拜耳法赤泥填筑路基的工程技术分析

拜耳法赤泥填筑路基的工程技术分析
【摘要】工业生产废渣的再利用是减小资源压力、节约工程成本、加速可持续发展社会建设的重要措施与方法。

拜耳法赤泥是工业制取氧化铝所产生的残渣废料，其经化学处理后的物理力学特性对于高速公路路基而言具有良好的适用性，但实际应用中亦会对环境产生影响。

故在此背景下对拜耳法赤泥填筑路基的工程技术进行分析，寻找其在实际应用与环境保护两者间的最优解，所得经验与结论为路基工程提供参考。

【关键词】拜耳法赤泥；路基；工程技术
引言
金属铝是社会生产和日常生活中的必需品。

近几十年来，随着我国工业制造的发展，人民生活水平的提高，对铝制品的需求也愈发增大。

但目前工业铝的生产过程中，往往伴随着及大量拜耳法赤泥的产生。

已有资料显示，我国拜耳法赤泥年排放量超过8000万吨，其处理方法一般为干式堆放，不仅占用大量的土地资源，而且因其自身特性也会对环境造成不良影响。

拜耳法赤泥是高速公路路基填筑的理想材料，经化学处理将其中有害金属离子加以抑制后，不但具有良好的承载性能，且可将其对环境的影响降到最低，满足路基填筑材料的技术要求。

本工程技术的应用可以实现拜耳法赤泥的资源化利用，减少土地浪费，节约经济成本，加速可持续发展社会和环境友好型社会的建设。

1.拜耳法赤泥的工程特性
赤泥可因碱性冶铝生产工艺的差别，分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥三种。

其中拜耳法赤泥作为强碱溶液析出铝元素后的浆状废渣，其主要成份为氧化铁、氧化铝、二氧化硅、氧化钙、铝酸钠等，此外还包含微量的有色金。

而上述元素总中又以氧化铁和氧化铝的占比最大，二者总占比可达到总质量的50%以上，故拜耳法赤泥一般呈现出赤色或褐色。

拜耳法赤泥中颗粒的粒径较小，超90%的粒径介于1.0~10.0μm之间，具有由聚凝体、集粒体和团聚体三级结构构成的胶结孔架状结构，这也使得其一般多具有较大的比表面积。

同时拜耳法赤泥中富含携带电荷的矿物成份，比重一般在3.0上下，具有较强亲水性，颗粒结合水膜的厚度较大，堆场库存中的拜耳法赤泥天然含水率可达35%以上。

已有资料结果显示：常见的拜耳法赤泥压缩系数介于0.1~0.3MPa-1之间，具有中等压缩性，其液限大于50%，塑限值小于17，强度较低、水稳定性差，工程特性与高液粉质黏土相似，作为路基填充材料是需进行化学处理。

2.拜耳法赤泥处理方法
碱性冶铝工艺中产生的原始拜耳法赤泥因其较低的强度和浸水崩解的特性无法直接用于实际工程中，需对其进行必要的化学处理。

一般采用的方法掺加一定比例的复合改性材料，使其物理力学性能得到改善。

常见的复合材料由水泥、磷石膏、石灰粉和高分子材料等组成，掺加量可在拜耳法赤泥质量的6%~8%之间适当调整。

经处理后拜耳法赤泥的pH值降低，有效抑制了金属离子的浸出，避免对地下水、地表水及土壤造成污染。

同时经整体压实后，拜耳法赤泥会在颗粒间内摩阻力、分子间引力等的作用下获得一定初期强；复合改性材料中的水泥因水化反应使其强度持续增加；矿渣的存在提高了赤泥的水稳定性；高分子固化剂又通过吸附固化作用使赤泥中有害金属离子得到稳固，使得拜耳法赤泥的强度、稳定性等满足路基填筑材料要求，可应用于实际工程。

3.工艺流程与技术要点
经处理后的拜耳法赤泥路基填筑时，可采用路拌法进行施工。

其工艺流程一般为：首先将拜耳法赤泥直接运输到工程施工现场，随后将其摊铺在需要填筑的路基上，监测其实时含水率，在满足拌合条件下按照设计好的复合改性材料掺配比进行布料，随后用路拌机就地拌合，压路机碾压，最后进行必要的养护处理和检查验收。

