磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法

569 编辑：中冶有色技术网来源：合肥工业大学

2023-12-06 14:15:05

权利要求书： 1.一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，磷石膏复合固化材料的制备

所述磷石膏复合固化材料由石灰、水玻璃、水混合后再加入到磷石膏中制备而成，具体组分如下：弱膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，1％～4％；水玻璃，

1％～3％；磷石膏，73％～79％；水，19％～20％；

中膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，4％～7％；水玻璃，

1％～3％；磷石膏，70％～76％；水，19％～20％；

强膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，7％～9％；水玻璃，

1％～3％；磷石膏，68％～73％；水，19％～20％；

步骤2，场地膨胀干土的制作

步骤2.1，在疑似膨胀土路基的区域内取路基土样，密封保存至实验室，检测该路基土样的自由膨胀率δef和蒙脱石质量占比v，当自由膨胀率δef≥40％或蒙脱石质量占比v≥7％时，认定该路基为膨胀土路基；确定膨胀土路基的膨胀土等级，并检测得到膨胀土的塑限wp；

步骤2.2，首先挖取膨胀土路基所在区域的膨胀土置于附近的拌料场中，平摊风干后，粉碎并过5mm～10mm的筛，其次进行含水率检测，并通过补充洒水或晾晒方式控制其含水率满足预设含水率w；

将通过风干、粉碎，且满足预设含水率w的膨胀土记为场地膨胀干土；

步骤3，改性修复土的制作

根据膨胀土等级按照步骤1的组分选择磷石膏复合固化材料，将磷石膏复合固化材料拌在步骤2得到的场地膨胀干土中，拌和均匀后焖料24小时～48小时，焖料期间至少翻拌一次，其中，磷石膏复合固化材料的质量为场地膨胀干土质量的10％～12％；

将拌有磷石膏复合固化材料并焖料完成的场地膨胀干土记为改性修复土；

步骤4，对膨胀土路基的包边

所述膨胀土路基的结构包括一个路基顶部包边层(1)、两个路基侧边包边层(2)及被包裹在三个包边层中的膨胀土路基主体；所述路基顶部包边层(1)、所述路基侧边包边层(2)用改性修复土铺设，所述膨胀土路基主体用素土铺设；所述素土为膨胀土路基所在区域的膨胀土；

将改性修复土、素土自下而上同步分层铺设形成两个路基侧边包边层(2)及膨胀土路基主体，将改性修复土由膨胀土路基主体的顶部向上铺设形成膨胀土路基的路基顶部包边层(1)；

所述三个包边层及膨胀土路基主体在铺设过程中均采用自下而上分层压实处理的方法，具体的，每层层厚为0.3m～0.5m，每铺设完成一层后，进行一次压实，且压实度不低于

92％。

2.根据权利要求1所述的一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法，其特征在于，所述水玻璃为钠水玻璃，其模数为2.6～3.2，波美度为38°Be’～40°Be’。

3.根据权利要求1所述的一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法，其特征在于，所述预设含水率w控制在0.97wp～1.2wp范围内。

4.根据权利要求1所述的一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法，其特征在于，所述路基顶部包边层(1)沿竖直方向的厚度为2.0m～3.0m，所述路基侧边包边层(2)沿水平方向的厚度为2.0m～3.0m。

5.根据权利要求1所述的一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法，其特征在于，所述弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土的界定如下：

