本發(fā)明涉及公路工程，特別涉及一種用于公路路基的改性中膨脹土的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在我國(guó)膨脹土的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)也高速發(fā)展了數(shù)十年，并將持續(xù)高速發(fā)展，在公路建設(shè)中不可避免地遇到膨脹土筑路材料。膨脹土是富含親水性礦物（蒙脫石、伊利石土和高嶺土）具有明顯的吸水膨脹和失水收縮的高塑性黏質(zhì)土，它吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定，常使公路成群產(chǎn)生不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開(kāi)裂、傾斜甚至破壞，并且是不易修復(fù)的，危害性很大。為了保證道路在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度達(dá)到安全、舒適行車(chē)的目的，必須解決因膨脹土而造成的工程問(wèn)題。按膨脹性分類(lèi)可分為弱膨脹土（40%≤）、中膨脹土（60%≤）、強(qiáng)膨脹土（≥90%）三類(lèi)。

2、（jtg?f10-2006）《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：弱膨脹土可以直接用于修筑路基；強(qiáng)膨脹土不得用于修筑路基；中膨脹土經(jīng)改性可以用于修筑路基。

3、目前，修筑公路路基用中膨脹土的改性方法有：用粉煤灰、石灰、水泥中的一種，或者二種，或者三種進(jìn)行改性。使用石灰和水泥改性的缺點(diǎn)是成本高，石灰和水泥的生產(chǎn)破壞生態(tài)、浪費(fèi)資源、污染嚴(yán)重；只使用粉煤灰改性的缺點(diǎn)是改性速度太慢，一般需要15天以上。另外，在材料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，用最初的沒(méi)有經(jīng)過(guò)改性的混合料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，依此試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算材料配合比，進(jìn)行改性膨脹土制備，之后直接將制備的改性膨脹土用于修筑路基，不再調(diào)整含水率，并以上述擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度作為修筑路基壓實(shí)度計(jì)算基準(zhǔn)，這是不對(duì)的，導(dǎo)致的結(jié)果往往是出現(xiàn)壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)失真，形成修筑路基壓實(shí)質(zhì)量的誤判。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于公路路基的改性中膨脹土的制備方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的弊端，在避免破壞生態(tài)、浪費(fèi)資源、污染環(huán)境的同時(shí)，降低成本，加快中膨脹土的改性速度，并科學(xué)確定修筑路基所用改性中膨脹土的施工含水率控制范圍和壓實(shí)度計(jì)算基準(zhǔn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種用于公路路基的改性中膨脹土的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1、確定設(shè)計(jì)質(zhì)量配合比

5、確定中膨脹土∶粉煤灰∶赤泥∶堿渣∶硅灰∶造紙廢水的質(zhì)量比，其中，中膨脹土、粉煤灰、赤泥、堿渣和硅灰均為干燥材料質(zhì)量，此質(zhì)量比稱(chēng)為設(shè)計(jì)質(zhì)量配合比，簡(jiǎn)稱(chēng)設(shè)計(jì)配合比；

6、步驟2、將設(shè)計(jì)質(zhì)量配合比換算成施工質(zhì)量配合比

7、施工過(guò)程中使用的中膨脹土、粉煤灰、赤泥、堿渣和硅灰都含有一定量的水分，根據(jù)它們的含水率和設(shè)計(jì)配合比，換算成濕中膨脹土∶濕粉煤灰∶濕赤泥∶濕堿渣∶濕硅灰∶造紙廢水的質(zhì)量比，此質(zhì)量配合比稱(chēng)為施工質(zhì)量配合比，簡(jiǎn)稱(chēng)施工配合比；

8、步驟3、原材料配合

9、使用配料機(jī)，按照施工配合比，把濕中膨脹土、濕粉煤灰、濕赤泥、濕堿渣和濕硅灰進(jìn)行配合，此料稱(chēng)為配合料；

10、步驟4、配合料的破碎/拌和

11、將配合料加入破碎機(jī)，進(jìn)行破碎和拌和，在出料處采用雨灑的方式按施工配合比加入造紙廢水，所得材料稱(chēng)為配合料的拌和料，簡(jiǎn)稱(chēng)拌和料；拌和料中，所含團(tuán)狀料的直徑≤3cm；

12、步驟5、拌和料堆放改性

13、將拌和料堆放進(jìn)行改性，用塑料薄膜覆蓋，防止水分揮發(fā)，同時(shí)防止其它水分浸入；

14、堆放改性時(shí)間大于拌和料改性期，即確保經(jīng)過(guò)堆放改性其自由膨脹率小于60%，此時(shí)的混合料稱(chēng)為改性中膨脹土；拌和料改性期簡(jiǎn)稱(chēng)改性期，是指拌和料拌和完成到自由膨脹率小于60%時(shí)的時(shí)間；在工程實(shí)踐中，每堆的改性期按拌和料堆放的截止時(shí)間算起；