拜耳法赤泥路基填筑工程中应注意以下技术要点：
1.
原材料。

实际施工前，需对拜耳法赤泥的液塑限、无侧限抗压强度、CBR值、含水率等物理力学性质进行样品试验测定，以配合后续复合改性材料的掺配。

值得注意的是，因铝矿石成份或冶铝工艺差异，可导致拜耳法赤泥成份变化，故每批进场的赤泥均需进行必要试验测得其参数指标，不可经验施工。

2.
最优含水率。

经处理后的拜耳法赤泥填筑中，应严格控制其含水率，一般以介于2%~3%之间为最宜。

当含水率小于2%时候，应进行适当洒水；当含水率大于3%时，可释放翻挖晾晒。

3.
分层填筑厚度。

为保证复合改性处理后拜耳法赤泥的拌合均匀与压实质量，应分层进行赤泥填筑，并严格控制分层厚度。

一般工程中压实分层厚度可取25~30cm，松铺厚度可取30~35cm，应主要需确保分层厚度的均匀和表面平整。

4.
拌合整形。

拌合工作中，应保证相邻拌合段的纵向重叠区域不小于5m，横向重叠区域不小于30cm，拌合遍数不得小于两遍。

首次拌合中为避免复合改性材料的下沉，不宜翻拌到底；需在后续的拌合中翻拌到底，必要时可深入上一层中
2~3cm左右。

值得注意的是，应保证赤泥的拌合均匀和表面色泽一致，随后立即进行赤泥的初步整形，将低洼处表层5cm以上的赤泥耙松，重新找平，每次整平均需达到拟定的坡度。

5.
碾压。

处理后拜耳法赤泥的碾平工作应从路基两侧向中心逐步进行，需先静压一遍，弱振一遍，随后强振4~5遍，最后再进行静压一遍，保证碾压效果。

6.
碾压与检测。

处理后的拜耳法赤泥一般需养护3~4天，且应在碾压工作完成后立即进行，采用毛毡覆盖完全进行洒水，养护期间严格限制赤泥路基上的重物
堆放或交通行驶。

待养护工作完成后，进行弯沉和模量的检测验收，满足设计要求后，可以开展路面工程的施工。

4.质量评价指标
经化学处理后的拜耳法赤泥，其质量测评的常用方法为承载板回弹模量测试和贝克曼梁弯沉测试。

二者均可准确反映赤泥填筑路基的模量和变形特性。

一般工程中舱采用的方法为承载板回弹模量测试法，需在现场开展定点试验，需承载板、便携式与落锤式弯沉仪等材料，对施工完成的拜耳法赤泥路基进行静态、动态回弹模型和动态弯沉间的测试，以分析其力学性能是否达到设计要求。

5.环境保护措施
在改性拜耳法赤泥路基的长期使用中，降水会通过路基侧面渗入路基赤泥内，形成污染物排除，对路基周围地表水、地下水和土壤造成一定污染，同时降水也会对路基结构造成影响与破坏。

实际工程中，可采取将拜耳法赤泥上部路床部位进行隔离封包处理。

此方法应用掺量为8%~10%的石灰土，将赤泥外两侧80cm范围内进行封包压实，在赤泥两侧形成隔离带。

应该注意的是，本方法中封包土应与处理后的拜耳法赤泥同时进行摊铺与稳压操作，随后进行石灰土的掺杂与拌合，最后两者同时进行压实。

为进一步减小降水渗入赤泥路基中造成的环境污染，可在设计封包隔离带的基础上增加雨水收集器。

收集器布置时可将上部集水盒埋置于上部路床，盒顶高度与赤泥路床顶面高度一致；下部接水盒埋置在下部路床，盒顶高度与赤泥路床下底面高度一致。

最大限度减少渗入赤泥路基中的雨水，最大程度实现环境保护。

6.结语
经复合改性材料化学处理后的拜耳法赤泥，是公路路基填筑的理想材料，具有良好的承载能力、压缩性和稳定性，同时又可将有毒金属离子污染降至最低，在良好适用工程的前提下，满足环境要求。

拜耳法赤泥路基的实践应用，解决了赤泥传统堆放处理造成的土地资源浪费和经济效益低下等问题，创新了工业废料
处理再利用的方法，极大程度上推动和冶铝行业、土木工程行业的发展可持续发展型社会的建设。

参考文献
[1]杨伟刚,孙兆云,李玉鑫,马士杰,庞世华.改良赤泥固化材料的路用力学特性分析[J].交通科技与经济,2020,22(01):65-68+74.
[2]李卓智. 道路工程应用拜耳法赤泥的路用性能与强度机理研究[D].山东大学,2018.
[3]李辰. 拜耳法赤泥应用于路基填筑基本性能与工程应用研究[D].山东建筑大学,2018.
[4]孙兆云. 拜耳法赤泥填筑路基的工程技术与环境影响研究[D].山东大学,2017.。