40％≤δef<65％，弱膨胀土；

65％≤δef<90％，中膨胀土；

δef≥90％，强膨胀土。

说明书：一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法技术领域[0001] 本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法。背景技术[0002] 磷石膏作为湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，其组成成分复杂。磷石膏中的污染物进入自然界中，不仅会引起富营养化、赤潮，还会污染地下水资源，破坏生态环境，威胁人类健康。当前磷石膏除杂方法主要有化学法、物理法和热处理等方法。化学处理方法应用较为广泛，但其应用工艺复杂，能耗高、操作不方便。[0003] 膨胀土是种高塑性黏土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。膨胀土用作路堤填料时，随着时间的推移，路堤表层将会严重干缩、龟裂、翻浆沉陷等现象，最终导致路面崩溃。[0004] 目前针对膨胀土路基的处理方法主要有换填法、含水率控制法、化学改性法等。换填法施工量大、工期长、造价高。含水率控制法长期耐久性较差。化学改性法也会存在耐水性差、孔隙填充效果不佳等问题，在干湿循环作用下也会出现性质降低甚至失效开裂的现象。本发明针对以上问题提出一种磷石膏复合固化材料包边修复膨胀土路基的方法，一方面可以有效改善磷石膏利用率低、污染大的问题，另一方面可以有效改善膨胀土路基施工周期长、成本高、耐水性差等问题。发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题是现有磷石膏任意堆放、利用率低及膨胀土路基施工周期长、成本高、耐水性差等问题。[0006] 本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种磷石膏复合固化材料包边填筑膨胀土路基的方法，包括以下步骤：[0007] 步骤1，磷石膏复合固化材料的制备[0008] 所述磷石膏复合固化材料由石灰、水玻璃、水混合后再加入到磷石膏中制备而成，具体组分如下：[0009] 弱膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，1％～4％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，73％～79％；水，19％～20％；[0010] 中膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，4％～7％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，70％～76％；水，19％～20％；[0011] 强膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，7％～9％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，68％～73％；水，19％～20％；[0012] 步骤2，场地膨胀干土的制作[0013] 步骤2.1，在疑似膨胀土路基的区域内取路基土样，密封保存至实验室，检测该路基土样的自由膨胀率δef和蒙脱石质量占比v，当自由膨胀率δef≥40％或蒙脱石质量占比v≥7％时，认定该路基为膨胀土路基；确定膨胀土路基的膨胀土等级，并检测得到膨胀土的塑限wp；[0014] 步骤2.2，首先挖取膨胀土路基所在区域的膨胀土置于附近的拌料场中，平摊风干后，粉碎并过5mm～10mm的筛，其次进行含水率检测，并通过补充洒水或晾晒方式控制其含水率满足预设含水率w；[0015] 将通过风干、粉碎，且满足预设含水率w的膨胀土记为场地膨胀干土；[0016] 步骤3，改性修复土的制作[0017] 根据膨胀土等级按照步骤1的组分选择磷石膏复合固化材料，将磷石膏复合固化材料拌在步骤2得到的场地膨胀干土中，拌和均匀后焖料24小时～48小时，焖料期间至少翻拌一次，其中，磷石膏复合固化材料的质量为场地膨胀干土质量的10％～12％；[0018] 将拌有磷石膏复合固化材料并焖料完成的场地膨胀干土记为改性修复土；[0019] 步骤4，对膨胀土路基的包边[0020] 所述膨胀土路基的结构包括一个路基顶部包边层、两个路基侧边包边层及被包裹在三个包边层中的膨胀土路基主体；所述路基顶部包边层、所述路基侧边包边层用改性修复土铺设，所述膨胀土路基主体用素土铺设；所述素土为膨胀土路基所在区域的膨胀土；[0021] 将改性修复土、素土自下而上同步分层铺设形成两个路基侧边包边层及膨胀土路基主体，将改性修复土由膨胀土路基主体的顶部向上铺设形成膨胀土路基的路基顶部包边层；[0022] 所述三个包边层及膨胀土路基主体在铺设过程中均采用自下而上分层压实处理的方法，具体的，每层层厚为0.3m～0.5m，每铺设完成一层后，进行一次压实，且压实度不低于92％。[0023] 优选地，所述水玻璃为钠水玻璃，其模数为2.6～3.2，波美度为38°Be’～40°Be’。[0024] 优选地，所述预设含水率w控制在0.97wp～1.2wp范围内。[0025] 优选地，所述路基顶部包边层沿竖直方向的厚度为2.0m～3.0m，所述路基侧边包边层沿水平方向的厚度为2.0m～3.0m。[0026] 优选地，所述弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土的界定如下：[0027] 40％≤δef<65％，弱膨胀土；[0028] 65％≤δef<90％，中膨胀土；[0029] δef≥90％，强膨胀土。[0030] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：[0031] 1、本发明采用石灰、水玻璃两种常见固化剂固化处理大宗固体废弃物磷石膏，为大规模消纳磷石膏固体废弃物提供了新的技术途径。[0032] 2、本发明将石灰、水玻璃固化处理性磷石膏得到的磷石膏复合固化材料应用于道路路基工程建设中，减少了大宗固体废弃物磷石膏的任意堆积排放问题，降低了磷石膏对周边环境的污染，提高了综合利用水平、资源利用效率，对缓解资源瓶颈压力、培育新的经济增长点具有重要意义。[0033] 3、本发明中磷石膏复合固化材料的加入，使得膨胀土路基具有更好的耐水性，有助于改善膨胀土路基干缩、龟裂、承载力降低等问题，有效避免了干湿循环及碳化作用引起路基性能的劣化。[0034] 4、本发明通过添加水玻璃，降低了石灰的使用量，有效地减少了环境污染。[0035] 5、本发明通过现场包边施工处理，操作简单，缩短了工期，降低了成本。附图说明[0036] 图1为膨胀土路基结构图；[0037] 图2为不同掺量配比下磷石膏复合固化材料无侧限抗压强度值比较图；[0038] 图3为不同掺量配比下改性膨胀土自由膨胀率值比较图。具体实施方式[0039] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。[0040] 实施例1：[0041] 步骤1，磷石膏复合固化材料的制备[0042] 所述磷石膏复合固化材料由石灰、水玻璃、水混合后再加入到磷石膏中制备而成，具体组分如下：[0043] 弱膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，1％～4％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，73％～79％；水，19％～20％；[0044] 中膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，4％～7％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，70％～76％；水，19％～20％；[0045] 强膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，7％～9％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，68％～73％；水，19％～20％；[0046] 在本实施例中，水玻璃的模数为3.2、波美度为40°Be’，石灰的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为4％，水玻璃的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为1％，磷石膏的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为75％，水的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为20％。