煤矸石用于路基填筑的路用性能探究

邊建民

（邯鄲市交通運輸局公路工程管理處，河北 邯鄲 056000）

隨著我國經濟發展，道路總里程在逐年增加，道路建筑材料的需求量不斷增加，使用土方和石料作為路基回填材料既浪費土地資源又破壞自然環境，為了減少資源浪費、實現可持續發展，現有不少學者研究將煤矸石作為路基填筑材料。

研究表明將煤矸石與石灰等混合后作為路基填料，具有承載能力高、水穩定性好等特點，且施工工藝簡單、造價低，在雨季可增強路基的抗水性。中國建設基礎設施有限公司程金生等對工程中用煤矸石填筑路基的可行性進行研究，明確了將煤矸石用于路基填筑的巨大效益。中國礦業大學劉春榮分析了煤矸石基本物理力學性質，探討了其在路基填筑中的應用，認為煤矸石是一種良好的筑路材料。遼寧工程技術大學周梅對阜新煤矸石綜合治理進行了調研，從原材料特性、技術可行性和成熟性、經濟性等幾個方面證明煤矸石是一種良好的路基材料。根據煤矸石的綜合利用現狀，本文從煤矸石的基本性能研究出發，對其基本物理性能、化學成分、擊實特性及承載特性進行室內試驗研究，確定不同P5含量對煤矸石混合料的影響，最終確定煤矸石填筑路基的可行性，為煤矸石填筑路基的推廣利用提供了參考依據。

一、煤矸石理化性能研究

（一）煤矸石基本理化性質

經過室內試驗，對煤矸石的自由膨脹率、壓碎值、燒失量及化學成分等進行分析，室內試驗結果如表1所示。

表1 不同地區煤矸石基本物理性能

根據試驗結果，峰峰礦區（黑色）和陶二礦區煤矸石的壓碎值較高，大于30%，其余煤矸石的各項基本性能均符合煤矸石用于路基填筑的技術要求；采用XRF試驗對煤矸石化學成分分析發現，煤矸石中SiO2、Al2O3和Fe2O3總含量均在70%以上，屬于堿性礦渣，均滿足路基填料的規范要求。

（二）煤矸石顆粒級配分析

根據規范《公路土工試驗規程（JTG 3430-2020）》中的T0115-1993進行篩分試驗，對邯鄲峰峰礦區、武安礦區、陶一和陶二礦區煤矸石顆粒級配進行分析，篩分試驗結果如圖1所示。

圖1 不同地區煤矸石級配曲線

通過對顆粒級配分析及對不均勻系數和曲率系數的計算結果可以看出，4個地區的煤矸石顆粒級配良好，峰峰礦區除紅色煤矸石曲率系數較大外，其他4種煤矸石級配均滿足技術要求。

二、煤矸石力學性能研究

本文選用陶一礦區煤矸石進行擊實試驗和承載比（CBR）試驗，分析確定陶一礦區煤矸石用于路基填料的可行性。

（一）擊實試驗

根據規范JTG E40-2007中的T0131-2019擊實試驗方法對陶一礦區煤矸石進行擊實試驗，選用重型Ⅱ-2進行試驗，擊實結果如圖2所示，根據二次擬合曲線結果可知，煤矸石最佳含水量為3.8%，最大干密度為2.216g/cm3。

圖2 陶一礦區煤矸石擊實曲線

（二）承載比(CBR)試驗

根據規范JTG E40-2007中的T0134-2019試驗方法進行承載比試驗，確定陶一礦區煤矸石承載特性是否滿足路基填筑技術標準。經承載比(CBR)試驗得出，陶一礦區煤矸石承載比為35.6%，浸水膨脹率為5.2g/cm3，吸水率為107%，滿足路基設計規范中對路堤填料最小承載比的技術要求。

三、細集料含量對煤矸石力學性能的影響

為研究不同細集料摻量對煤矸石混合料填筑路基性能的影響，設計了P5摻量為10%、20%、30%、40%、50%的煤矸石進行室內試驗研究，通過擊實試驗和承載比試驗確定對整體性能的影響。

（一）擊實特性

對不同P5含量煤矸石混合料進行擊實試驗，確定不同P5含量煤矸石的最佳含水量與最大干密度，分析P5含量與兩者之間的關系，擊實試驗結果如表2所示。

表2 不同P5含量煤矸石擊實結果

根據擊實試驗結果，隨著P5含量的增加，煤矸石混合料的最佳含水量逐漸增大，最大干密度為先增大后減小，在P5含量為30%左右時達到最大值，此時的最佳含水量為4.2%，最大干密度為2.228g/cm3。

（二）承載特性

根據擊實試驗結果，按照93%的壓實度壓式成型，每層擊實98次，分三層擊實，對不同P5含量的煤矸石混合料進行承載比（CBR）試驗，試驗結果如圖3所示。

圖3 不同P5摻量承載比試驗變化趨勢

根據承載比試驗結果，不同P5含量的煤矸石混合料承載比均滿足路基規范中對路基填料最小承載比的技術要求，但根據變化趨勢可知，隨著P5含量的增大，煤矸石混合料的承載比呈現先減小后增大的變化趨勢，分析原因可能是由煤矸石混合料的內聚力不斷增加，內摩擦力逐漸減小導致的。由此可以得出，煤矸石混合料隨著P5含量的增加，其承載能力先減小后增大。

四、結語

從室內試驗研究來看，煤矸石混合料的基本性能可滿足作為路基填料使用的要求，并且其承載能力較高，能夠達到高等級公路的技術要求；根據不同P5含量煤矸石的擊實試驗結果，隨著P5含量的增加，其最佳含水量逐漸增大，最大干密度先增大后減??；承載比試驗結果顯示，隨著P5含量增加，承載比先減小后增大，在20%～30%時承載比最小，但是其膨脹率較低，故P5含量在50%左右時其性能較為優異。