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1、利用工厂水泥窑灰和屋面板瓦等废物来提高道路工程中土壤的性能Aly Ahmed,Medhat Shehata, and Said Easa加拿大多伦多维多利亚街350号瑞尔森大学土木工程系通信：Medhat Shehata, 2009年7月6日收到；2009念10月30日修订；2009年12月14日存取。由Ghassan Chehab推荐为了研究工厂的屋顶瓦等废物的利用来加强在道路工厂中使用的细粒土的属性，利用工业废热发电的硅酸盐水泥产品制造的水泥窑灰（CKD），当经处理后的沙砾,被添加到提高土壤的抗拉强度时曾作为稳定剂。利用无侧限抗压强度、抗裂强度和加州承载比(CBR)试验对沙砾在强度和稳定性

2、的影响进行了评估。结果表明,CKD的单独使用导致无侧限抗压强度有相当大的增加，但是对抗拉强度的影响十分微小。沙砾含量的增加大大改善了稳定土的抗拉强度。显著的降低毛细水上升和透气性略有减少，取得了作为RAS的结果。含10%最优的砂石为稳定土。Aly©2009年版权艾哈迈德孙俐。这是一个开放存取物品分布在创作共用的允许不受限制地继续使用、分配和复制，在任何媒介的归因许可证, 提供原著被适当的传讯。1、简介在过去的二十年进行了广泛的研究来保护环境。废旧物资的使用在施工的应用有许多环境利益，包括成本的节约,以他们的处置和潜在的回收等情况。这样的废料的例子包括工厂废物沙砾和水泥窑屋顶尘(CKD

3、)。主要是由屋顶瓦片沥青粘结剂,坚硬的岩石颗粒/填料、和纤维组成。有两种类型的沙砾:有机和玻璃。有机沙粒碎石由厚毡子的木材和其他纤维素纤维构成，玻璃碎石由非织造布的玻璃纤维垫用非水溶性粘合剂联结在一起构成；有机碎石是加拿大最常用的沥青沙砾碎石,含有更多的沥青，适用于寒冷的天气，然而玻璃碎石更能抵抗受热：1.、水泥窑灰尘是一种利用工业废热发电的普通硅酸盐水泥生产的产品。超过6万多吨的后废料屋面碎石和大约100万吨的先废料屋面碎石在美国生产。2.、125万废沥青和填满的碎石，产生于加拿大住宅沥青分开的（修屋顶）沙砾碎石，新的建筑废料,及相关有机充填报废的数量。3.、大多数浪费的垃圾、碎石积灰创建了

4、一个相当大的处置问题和渐减的垃圾掩埋场的空间。另一方面，大约12.90万公吨不适宜回收的CKD每年都被在加拿大的水泥制造公司处理掉。4.、这种工业已应用于道路工程作为一种碎石积累问题的解决办法。它们应用于施工前,这些废弃物经过研磨、筛选沙砾到适当的大小，形成再生沥青碎石(RAS).。在高速公路建设中不同的稳定方法已被用来提高岩土材料的性能。一般地,不擅作张力结构。因此,当该方法加固体系引入另一种物质,通常是添加抗张力。在道路结构层,由于在交通荷载作用下路面经受反复的拉应力,在这些应用中抗裂强度是一个非常重要的特性。本文旨在探讨其可行性的 (CKD)通过两种稳定剂和工业废物提高沥青碎石优良的能够

5、组成柔性路面路基或细分数统一的土壤的性能。对先前的研究的一个简短的描述是第一次提出,后面跟着他的在研究中使用的材料和方法。实验的结果然后被提出,包括抗压和抗拉强度,CBR,毛细上升性、透气性等。表一 细粒土的物理机械性能。2、前期研究沙砾碎石在公路建设中的使用集中在两个方面:沥青路面层与路基。对沥青混凝土应用中,以往的研究表明,RAS在热拌沥青中的使用减少了易燃的所需的原始沥青数量除了节省成本的挂牌处置之外。同样，一些研究表明RAS作为一种加强剂的使用加强筑路材料的性能5, 6. 通透和阿伦6 开发了一种由10%RAS、30%的RAP和60%的碎石组成的复合材料。新的复合材料组合被放置在一系列