15、步驟6、第二次擊實(shí)試驗(yàn)，調(diào)整改性中膨脹土的含水率

16、按照（t?0801-2009）《含水量試驗(yàn)方法（烘干法）》進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)改性中膨脹土含水率；用改性中膨脹土，按照（t?0804-1994?）《無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，得最大干密度和最佳含水率；含水率、最佳含水率以及壓實(shí)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)作為調(diào)整改性中膨脹土含水率的依據(jù)，最大干密度作為修筑路基計(jì)算壓實(shí)度的基準(zhǔn)。

17、改性中膨脹土與拌和料（最初沒(méi)有進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的混合料即第一次擊實(shí)試驗(yàn)所用的混合料），它們的化學(xué)成分、性質(zhì)以及含水率都發(fā)生了很大變化，其最大干密度和最大干密度、最佳含水率和最佳含水率、以及它們的含水率與干密度關(guān)系曲線(xiàn)將會(huì)不同，所以，改性中膨脹土用于修筑路基前，必須再進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定它的最大干密度和最佳含水率，而不能使用拌和料的最大干密度和最佳含水率。

18、研究發(fā)現(xiàn)：（1）改性中膨脹土的含水率（亦即），其原因是在中膨脹土的改性過(guò)程中，部分水參與了化學(xué)反應(yīng)，形成更大分子的水化化合物；另外，中膨脹土改性后吸水能力減小，因此也將小于，并且改性中膨脹土中的含水率是否需要調(diào)整有待確定。（2）＜，其原因：一是中膨脹土的改性過(guò)程中形成更大分子的水化化合物，增加了單位體積的質(zhì)量；二是＜，即達(dá)到最大干密度的需水量（水的密度比壓實(shí)固體的密度?。p少；三是改性劑微粒及其化學(xué)反應(yīng)生成物填充中膨脹土內(nèi)部空隙。（3）壓實(shí)度的計(jì)算公式是：，在干密度確定的情況下，減小將可能導(dǎo)致出現(xiàn)壓實(shí)度實(shí)際上不合格而檢測(cè)數(shù)據(jù)合格的假象，由于＜，所以不能作為修筑路基的壓實(shí)度計(jì)算基準(zhǔn)。

19、調(diào)整改性中膨脹土含水率的方法是：用改性中膨脹土，按照（t?0804-1994?）《無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，得改性中膨脹土的含水率與干密度的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖1所示；再根據(jù)壓實(shí)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)做水平線(xiàn)交改性中膨脹土的含水率與干密度的關(guān)系曲線(xiàn)于兩點(diǎn)，分別經(jīng)左、右交點(diǎn)做垂線(xiàn)交水平軸于和。如果≤≤，則可用改性中膨脹土直接修筑路基；如果含水率＜，或者＞，則需要調(diào)整改性中膨脹土的含水率，調(diào)整后的含水率記作，調(diào)整改性中膨脹土的含水率是常用技術(shù)，此不贅述。

20、調(diào)整后的含水率也就是修筑路基施工時(shí)改性中膨脹土的含水率，它只有符合≤≤（此范圍稱(chēng)為施工含水率控制范圍），壓實(shí)度才能達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，所以，如果不在施工含水率控制范圍，必須調(diào)整到范圍以?xún)?nèi)。

21、改性中膨脹土的含水率調(diào)整到施工含水率控制范圍以?xún)?nèi)后，才可用于修筑路基，并且壓實(shí)度采用計(jì)算。

22、進(jìn)一步，所述步驟1中所述施工配合比為中膨脹土∶粉煤灰∶赤泥∶堿渣∶硅灰∶造紙廢水=100∶4-15∶3-12∶3-10∶0.5-4∶10-30。粉煤灰、赤泥、堿渣和硅灰的用量越多，改性效果越好，即改性中膨脹土改性的速度越快，用其修筑路基的強(qiáng)度越高，板體性越好。

23、更進(jìn)一步，所述濕中膨脹土、濕粉煤灰、濕赤泥的含水率均≤5%。

24、更進(jìn)一步，所述濕粉煤灰是指從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰，是燃煤電廠(chǎng)排出的主要固體廢物，其質(zhì)量符合jtg/t?f20-2015?公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則的規(guī)定。

25、更進(jìn)一步，所述濕赤泥為拜爾法赤泥。

26、更進(jìn)一步，所述濕堿渣是氨堿法生產(chǎn)純堿過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢料，其含水率≤20%。