[0047] 步骤2，场地膨胀干土的制作[0048] 步骤2.1，在疑似膨胀土路基的区域内取路基土样，密封保存至实验室，检测该路基土样的自由膨胀率δef和蒙脱石质量占比v，当自由膨胀率δef≥40％或蒙脱石质量占比v≥7％时，认定该路基为膨胀土路基；确定膨胀土路基的膨胀土等级，并检测得到膨胀土的塑限wp。[0049] 在本实施例中，检测到路基土样的自由膨胀率δef为45％，认定为膨胀土路基，且膨胀土等级为弱膨胀土。塑限wp为19％。[0050] 步骤2.2，首先挖取膨胀土路基所在区域的膨胀土置于附近的拌料场中，平摊风干后，粉碎并过5mm～10mm的筛，其次进行含水率检测，并通过补充洒水或晾晒方式控制其含水率满足预设含水率w；[0051] 将通过风干、粉碎，且满足预设含水率w的膨胀土记为场地膨胀干土。[0052] 在本实施例中，预设含水率w为20％；[0053] 在本实施例中，首先清除路基表面杂物，挖取膨胀土路基所在区域的膨胀土10吨，置于场地附近拌料场，平摊风干后，粉碎并过5mm筛；然后检测其含水率为15％；通过补充洒水500kg控制预设含水率w为20％。[0054] 步骤3，改性修复土的制作[0055] 根据膨胀土等级按照步骤1的组分选择磷石膏复合固化材料，将磷石膏复合固化材料拌在步骤2得到的场地膨胀干土中，拌和均匀后焖料24小时～48小时，焖料期间至少翻拌一次，其中，磷石膏复合固化材料的质量为场地膨胀干土质量的10％～12％；[0056] 将拌有磷石膏复合固化材料并焖料完成的场地膨胀干土记为改性修复土。[0057] 在本实施例中，取石灰40kg、水玻璃10kg、磷石膏750kg、水200kg，拌合均匀后制备成为磷石膏复合固化材料，然后将该磷石膏复合固化材料添加到场地膨胀干土中，再次拌和均匀后焖料48h，期间翻拌1次，制得改性修复土。其中，磷石膏复合固化材料质量为场地膨胀干土质量的10％。[0058] 步骤4，对膨胀土路基的包边[0059] 所述膨胀土路基的结构包括一个路基顶部包边层1、两个路基侧边包边层2及被包裹在三个包边层中的膨胀土路基主体；所述路基顶部包边层1、所述路基侧边包边层2用改性修复土铺设，所述膨胀土路基主体用素土铺设；所述素土为膨胀土路基所在区域的膨胀土；[0060] 将改性修复土、素土自下而上同步分层铺设形成两个路基侧边包边层2及膨胀土路基主体，将改性修复土由膨胀土路基主体的顶部向上铺设形成膨胀土路基的路基顶部包边层1。[0061] 所述三个包边层及膨胀土路基主体在铺设过程中均采用自下而上分层压实处理的方法，具体的，每层层厚为0.3m～0.5m，每铺设完成一层后，进行一次压实，且压实度不低于92％。[0062] 图1为道路路基结构图，其中1为路基顶部包边层，2为路基侧边包边层。[0063] 在本实施例中，路基顶部包边层1沿竖直方向的厚度为2.0m，路基侧边包边层2沿水平方向的厚度为3.0m，将素土、改性修复土自下而上分层压实，每层层厚为0.3m，压实度为93％。[0064] 实施例2：[0065] 步骤1，磷石膏复合固化材料的制备[0066] 所述磷石膏复合固化材料由石灰、水玻璃、水混合后再加入到磷石膏中制备而成，具体组分如下：[0067] 弱膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，1％～4％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，73％～79％；水，19％～20％；[0068] 中膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，4％～7％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，70％～76％；水，19％～20％；[0069] 强膨胀土，磷石膏复合固化材料包括如下质量百分比的组分：石灰，7％～9％；水玻璃，1％～3％；磷石膏，68％～73％；水，19％～20％。[0070] 在本实施例中，水玻璃的模数为3.2、波美度为40°Be’，石灰的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为7％，水玻璃的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为1％，磷石膏的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为72％，水的质量占磷石膏复合固化材料总质量的比值为20％。[0071] 步骤2，场地膨胀干土的制作[0072] 步骤2.1，在疑似膨胀土路基的区域内取路基土样，密封保存至实验室，检测该路基土样的自由膨胀率δef和蒙脱石质量占比v，当自由膨胀率δef≥40％或蒙脱石质量占比v≥7％时，认定该路基为膨胀土路基；确定膨胀土路基的膨胀土等级，并检测得到膨胀土的塑限wp。[0073] 在本实施例中，检测到路基土样的自由膨胀率δef为100％，认定为膨胀土路基，且膨胀土等级为强膨胀土。塑限wp为18％。[0074] 步骤2.2，首先挖取膨胀土路基所在区域的膨胀土置于附近的拌料场中，平摊风干后，粉碎并过5mm～10mm的筛，其次进行含水率检测，并通过补充洒水或晾晒方式控制其含水率满足预设含水率w；[0075] 将通过风干、粉碎，且满足预设含水率w的膨胀土记为场地膨胀干土。[0076] 在本实施例中，预设含水率w为20％；[0077] 在本实施例中，首先清除路基表面杂物，挖取膨胀土路基所在区域的膨胀土10吨，置于场地附近拌料场，平摊风干后，粉碎并过5mm筛；然后检测其含水率为14％；通过补充洒水600kg控制预设含水率w为20％。[0078] 步骤3，改性修复土的制作[0079] 根据膨胀土等级按照步骤2的组分选择磷石膏复合固化材料，将磷石膏复合固化材料拌在步骤3得到的场地膨胀干土中，拌和均匀后焖料24小时～48小时，焖料期间至少翻拌一次，其中，磷石膏复合固化材料的质量为场地膨胀干土质量的10％～12％；[0080] 将拌有磷石膏复合固化材料并焖料完成的场地膨胀干土记为改性修复土。[0081] 在本实施例中，取石灰70kg、水玻璃10kg、磷石膏720kg、水200kg，拌合均匀后制备成为磷石膏复合固化材料，然后将该磷石膏复合固化材料添加到场地膨胀干土中，再次拌和均匀后焖料48h，期间翻拌1次，制得改性修复土。其中，磷石膏复合固化材料质量为场地膨胀干土质量的10％。[0082] 步骤4，对膨胀土路基的包边[0083] 所述膨胀土路基的结构包括一个路基顶部包边层1、两个路基侧边包边层2及被包裹在三个包边层中的膨胀土路基主体；所述路基顶部包边层1、所述路基侧边包边层2用改性修复土铺设，所述膨胀土路基主体用素土铺设；所述素土为膨胀土路基所在区域的膨胀土；[0084] 将改性修复土、素土自下而上同步分层铺设形成两个路基侧边包边层2及膨胀土路基主体，将改性修复土由膨胀土路基主体的顶部向上铺设形成膨胀土路基的路基顶部包边层1。[0085] 所述三个包边层及膨胀土路基主体在铺设过程中均采用自下而上分层压实处理的方法，具体的，每层层厚为0.3m～0.5m，每铺设完成一层后，进行一次压实，且压实度不低于92％。[0086] 本实施例中，路基顶部包边层1沿竖直方向的厚度为2.0m，路基侧边包边层2沿水平方向的厚度为3.0m，将素土、改性修复土自下而上分层压实，每层层厚为0.3m，压实度为93％。

