一种污泥气化渣作为集料的水稳基层及其制备方法

本发明属于固废利用，具体涉及一种污泥气化渣作为集料的水稳基层及其制备方法。

背景技术：

1、在经济全球化飞速发展的时代，城市污水处理中排放的污泥量日益增加，一直是固废处理中的重点和难点。我国每年都会产生大量的污泥并且污泥中含有重金属、病原微生物、寄生虫卵等，处理不当会对环境及人体健康产生危害；如不及时处理，也会对环境产生严重的二次污染。目前污泥经过减量化、稳定化、无害化处理后作为资源利用已经成为主流。城市污泥常规处理方法通常是热解气化技术，污泥在经过热解气化的炉渣具备了一定的强度，同时也具有钙、硅、铝等矿物质并且能够参与水化反应。在碱性环境中可与水泥水化产生的氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙等，使微观结构更加致密，从而提高一定的强度。

2、为了实现交通强国目标，我国按照《国家公路网规划(2013年-2030年)》的要求不断进行公路工程建设，尤其近5年来，我国公路总里程数、高速公路总里程数以及普通国道总里程数均不断增长，取得了相应的成果，并且在未来10年，我国仍将进行大规模的公路建设。公路建设过程中路面基层是重要的承载结构层，水泥稳定碎石是最为广泛的半刚性路面基层材料。水泥稳定基层(水稳基层)材料95％以上是砂石集料，一般采用碎石、河砂等优质集料，因此道路基层在施工过程中，需消耗大量砂石集料。因此，若能找到砂石集料的替代物用于路面基层建设，对于缓解砂石供应不足，减少优质天然资源的开采，消纳工业废弃物，实现资源的循环利用具有重要意义。

3、将污泥气化渣应用于水稳基层，探索污泥气化渣在建材利用资源化方面的有益途径，可实现污泥气化渣在建筑材料领域的资源化利用，缓解当前传统天然材料供应紧缺的局面，提升污泥气化渣固废消纳能力，具备良好的经济效益和社会效益。

技术实现思路

1、本发明为解决缓解当前传统天然材料供应紧缺的上述技术问题，提供一种污泥气化渣作为集料的水稳基层及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种污泥气化渣作为集料的水稳基层，包括采用以下二种原料配比的任意一种：(1)、细集料替代：污泥气化渣：40％-50％wt，碎石：50％-60％wt，水泥：4％-6％wt；(2)、粗集料部分替代：污泥气化渣：22％-26％wt，碎石：38％-44％wt，河砂：30％-40％wt，水泥：4％-6％wt。

3、进一步的，细集料替代中，碎石包括以下三档粒径：4.75～9.5mm；9.5～19mm；19～26.5mm，污泥气化渣粒径小于4.75mm。

4、进一步的，粗集料部分替代中，碎石粒径包括9.5～19mm和19～26.5mm，污泥气化渣粒径为4.75～9.5mm，河砂粒径小于4.75mm。

5、进一步的，污泥气化渣主要化学成分为sio2、al2o3、cao，水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥。

6、一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，包括以下步骤：

7、s1、将碎石、污泥气化渣、水泥混合后进行击实试验，测得其最优含水率及最大干密度；

8、s2、根据最佳含水率及最大干密度计算各种原料用量；

9、s3、：按照所需用量称取步骤s1中的原料，将碎石、河砂、污泥气化渣进行混合闷料，后与水泥充分搅拌，混合均匀，最终得到污泥气化渣水稳基层混合料；

10、s4、将步骤s3中的混合料置于压力机中进行静压成型；

11、s5、将步骤s4中成型的试样置于标准养护箱中养护至目标龄期，脱模得到污泥气化渣水稳基层试块；

12、s6、将养护至龄期的试块进行无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、弯拉强度试验、回弹模量试验和疲劳试验。

13、进一步的，步骤s1中碎石、污泥气化渣、水泥拌合好的混合料分五次放入击实桶中，每一次分层进行二十七次击实；并用脱模器将击实试件取出。

14、进一步的，步骤s2中计算过程中压实度k取98％；

15、进一步的，步骤s3中先加入最佳含水率所需水量的98％-99％进行闷料，在开始成型之前在湿润的混合料里加入水泥和剩余的水。

16、进一步的，步骤s4中压力机加载速率为1mm/min；步骤s5试块在养护至龄期的最后一天放置水中进行水养

17、进一步的，步骤s6中在无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验中，所成型的试件为圆柱形，所使用的mts压力机设置的加载速率为1mm/min；