27、更進(jìn)一步，所述濕硅灰是在冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時(shí)產(chǎn)生的sio2和si氣體與空氣中的氧氣迅速氧化并冷凝而形成的一種超細(xì)硅質(zhì)粉體材料，其含水率≤1%。

28、更進(jìn)一步，所述造紙廢水是制漿造紙工藝過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，造紙廢水要經(jīng)過(guò)澄清處理，其中不溶有機(jī)物的含量＜0.1%，可溶物含量為3%～5%，主要成分是燒堿。

29、更進(jìn)一步，所述粉煤灰的質(zhì)量符合（jtg/t?f20-2015)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》的要求。

30、進(jìn)一步，所述設(shè)計(jì)配合比和改性期的確定方法為：

31、1）第一次擊實(shí)試驗(yàn)

32、中膨脹土按100計(jì)，根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工期、氣候以及經(jīng)驗(yàn)，在用量范圍內(nèi)選擇粉煤灰、赤泥、堿渣和硅灰的用量，按照（t?0804-1994）《無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法》，做擊實(shí)試驗(yàn)，得最大干密度和最佳含造紙廢水率；第一次擊實(shí)試驗(yàn)所用材料叫拌和料，為改性前的混合料；

33、2）計(jì)算初設(shè)配合比

34、根據(jù)中膨脹土、粉煤灰、赤泥、堿渣、硅灰和造紙廢水的用量，及其擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算它的初步設(shè)計(jì)質(zhì)量配合比，簡(jiǎn)稱(chēng)初設(shè)配合比，即：中膨脹土∶粉煤灰∶赤泥∶堿渣∶硅灰∶造紙廢水；

35、3）自由膨脹率試驗(yàn)

36、通過(guò)t?0124—1993自由膨脹率試驗(yàn)，得自由膨脹率和改性期n；

37、4）確定設(shè)計(jì)配合比

38、如果改性期n在預(yù)期之內(nèi)，則上述初設(shè)配合比作為設(shè)計(jì)配合比；否則調(diào)整材料用量重新試驗(yàn)。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

40、1、與現(xiàn)有技術(shù)中使用石灰或/和水泥改性相比，本發(fā)明不使用石灰或/和水泥，能夠降低成本，避免石灰或/和水泥的生產(chǎn)破壞生態(tài)、浪費(fèi)資源、污染嚴(yán)重。

41、2、本發(fā)明的改性速度快，改性期一般為3d左右，與大劑量使用石灰或/和水泥的改性速度相當(dāng)甚至有所提高，比單獨(dú)使用粉煤灰改性的速度快得多。

42、3、本發(fā)明在改性速度較快的情況下實(shí)現(xiàn)了所用的改性材料全部為工業(yè)廢料，而且用量大，環(huán)保效果更顯著。

43、4、本發(fā)明所筑路基的強(qiáng)度高，長(zhǎng)期強(qiáng)度能夠達(dá)到0.5mpa以上，而且板體性好，用途多樣的特點(diǎn)，不僅用于修筑路基，還能用于路床處理、軟土地基處理等。

44、5、本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，拌和料（改性前的混合料）和改性中膨脹土（改性后的混合料）的含水率、最佳含水率和最大干密度，以及成分和含水率與干密度關(guān)系曲線(xiàn)都發(fā)生了很大變化，也就是說(shuō)，混合料改性前后已經(jīng)不是相同的材料，而現(xiàn)有技術(shù)用拌和料（改性前的混合料）只做了一次做擊實(shí)試驗(yàn)，之后把改性中膨脹土（改性后的混合料）直接用于修筑路基，這種將改性前后的混合料等同對(duì)待的做法是錯(cuò)誤的，為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了用改性中膨脹土（改性后的混合料）進(jìn)行第二次擊實(shí)試驗(yàn)，以之試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)施工，使改性方法科學(xué)合理，糾正了現(xiàn)有技術(shù)中的錯(cuò)誤。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，將改性中膨脹土（改性后的混合料）直接用于修筑路基，但是其含水率有可能是＜，或者＞，或者說(shuō)有可能不在施工含水率控制范圍內(nèi)，壓實(shí)度有可能達(dá)不到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，因此現(xiàn)有技術(shù)存在錯(cuò)誤；本發(fā)明用改性中膨脹土（改性后的混合料）進(jìn)行第二次擊實(shí)試驗(yàn)，以之試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整改性中膨脹土的含水率至≤≤，使壓實(shí)度能夠達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并且壓實(shí)度采用計(jì)算，克服了現(xiàn)有技術(shù)中壓實(shí)度采用計(jì)算的錯(cuò)誤，避免了壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)假象，消除了對(duì)修筑路基壓實(shí)質(zhì)量的誤判。