6、的市政道路和喷洒氯化钙溶液解决方案。不超过两年的时间,研究表明,在抵抗车辙和侵蚀挂牌混合比传统的碎石部分需要更少的维修。Rajendran and Gambatese 7 研究了不同比例的再生聚乙烯塑料袋的使用,这些塑料袋主要来源于国内废物收集和作为添加剂浪费在沥青混凝土路面。结果表明,改性沥青的性能更好而不是常规的混合。添加5%的沥青再生聚乙烯的重量是被推荐的。Ibrahim et al. 8 研究了沥青混凝土的性能能干扰不同的组合,石灰石和玄武岩骨料。包括玄武岩沥青混凝土粗骨料拌细骨料、石灰石、矿物填料,1%消石灰发现是最优的组合。Kumar and Singh 9 研究了粉煤灰的使用与纤

7、维作增强材料在乡村公路底基层使用静态和动态载荷试验和半视场测试。结果表明, 在农村公路建设中使用聚丙烯纤维粉煤灰加固是适当的。CKD已被应用于诸如矿物填料在沥青混凝土的混合。在日本,CKD是用来提高沥青路面车辙产生的电阻吸收较轻组分过剩的沥青粘结剂10. Thaha4的另一项研究表明四种不同类型的CKD是替代硅酸盐水泥发展中的控制材料。结果表明,可接受的性能可开发利用不同的百分比的(CKD)4。环境影响稳定的耐久性与 (CKD)和其他聚集不同材料进行了评价11. 一般中添加少量增加任何胶结材料颗粒物质的力量,而这改进提高纤维均包括在内。对路基的应用程序, 好些研究人员调查了胶结细粒的和未胶结的

8、机械物理性能、岩土材料钢筋采用不同种类的材料,如纤维,切碎的轮胎,塑料废弃物、土工格栅与元素12 - 19)。Hooper and Allen 6研究了在途中加入RAS的机械物理效果。作者采用25.4mm易燃气体按照不同体积百分比添加到碎石基层或底基层作为材料。易燃材料的添加到代表了路基层的不同土壤类型中。结果表明,添加的EAS影响易燃混合物的强度如CBR评估所示。这种改善取决于土壤的类型和RAS材料的百分比。大体上,结果表明,添加易燃气体对弱势的塑料材料(如粘土)提高了强度,而对强的材料(如砂和砾石)大大减少了他们的强度。Chen and Lin 20. 探讨了使用焚化污水处理厂污泥灰剂研究

9、作为一种稳定与水泥的强度提高软路基填土的对象。五种不同比例的混合添加剂混入软路基填土。结果表明,本文所提出的混合有一个潜在的不断提高的软路基填土性能要求。CBR值的一些样品处理这混合物与空白对照样品相比提高了30次。3。材料和方法应用于该研究中的稳定剂是CKD和RAS，分别是普通硅酸盐水泥和屋顶瓦片制造的再生产产品。在安大略，材料被用来稳定和提高细颗粒土壤的性质。用的是土壤通过8号筛 (2.36mm)的材料作为天然碎石底的基层 (颗粒状B)。晶粒尺寸分布为供试土壤呈现在图1。供试土壤晶粒尺寸分布如图1所示，这一小部份也代表了粉砂质土壤系统分类分级路基土按照统一的土分类系统(SP)那么糟糕。测试

10、土壤的这种胶料的物理机械性能如表1所示。众所周知, (CKD)的性能变化很大,从一个到另一个取决于源的物理、化学和相组成。因为这个原因,三种不同类型(CKD),贴上CKD1,CKD3,CKD2,应用于该研究中代表的 (CKD)的特性可在北美范围内得到。铸铁的化学成分的三个CKD类型如表2所示。五个级别大规模的土壤的 (CKD)含量进行了调查,即2.5%、5%、10%、15%、20%。沙砾碎石的再生沥青RAS-Glass型)应用于该研究是一个在加拿大安大略省处理所造成的副产品挂牌的制造商,。经处理后的砂石材料3/8是使用馏分或经过石9.5mm筛。物料的粒度分布如图1所示。包括级配的优化组合的 (

11、CKD)的百分比,而土壤、易燃性大小和内容,两者比例的土体进行了调查,以评估其影响土壤特性以及利用沙砾碎石的可行性作为公路建设加固材料。四种不同的混凝土,即5%、10%、15%、20%的土壤质量进行调查分析。为每个挂牌水平,三种不同大小进行了测试,通过3/8_:大(9.5mm保留在4号筛)、中(通过4号筛和保留在8号筛),和小(通过8号筛)。,最初,利用无侧限抗压和劈拉试验。所有试验是在最优含水率、最大干单位重量等CKD,沙砾碎石的影响下对土壤性质进行了评估。式样如表3所示，使用直径50毫米粗和100毫米高圆柱样品。测试土壤和(CKD)是干混,然后又添加沙砾碎石到混合物中。之后，添加到最优含水

