浅谈铝矾土用于路基填料的质量要求

摘要:苏里南蕴藏丰富的铝土矿,道路工程多采用铝矾土修筑路基。为保证路基工程质量,通过试验数据和工程经验提出修筑路基所用铝矾土的质量要求。对国内外富含铝矾土的地区采用铝矾土修筑公路路基具有一定的指导意义。

关键词:铝矾土;路基;工程质量

1. 前言

南美洲国家苏里南北部为热带草原气候,南部属热带雨林气候。年平均气温27℃,年降水量在2000毫米以上。富含铝土矿,蕴藏量约7亿吨。苏里南近年道路事业发展迅速,我公司在承建大连Ⅰ期、大连Ⅱ期共计545公里城市道路后,于2007年12月签署了大连Ⅲ期――苏里南帕拉马里博市内及周边地区500公里(沥青)道路重建和修建工程合同,大连Ⅲ期包括250公里市外道路。

苏里南蕴藏丰富的铝土矿,本着因地制宜,就地取材的原则,大连Ⅲ期采用铝矾土修筑市外道路路基,随着苏里南帕拉马里博周边地区道路修建工程的全面展开,积极探索该地区公路建设中的铝矾土作为路基填料的技术问题,不断总结施工经验和工程成果,推广更加成熟的新工艺、新技术成果,对于加快苏里南地区的公路建设、提高工程质量具有重要意义,对于国内富含铝矾土的地区采用铝矾土修筑路基也具有一定的指导意义。

2. 铝矾土的工程性

目前,世界已探明铝土资源储量约360亿吨[1]。苏里南铝土矿蕴藏量约7亿吨。铝矾土是由长石、云母等矿物风化而形成的,它的主要矿物类型是三水铝石、硬水铝石和勃姆石。此外,由于矿物形成的条件不同,还可能含有高岭石、石英、方解石等杂质 [2]。

铝矾土一般作为制造铝、人造磨料、水泥、耐火材料的原料和作为溶剂、吸收剂等[3],几乎不用于道路工程 ,对于铝矾土用于路基填料的研究也几乎处于空白状态。为更好的利用当地资源修筑满足设计强度、压实度要求的公路路基,提高工程质量,本文在分析铝矾土的化学成分,液缩限指标,击实特性和承载力特性后,结合多次实验和尝试提出用于修筑路基的铝矾土的质量要求

2.1化学成分

铝矾土又称矾土或铝土矿,主要成分是氧化铝,系含有杂质的水合氧化铝,是一种土状矿物。白色或灰白色,因含铁而呈褐黄或浅红色。密度3.9～4g/cm3,硬度1～3,不透明,质脆。极难熔化。不溶于水,能溶于硫酸、氢氧化钠溶液。

铝矾土中主要含铝矿物为硬水铝石、软水铝石和三水铝石;主要硅铝矿物为高岭石、叶腊石、伊利石、绿泥石;主要含钛矿物为金红石和锐钛矿;主要含硅矿物为石英;主要含铁矿物为针铁矿、菱铁矿、黄铁矿、赤铁矿和褐铁矿。在铝矾土中同时存在几种铁矿是因为一种铁矿风化能变为多种铁矿,如黄铁矿(FeS2)风化为针石矿[α-FeO(HO)]和褐铁矿(Fe2O3•nH2O非晶质)。铝矾土化学成分的另一特点是波动大,由同一矿区、同一矿层,甚至同一块段开采的铝矾土的化学成分往往不同。[4]

2.2液缩限指标

液限和塑限在国际上称为阿太堡限(Atterberg),来源于农业土壤学,后来被应用于土木工程,成为粘性土物理性质的重要指标。塑性指数也是粘性土最基本、最重要的物理指标之一,它综合反映了土的物质组成,广泛应用于土的分类和评价。[5]

为了确定铝矾土的液缩限指标,首先对铝矾土进行液缩限联合测定试验,在苏里南OVERBRIDFE,AFOBAKA和ATJONI三个土场取的试验土样分别记为样品一,样品二和样品三。对三种铝矾土样品进行液限塑限联合测定,试验结果见表1:

