰材料做路面结构层的分析
'2-2原材料
2-2-><石灰
如前所叙，多数石灰都可用作二灰土。
石灰中氧化钙（Ca0）和氧化镁（Mg0）的含量对二灰十的强度有明显影响
有效钙含量小于20%时，对二灰土的强度明显下降.石灰用量的多少对‘灰土
强度的影响很明显，特别在粉煤灰用量人时，影响更明显。
2-2-2土
如前所叙，对二灰十而言，通常二灰的强度高T--=灰十的强度，一般高20%,
但是，在二灰中加+.可便于碾压成型。
土的类别对‘灰土的强度影响很人，十
的塑性指数愈大，二灰土的强度就愈高，但土块也愈难粉碎，土的塑性指数愈
小，二灰土的强度就愈低，但土块较容易粉碎。
因此，一般选用亚粘土。
2-2-3粉煤灰
粉煤灰是火力发电厂的副产品，它是磨细煤粉燃烧后从烟道排出的废品。
它由机械装置或静电聚灰装置收集，再由输送管道，输送到集中、贮集区。
沧州
电厂的湿排灰即粉煤灰，已经成为一公害，人量的粉煤灰，污染环境，侵iii土
地，它的贮存都己经成了问题。
所以粉煤灰的利用，即有技术方面的原因，义
有经济、社会、环保等方面的原因。
粉煤灰是一种火山
升级会员 