12、量混合3分钟。样品被安置在模具、用液压千斤顶静态压实。每个相同体积的汽缸包含了所有这样的密度的测试样品。保健服务是采取和提取样品制备过程中产生均匀的样品。3个试样用于每个测试和使用平均结果。所有的试样在进行了室温(22±2C)和百分之七十的相对湿度条件下三天的固化后测试。经过沙砾碎石及 (CKD)对土壤强度的影响,美国加州承载比(CBR)试验(包括浸泡和未浸泡样品)进行了只包含RAS来评价扁砾石大小和含量对改良土壤稳定性的影响，扁砾石大小和含量对毛细水上升的影响被研究用来评价使用扁砾石的土壤的霜易感性。众所周知,毛细管上升高的土壤上分为霜敏感,因为他们提供冰冻的战线,水形成冰透镜。因

13、此,这一比例上升水的毛细管分析了一份不同尺寸和内容、瘦削CKD. y上升10%被列为霜敏感,因为他们提供冰冻的战线,水形成冰透镜。此外, 用一个控制样品10%的(CKD)没有沙砾碎石进行了实验研究。样品测试用于毛细管崛起有共同的尺寸和接触到同样的养护制度作为样本用于强度测试。完成后的固化工艺,所有的样品被放在一个容器里,一个5毫米厚度的塑胶网,被用作一种支持的标本。当时的容器注满水,使水位是1到3毫米的顶部标本支持(塑胶网)这也是底部的标本。水通过的崛起的标本被记录在视觉上直到水到达最高点的标本。挂牌大小的影响和含量对固化土的渗透性进行了评价。自从通过筛的百分比没有。200材料(0.075mm

14、)在10%以内,导水性进行了测试使用恒头法(ASTM(美国材料试验协会)D 2434)。4。结果与分析4,1、抗拉强度和劈裂强度。评价不同类型的CKD在增强土壤强度上的效能、抗压和劈裂试验是在使用10%的(CKD)的土样中进行。这个值作为中等水平被选在初步的调查,基本上可以分辨不同类型CKD的效能。结果如图2（a）所示，需要指出的是, CKD1产生了最好的结果, CKD2和CKD3紧随其后。CKD在加固土壤的功效与它的化学、物理、矿相组成有关, 实验不是仅仅根据可用列于表2的氧化物成分来解释CKDs的不同行为的。研究结果表明, CKD张力的稳定相比压缩是软弱的。本研究结果显示,CKD1可作为一

15、种硅酸盐水泥稳定土的替代性材料。这些结果结合其他使用 (CKD)资料以替代硅酸盐水泥在控制低强度的发展资料4研究工作。在其余的实验计划, CKD2作为所提供的CKD，它被认为代表了平均的品质, 抗压和劈裂强度来自不同层次CKD2的不同样品组成如图2所示(b)。很明显,抗压强度随CKD1混凝土的增加而增加,相反, CKD混凝土的增加并没有导致材料的抗拉强度的显著增多。应该指出的是,被调查的土壤是粘性的,土压应力和拉应力在0% CKD都被认为是零。所得结果如图2中所示，另一种物质的需要,除了CKD,提高的拉伸性能稳定土。这并非罕见,介绍纤维的土壤,以提高其抗拉强度。因此,在此研究中,沥青扁砾石(R

16、AS)结构被用来当作替代性材料为增强纤维的电阻来增加土壤拉应力。这是一个合理的假设细粒土,CKD,屋顶瓦的混合关于应力-应变特性是各向同性的。如前面提到的,三种不同大小和4个层次的混凝土的沙砾碎石是用来研究利用沙砾碎石的可行性,提高土壤的抗拉强度。一个含量10%的CKD2被用在所有的测试样品。CKD被选为10%,可以看到如果附加联系会有一次额外的改进固化土抗压强度的影响。他们觉得大于10%的水平的CKD获得相对较高的抗压强度可能压倒RAS的抗压强度。扁砾石对抗拉强度和抗压强度的影响如图3(a)。注意,只有中等大小扁砾石被使用。可以看出,所有扁砾石水平增加了拉伸和压缩强度同那些没有价扁砾石相的样

17、品比, 为了更好的说明,与没有扁砾石的样品相比，百分比改善和扁砾石混凝土的关系如图3(b)。很明显, 劈裂强度随砂石含量的增加而增加、同时抗压强度的最优改进,发生在10%扁砾石混凝土。扁砾石的方向对应应变方向的原则,是一个导致其加固作用的主要因素。最好的是改进时取得的扁砾石,尤其是长的能够充当纤维、在拉应变的方位方向的原则。没有产生什么影响当纤维方向的方位指向零应变12。因此,很明显,一个新的复合材料的性能取决于扁砾石单元的数量为良好导向的拉伸应变的方向。结果,增加扁砾石单元的数量将导致大量的扁砾石的原则面向的方向更大的概率，并提供一个拉应变加固作用。因此, 当扁砾石单元数量越大，一个有明显改