[0087] 在以上实施例中，所述石灰为普通建筑用石灰。[0088] 在以上实施例中，所述弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土的界定如下：[0089] 40％≤δef<65％，弱膨胀土；[0090] 65％≤δef<90％，中膨胀土；[0091] δef≥90％，强膨胀土。[0092] 图2为不同掺量配比下磷石膏复合固化材料无侧限抗压强度值比较图，其中横坐标为石灰质量占磷石膏复合固化材料总质量的百分比，纵坐标为无侧限抗压强度。NaS1表示水玻璃占磷石膏复合固化材料总质量的1％，NaS3表示水玻璃占磷石膏复合固化材料总质量的3％。另外横坐标上的NaS0表示没有在磷石膏复合固化材料中添加水玻璃。由图2可以看出，当石灰掺量相同时，随着水玻璃掺量的增大，试样的无侧限抗压强度呈现出降低的趋势；当水玻璃掺量相同时，随着石灰掺量的增加，试样的无侧限抗压强度呈现出先增大后减小的趋势。总体来看，石灰与水玻璃的掺入，有效的改善了试样的强度。[0093] 图3为不同掺量配比下改性修复土自由膨胀率值比较图，其中横坐标为石灰质量占磷石膏复合固化材料总质量的百分比，纵坐标为自由膨胀率。由图3可以看出，膨胀土经改性后，自由膨胀率大幅降低，膨胀性显著降低。其中，C3、NaS1配比下自由膨胀率降低最多，改性效果最好。