18、步骤s6中在弯拉强度试验中，所成型的试件为梁形，所使用的mts压力机设置的加载速率为50mm/min；

19、步骤s6中在回弹模量试验中，包括抗压回弹模量试验、劈裂回弹模量试验和弯拉回弹模量试验，所使用的mts压力机设置的加载速率为1mm/min；其中，抗压回弹模量试验和劈裂回弹模量所成型的试件为圆柱形，弯拉回弹模量试验所成型的试件为梁形；

20、步骤s6中在疲劳试验中，所成型的试件为梁形，所采用的应力比为4-6个。

21、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用污泥气化渣颗粒作为水稳层集料，替代部分天然集料，不仅可以减少天然集料的使用，并且污泥气化渣具有一定的强度和硬度，能够提高水稳基层的强度和耐久性。

22、本发明具有以下优点：本发明使用处理后的污泥气化渣颗粒作为水稳层集料，不仅材料获取方便，制备工艺简单，而且有助于节约自然资源，并减少对天然骨料的需求。

技术特征：

1.一种污泥气化渣作为集料的水稳基层，其特征在于：包括采用以下二种原料配比的任意一种：（1）、细集料替代：污泥气化渣：40%-50%wt，碎石：50%-60%wt，水泥：4%-6%wt；（2）、粗集料部分替代：污泥气化渣：22%-26%wt，碎石：38%-44%wt，河砂：30%-40%wt，水泥：4%-6%wt。

2.根据权利要求1所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层，其特征在于：细集料替代中，碎石包括以下三档粒径：4.75～9.5 mm；9.5～19 mm；19～26.5 mm，污泥气化渣粒径小于4.75 mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层，其特征在于：粗集料部分替代中，碎石粒径包括9.5～19 mm和19～26.5 mm，污泥气化渣粒径为4.75～9.5mm，河砂粒径小于4.75 mm。

4.根据权利要求1所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层，其特征在于：污泥气化渣主要化学成分为sio2、al2o3、cao，水泥为强度等级42 .5的硅酸盐水泥。

5.采用如权利要求1-4所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，其特征在于：步骤s1中碎石、污泥气化渣、水泥拌合好的混合料分五次放入击实桶中，每一次分层进行二十七次击实；并用脱模器将击实试件取出。

7.根据权利要求5所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，其特征在于：步骤s2中计算过程中压实度k取98%。

8.根据权利要求5所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，其特征在于：步骤s3中先加入最佳含水率所需水量的98%-99%进行闷料，在开始成型之前在湿润的混合料里加入水泥和剩余的水。

9.根据权利要求5所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，其特征在于：步骤s4中压力机加载速率为1mm/min；步骤s5试块在养护至龄期的最后一天放置水中进行水养。

10.根据权利要求5所述的一种污泥气化渣作为集料的水稳基层制备方法，其特征在于：步骤s6中在无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验中，所成型的试件为圆柱形，所使用的mts压力机设置的加载速率为1mm/min；

技术总结本发明公开了一种污泥气化渣作为集料的水稳基层及其制备方法。属于固废利用的技术领域。包括采用以下2种设计方法的任意一种：（1）、细集料替代：污泥气化渣（4.75mm以下）：40%‑50%wt，碎石：50%‑60%wt，水泥：4%‑6%wt；（2）、粗集料部分替代：污泥气化渣（4.75～9.5 mm）：22%‑26%wt，碎石：38%‑44%wt，河砂：30%‑40%wt，水泥：4%‑6%wt。本发明通过采用污泥气化渣替代部分集料，既可实现污泥气化渣的综合利用，变废为宝；又可以节约传统天然材料的消耗量，缓解天然材料供应不足现象。在应用于水稳基层时，不仅可以满足其设计强度并具备良好的耐久性，同时还具备良好的经济效益和社会效益。技术研发人员：马军涛,王晓琦,赵顺波,李志勇,李娇,陈贡联,王秀珍,张凯受保护的技术使用者：华北水利水电大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29