18、善的抗拉强度在土木工程5中进展时被预期。这就是在该研究中调查的样品,图4显示了扁砾石的大小对强度的影响。值得注意的是,随着扁砾石尺寸减少,抗压强度增大,抗拉强度下降。上述结果的一个合理的解释是,增加扁砾石的大小为扁砾石作为加固和减少裂缝萌生和扩展提供了一个更大的机会。至于抗压强度、最好的性能从小鹅卵石大小尺寸获得自从新复合材料表现为一个同质性和各向同性材料，由于土颗粒和小鹅卵石单元尺寸的细微的不同。4.2。 加州承载比。 加州承载比实验在有活着没有扁砾石的试样中进行实验以评价扁砾石对土壤稳定性的影响。所有样品都没有CKD，图5(a)显示小沙石含量与CBR值之间的关系。需要指出的是,把扁砾石含量

19、增加到10%,相比于没有扁砾石的完全相同的试样CBR值增加了。在含有10%扁砾石的加州承载比的平均增量在浸泡和未浸泡条件下分别是原来的2.4和2.2倍。航油大于10%扁砾石混凝土的加固土的稳定性的增加可以归结于扁砾石的约束效应。在水平超出10%,稳定性下降可归结于在其抗剪强度降低的土-沙砾矩阵，由于具有较高的扁砾石混凝土。由于他们的沥青涂料、鹅卵石粒子与土颗粒不发展高摩擦强度,这些导致稳定性降低。图5 (b) 显示了扁砾石大小与含10%的扁砾石的试样的CBR值之间的关系。可以看出,在浸湿和未浸湿条件下尺寸越小导致CBR值的改进越大, 看来,出于同样的沙砾含量、尺寸越小,沙砾单元的数目越大。这些

20、要素在土样中分布均匀, 提供土壤颗粒更好的约束力。另一方面，尺寸越大的单元可能作为滑动面，从而导致CBR值的减小。43毛细上升。冻胀是重要举措,道路工程对土壤评估时需要考虑。土壤的稳定性对道路、铁路、机场、建筑物、地下存储和管道设施,在寒冷地区批判性地取决于霜易感22。结果主要从冻胀在土壤里形成隔离的冰透镜,其次是冻结水体积的膨胀。水的来源是有助于冻胀的最重要的条件,它以一种扬压力的形式在人行道中产生裂缝。在这项研究中，毛细上升是代表随时间的推移水在样品内达到一定高度或某一段时间后睡的高度。时间越长或者高度越小,毛细上升就越低。图6(a)显示含10%的 (CKD)土壤和不同等级的沙砾的毛细水上

21、升的高度与时间(秒)的关系。图6(b)显示等量不同的沙砾和10%的CKD混凝土的试样的毛细水上升, 从这些结果很明显看出，增加沙砾的含量会显著降低稳定土毛细上升。试样中睡上升到一定高度所需要的时间随着沙砾含量的增加而增加。从图5看出，同样清楚的是, 在试样高度的20%内时毛细水上升水平并没有本质的不同，然而，在那之后，差异变得很大，沙砾的大小对买溪水上升没有很大的影响，如图6(b)所示。改性沙砾试样中毛细水上升的减少归咎于水和表面上镀上一层沥青水泥的沙砾表面的接触角较小。这就降低了水在土壤的毛孔中上升的能力。提出的数据显示，利用废沙砾作为增强材料对通过增加水在试样中上升到一定高度所需要的时间来

22、降低毛细水上升有良好的效果。这是涉及,霜敏感的土壤在寒冷的气候条件下特别重要的应用。在这样的土壤中减少毛细水上升降低了水冻结的速率，因此减少了导致冻胀和解冻的冰透镜的形成。44 渗透率。渗透率是考虑利用沙砾材料加固路面的可行性评估的重要举措之一，沙砾不应该减少路基的渗透率因为这可能会增加它的霜易感。渗透性和沙砾含量(小尺寸)如图7(a)所示。需要指出的是,加入的沙砾大于15%,对透气性没有显著的影响。含有10%沙砾的试样的渗透率和沙砾大小之间的关系如图7(b)所示。结果表明，沙砾尺寸大小对透气性没有本质的影响。一般来说可以得出结论：沙砾含量（大于10%）来加强土的性能对渗透率没有不利的影响。相