表1铝矾土液限塑限联合测定结果

样品一 样品二 样品三 平均

Wl 48.5 58.1 54 53.5

Wp 18.9 30.6 17.4 22.3

Ip 29.6 27.5 36.6 31.2

由表1可得,铝矾土来源不同,其液限、缩限和塑性指标不同,其中塑限变化最大,AFOBAKA土场土样的塑限是ATJONI土场的近两倍。ATJONI土场的铝矾土的塑性指数最大,说明其可塑性最好,土中粘粒含量最多。利用塑性图分类法对铝矾土分类,可知铝矾土为介于高液限粘土和低液限粘土之间的粘土。

2.3击实特性

铝矾土的击实特性是研究铝矾土压实工艺必不可少的指标,通过击实试验,得到铝矾土的含水量与干密度关系曲线,从而得到铝矾土的最佳含水量和最大干密度。

样品一、样品二和样品三的击实试验结果分别见图1、图2和图3:

将各击实曲线回归,各回归公式及R2值见图1~3。求得三种样品的最佳含水量和最大干密度见表2:

表2铝矾土击实试验结果汇总

样品一 样品二 样品三 平均

ωc(%) 11.81 15.78 12.13 13.24

ρd(g/cm3) 1.894 1.830 2.07 1.931

由图1~3和表2可知:

(l)铝矾土来源不同,其最佳含水量与最大干密度有较大差异。ATJONI土场的铝矾土的最大干密度最大,AFOBAKA土场的最小 ,其中OVERBRIDFE土场和AFOBAKA土场的铝矾土的最佳含水量差值达到近4%,这表明在采用不同土场的铝矾土进行路基分层碾压填筑时,要进行铝矾土击实试验,准确掌握铝矾土的最佳含水量,尽量在最佳含水量状态下碾压,达到最大干密度。

(2)含水量与干密度的关系曲线比较平缓,说明适宜压实所需的含水量的幅度较大。

2.4承载力特性

CBR(California bearing ratio)是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并采用高质量标准碎石的承载能力为标准,以相对值的百分数表示CBR值。这种方法后来也用于评定土基的强度。由于CBR的试验方法简单,设备造价低廉,在许多国家得到广泛应用。

对三种铝矾土样品进行CBR承载力试验,试验结果见表3:

表3铝矾土CBR承载力试验结果

样品一 样品二 样品三

CBR2.5(%) 43.97 31.99 36.57

CBR5.0(%) 40.68 42.61 46.52

由表3可知:不同土场的铝矾土的CBR值变化不大,一般在43~47%之间。

3. 路基工程铝矾土质量要求

通过对铝矾土的化学成分,液缩限指标,击实特性和承载力特性进行分析后,结合工程经验提出用于修筑路基的铝矾土的质量要求见表4:

表4铝矾土质量要求标准

铝矾土

筛尺寸 通过率(重量 %)

19mm 100

2mm (No.10) 20-40

0.425mm (No.40) 10-20

0.075mm (No.200) 10-20

塑性指标 塑性系数

液限 ≤40

塑性指数 11-25

比率 ≤5

CBRsoaked ≥30

4. 结论

(1)在盛产铝矾土的地区,缺少传统路基材料的情况下,铝矾土也可以较好的用于路基填料。

(2)提出了用于修筑路基的铝矾土的质量要求,对于修筑满足路基设计要求的铝矾土路基提供了技术支持。

(3)作者将继续研究铝矾土路基的路用性能及后期检验观测。

参考文献:

[1]赵恒勤等.中国铝土矿资源及氧化铝生产技术状况透析[J].矿产保护与利用,2001,10,5

[2]刘才群.用红外光谱法研究铝矾土矿物.中国陶瓷,1994,134(1:)12~16

[3]张明.铝矾土的成份、工业用途及对共品质的要求.有色金属(冶炼部分),1954,(2:)35~43

[4]席耀忠.水泥用铝矾土的化学矿物特征.水泥,2002,(1)4~7

[5]高大钊等.土质学与土力学[M].人民交通出版社,2000

作者简介:尚勇(1977.11-)男,汉族,黑龙江省泰来县,工程师,本科,研究方向:交通土建。