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原文传递复合活化煤矸石在路面工程中的应用研究

论文题名：	复合活化煤矸石在路面工程中的应用研究
关键词：	煤矸石;复合活化;路用性能;路面基层
摘要：	煤矸石是煤炭开采和洗煤过程中产生的一种固体废弃物，随着煤炭开采量逐年上升，煤矸石的排放量也急剧增加，已经成为我国目前堆放量和排放量最大的固体废弃物之一。煤矸石的处理方式一般为就近自然松散堆放形成煤矸石山，不仅占用大量土地，而且存在自燃爆炸、风化污染环境、滑坡、坍塌等危险，对当地生态环境和安全造成一定的威胁。因此，煤矸石资源化利用技术的研究已经成为国内外一个研究热点。本课题依据前人研究和课题组相关成果，利用鄂尔多斯高原砒砂岩区煤矸石的高氧化铝和二氧化硅的特性，提出一种以煤矸石代替粘土改良传统三合土材料组成的技术，系统的研究其抗压、抗拉、干缩、耐冻融性能、水稳定性能等性能，并在室内试验的基础上应用于现场施工。本课题的具体研究内容和主要结论如下：　　（1）本文采用机械活化和热活化相结合的复合活化方式来提高煤矸石的火山灰活性，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备分析复合活化前后的矿物组成变化、化学组成变化以及微观结构的变化，并以Ca(OH)2消耗量和结合水含量为指标探究复合活化后煤矸石的火山灰活性。结果表明，机械活化与热活化相结合的复合活化的方法可以显著提高煤矸石的活性；保温时间相同时，煅烧温度越高，高岭石的含量越低，Ca(OH)2消耗量和结合水含量越高，煤矸石的活性越高，但温度大于700℃时，活性提高较少；煅烧温度为700℃时，保温时间越长，高岭石含量越低，Ca(OH)2消耗量和结合水含量越高，煤矸石的活性越高，但保温时间大于2h时，煤矸石活性提高较少。　　（2）采用复合活化后的煤矸石代替粘土改良传统三合土材料组成，探究不同复合活化后煤矸石的替代量（0%、10%、30%和50%）对改性煤矸石三合土路用性能的研究，系统的分析复合活化煤矸石的替代量对其抗压、抗折、干缩、耐冻融、抗渗水性能等性能的影响。试验结果表明，复合活化煤矸石能显著提高煤矸石的路用性能，随着煤矸石替代量的增加，煤矸石改性三合土的抗压、抗折、耐冻融性能和抗渗水性能逐渐提高；50%煤矸石掺量组的3d抗压强度值为1.09MPa，为不掺煤矸石对照组28d强度的1.09倍。30%煤矸石掺量组耐冻融性能最好，40次冻融循环强度损失率为20.52%，但其抗伸缩性能最差，干缩系数为163.5×10-6，约为不掺煤矸石组的6.74倍。　　（3）本课题在煤矸石改性三合土材料室内路用性能试验研究的基础上，通过在内蒙古鄂尔多斯昶旭煤矿复垦区开展实际道路工程应用研究，分别对施工中混合料的含水率、压实度以及养护后路面路基7d无侧限抗压强度和弯沉值进行检测，综合分析了煤矸石改性三合土材料的道路应用效果和施工注意事项。结果表明，在现场施工中含水率和压实度不易控制，养护7d后的路面基层的无侧限抗压强度相比实验室试件有所降低，其弯沉值满足路面基层要求。在现场施工中应注重混合料的含水率、压实度的控制以及施工完成的路面基层养护。
作者：	程松林
专业：	建筑与土木工程
导师：	杨才千;张红雷
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021