生态水泥在公路路面基层上的应用

　　一、总体介绍

　　本项目主要包括实验室研究和试验段研究两部分。实验室研究部分：在原材料基本性质研究的基础上，以7d无侧限抗压强度为主要技术指标，进行三因素三水平正交试验，找出最佳配比;进行力学、耐久性研究和微观机理分析。试验段研究部分：依据施工参数，确定生产配合比;进行基层铺筑;取样测试，深度试验。

　　图1 路桥生态水泥技术原理和工艺流程图

　　二、本项目主要研究内容：

　　(一)实验室研究。

　　1.原材料基本性质测试

　　对水泥、脱硫灰的密度、比表面积、化学成分、矿物组成等基本物理化学性质进行测试;煤矸石化学成分、矿物组成、放射性进行测试;煤矸石粗细集料密度、堆积密度、空隙率、压碎值、针片状物质含量、坚固性、液限和塑性指数等性能进行测试。

　　2.煤矸石集料配比设计及优化

　　依据压碎值指标，确定是否需要掺入石子优化性能。设计3条级配曲线，并配料备用。

　　3.水泥脱硫灰稳定煤矸石集料配比正交试验

　　以水泥：脱硫灰、(水泥+脱硫灰)：煤矸石集料、集料配比3个因素，设计三因素三水平正交试验，共9组。首先进行击实试验，测定每组的最大干密度和最优含水率;在此基础上配制混合料，测定各组7d无侧限抗压强度。依据混合料强度，找出最优配比，并进行因素分析。

　　如7d无侧限抗压强度不能满足要求，则需采用物理、化学方法对混合料进行改性。

　　4.水泥脱硫灰稳定煤矸石集料力学和耐久性试验

　　按照3.中确定的最优配比，拌制混合料。依据JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》测试劈裂强度、干缩性、抗冲刷性指标。

　　如性能指标不满足要求，同样需要对混合料进行进一步改性直到满足要求为止。

　　5.微观机理研究

　　确定最优配比后，按照5点法研究脱硫灰掺量对混合料无侧限抗压强度、抗冻性、干缩指标的影响，并进行XRD、SEM、TG / DTA微观测试，探明作用机理。

　　(二)试验段研究

　　1.水泥、脱硫灰、煤矸石集料等原材料质量检测

　　依据JTGT F20-2015《公路路面基层施工技术细则》，对试验段所用原材料进行各项性能检测，确保质量。

　　2.生产配合比

　　确定施工含水率、最大干密度、无机结合料用量等施工参数，从而得到生产配合比。

　　3.拌合厂监测

　　对拌合厂拌制混合料各种材料用量进行适时检测，确保按设计确定的比例进料。

　　4.施工现场技术控制

　　对施工期间洒水、接缝、摊铺、碾压等各个环节进行监控。

　　5.混合料现场取样、测试。

　　对施工期间拌制的混合料抽样进行击实试验、无侧限抗压强度试验，对现场进行压实度、平整度检验。试验段养生7d后进行弯沉、回弹模量、取芯、裂缝、平整度等检验。

　　6.深度试验。

　　对拌合料进行无侧限抗压强度、弯拉强度、干缩试验、冻融试验，分别测定7d、28d、90d龄期性能指标。

　　三、取得成效

　　1.路桥生态水泥推广应用

　　目前，路桥生态水泥已销售70余万吨，大规模应用于山西省境内的隰吉高速、黎霍高速、离隰高速、昔榆高速、吕梁209国道等项目。

　　2.路桥生态水泥经济效益与社会效益

　　(1)路桥生态水泥生产成本低，且性能好，可以产生良好的经济效益。截至目前，路桥生态水泥累计销售70万吨，按2024年8月22日，全国碳市场碳排放配额开盘价88.34元/吨,计算，价值2411.68万元，节约4620万元，总体经济效益为7031.68万元。

　　(2)CFB灰渣的大量堆存，在占用土地和农田的同时，造成空气污染、土壤污染、地下水污染等生态问题。如CFB灰渣大量堆存不及时处理，则会对大气环境、地表水、地下水等产生污染，影响人体健康，而将其制备成生态水泥则可拓展CFB灰渣等工业固废资源化、规模化的利用途径，有效促进固废资源化利用率。可为水泥生产企业和建设单位降低成本，又符合国家提出的“双碳”政策。

　　(3)路桥生态水泥有利于促进固废资源化利用，提高利用率。目前我国固废利用率普遍不高，特别是CFB灰渣的利用率很低，不足10%。路桥生态水泥的实施，拓展了CFB灰渣等工业固废的利用途径，实现了在路面基层中的应用。