详情

原文传递稳定/固化电解锰渣在道路半刚性基层中的应用研究

论文题名：	稳定/固化电解锰渣在道路半刚性基层中的应用研究
关键词：	电解锰渣;半刚性基层;稳定固化;路用性能;微观特征
摘要：	电解锰渣是电解锰生产过程中产生的酸性废渣，随着电解锰行业的快速发展，电解锰渣堆存引发的环境污染问题日益突出，严重制约电解锰行业的健康可持续发展，因此亟需拓宽电解锰渣资源化利用渠道，减少锰废渣的危害，实现其全量化、规模化利用。与此同时，随着我国交通行业的快速发展，天然道路材料的需求量急剧增加。基于此，本文依托重庆市揭榜挂帅项目“电解锰渣综合处置利用”开展了稳定固化电解锰渣在道路半刚性基层中的的应用研究，可在实现电解锰渣大规模利用的同时节约路面基层材料成本，具有重要的现实意义，良好的经济效益与环境效益。　　本文在研究秀山电解锰渣理化特性和浸出毒性的基础上，根据道路工程技术要求以及电解锰渣稳定/固化实验结果设计了水泥-锰渣稳定碎石，石灰-锰渣稳定碎石，水泥石灰-锰渣稳定碎石3种方案，基于击实试验得到的最佳含水率、最大干密度成型试件，以7d无侧限抗压强度为性能指标优选配合比，进一步进行28d、90d无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、单轴压缩模量试验、干缩试验等室内性能试验，以研究锰渣掺量对水泥-石灰-锰渣稳定碎石材料路用性能的影响。基于室内性能试验结果选取最具代表性的配比进行长期环保性验证并分析其强度形成机理。具体研究结论如下：　　（1）研究了电解锰渣的理化特性和浸出毒性。结果表明：电解锰渣的主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MnO；主要矿物成分为石英相（SiO2）和二水石膏相（CaSO4·2H2O）；含水率为26.9%，pH值5.7，密度为1.898g/cm3；其可溶性Mn和氨氮的浸出浓度为1220mg/L和149mg/L，远远高于《污水综合排放标准(GB8978—1996)》。是一种高含水率，pH值呈弱酸性，含有害物质Mn和氨氮的Ⅱ类工业固废。通过稳定/固化试验发现：电解锰渣中的的锰和氨氮在石灰掺量3%的条件下，固化率可达到99.98%和98.41%，其浸出浓度分别为0.147mg/L、2.36mg/L，符合GB8978-1996一级排放标准锰2mg/L、氨氮15mg/L。当水泥掺量为5%时，锰和氨氮的固化率达到99.84%和96.9%，其浸出浓度分别为1.86mg/L、4.622mg/L，符合GB8978-1996一级排放标准锰2mg/L、氨氮15mg/L。　　（2）研究了水泥-石灰-锰渣稳定碎石材料的力学路用性能。结果表明：水泥掺量为5%，电解锰渣掺量为10%~20%时，水泥-锰渣稳定碎石材料满足重交通下高速公路及一级公路基层5-7MPa强度要求；石灰掺量3%，电解锰渣掺量20%，30%，40%时，石灰-锰渣稳定碎石材料均能满足各级公路底基层≥0.8MPa强度要求；水泥石灰掺量5%（水泥：石灰=1：1），电解锰渣掺量30%~40%时，水泥石灰-锰渣稳定碎石材料能满足重交通下二级及二级以下公路基层4-6MPa强度要求。其室内性能试验结果表明：随着锰渣掺量增大，水泥-锰渣稳定碎石材料的强度和耐久性均有不同程度的降低；石灰-锰渣稳定碎石材料和水泥石灰-锰渣稳定碎石材料的强度和耐久性却有了显著的提升。其中锰渣掺量10%、20%的水泥-锰渣稳定材料、锰渣掺量30%、40%的石灰-锰渣稳定材料和锰渣掺量30%、40%水泥石灰-锰渣稳定材料满足各项力学路用性能要求。　　（3）研究了水泥-石灰-锰渣稳定碎石材料的二次污染情况。通过动态淋溶试验发现：20年内，水泥-石灰-锰渣稳定碎石基层材料在模拟降硫酸雨情况下，Mn的浸出浓度峰值为0.4221mg/L；氨氮的最高浸出浓度为5.64mg/L，均符合GB8978-1996一级排放标准，具有良好的环保性。　　（4）研究了水泥-石灰-锰渣稳定碎石材料的强度形成机理。结果表明：水泥-锰渣稳定材料中的强度主要来源于水泥的水化产物水化硅酸钙凝胶（C-S-H）和钙钒石（AFt），随着锰渣掺量增大，会导致水泥水化产物减少，抗压强度降低，耐久性变差；石灰-锰渣稳定材料的强度主要来源于在Ca(OH)2作用下，锰渣中活性矿物激发而生成的钙钒石（AFt），因此锰渣掺量增大对其强度和耐久性具有很强的增益效果；水泥石灰-锰渣稳定材料的强度主要由水泥、石灰、锰渣协同作用下生成的水化硅酸钙凝胶（C-S-H）、钙钒石（AFt）以及水化硫铁酸钙提供。
作者：	王晓莉
专业：	交通运输工程
导师：	何兆益
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023