23、比其他尺寸和没有实验的试样，在大尺寸鹅卵石中通透性有微不足道的减少，这是由于粗沙砾导致沙砾周围的水层距离增加。这依次导致渗透率有微小的减少。5、结论这篇文章简要介绍了使用CKD及RAS提高粉质地基土的性能的效益。增强后的稳定性将会使路面厚度更小一些并延长使用寿命。此外,毛细水上升的减少也会减少由于冻胀和解冻产生裂纹的可能性。这些揣测利益, ,除了环境和经济效益与之关联的在建设中利用这些废物和再生产产品, 在路基中这些废物的应用很吸引人,同时也支持可持续发展建设。本研究之具体发现如下：(1)、EAS和CKD材料被发现是有效提高路基性能的细粒。(2)、随着CKD材料含量的增加抗压强度提高，反之，C

24、KD对抗拉强度几乎没有影响，增加沙砾材料或同时提高抗拉强度和抗压强度。然而，相比于抗压强度，沙砾对抗拉和抗裂强度有着更为重要的积极的影响。(3)、结果表明，含10%经过4号筛(4.75mm)和保留在8号筛(2.36mm)的沙砾，就加州承载比、抗拉强度和抗压强度取得了最好的结果。含10%沙砾的试样的渗透性非常接近的未经处理的材料。(4)、大尺寸的沙砾增加了抗拉抗裂强度，而小尺寸的沙砾有利于抗压强度的增加，同时RAS材料对抗拉强度具有显著的正面影响,CKD同样对抗压强度有积极的影响。根据用途,，以上一种或者两种这样的材料可以被使用。(5)沙砾的加入减小了粉质土中毛细水的上升，将减少在霜易感的土壤中

25、冰透镜形成的可能性。谢词这个研究项目的资金通过发现奖助金由加拿大自然科学和工程研究委员会(NSERC) 提供。作者感谢这一组织的财政支持。参考文献1、加拿大沥青沙砾制造商协会, “沥青沙砾 有机或玻璃,”技术学20,2000，2、J. Surwillo, C. Grodinsky, and N. Plunkett,，“道路工程中再生沥青沙砾的应用” 最终报告,佛蒙特州自然资源机构, ,Montpelier VT,美国,2002年。3、ASMI, “增强回收的屋顶材料,” 技术。代表,第1 - 11页。20日至21日,雅典娜可持续材料研究所,Merrickville、加拿大),2007年 Ath

26、ena Roofing Study EN.pdf.4、w . Thaha控制和发展低强度的材料利用水泥窑灰尘,硕士论文,土木工程署、瑞尔盛大学、加拿大多伦多大学出版社,2005年。5、v . j .标志和g . Petermeier,“让我用沙砾铺筑你的道路,“HR-2079中期报告研究项目,爱荷华州交通部,爱荷华州艾姆斯,美国,1997年。6、F. Hooper and M. W. Allen,” 再生沥青沙砾”效应在土壤中的工程性质,” 中国土木工程学报,a . Aydilek会议和博览会”,国立台湾科技大学,中国Wartman,黄俊杰特殊出版,页码。岩土127页。137-149出版社,2

27、005年。7、S. Rajendran and J. A. Gambatese, “固体废物在沥青和钢筋混凝土道路中的生命周期,” 基础设施系统杂志,第13期,第2号,第1 - 11页。88-96,2007年。8、A. Ibrahim, S. Faisal, and N. Jamil, “利用玄武岩与沥青混凝土混合,” 建设和建筑材料,第23卷,别册。第1号,第1 - 11页。498-506,2009年。9、P. Kumar and S. P. Singh, 纤维增强粉煤灰基层在农村道路中的运用,” 交通运输工程学刊,(134期,第4号,第1 - 11页。171-180,2008年。10、L.

28、 Kraszekski and J. Emery, “水泥窑粉尘作为填料在沥青混合料中的利用,”研讨会研讨会/ CANMET ORF矿物填料、安大略研究基金会和加拿大矿产和能源技术中心,加拿大的多伦多,1981年。11、N. N. Khoury and M. M. Zaman, “环境对稳定胶凝材料作骨料耐久性的影响”土木工程学报,第ofMaterials。19日,第1号,223页,2007年。12、A. Ahmed,废旧轮胎在加强软粘土的颠簸道路上的利用，博士论文,土木工程学院,El-Mina大学,El-Minia,埃及,2004年。13、S. Arora and A. H. Aydilek, “F级fly-ash-amended土壤作为高速公路等基础材料,”土木工程学报,第17卷,第6号,第1 - 11页。640-649出版社,2005年。1