使用工厂废弃物带状疱疹和水泥窑粉尘增强土壤用于道路工程的性能

文摘

实验工作进行了研究使用工厂废弃物屋顶瓦提高细粒度的土壤用于道路工程的属性。水泥窑粉尘(CKD) cogenerated硅酸盐水泥制造的产物,被用作稳定剂处理过的带状疱疹是提高土壤抗拉强度。带状疱疹的影响强度和稳定性进行了评估采用无侧限抗压强度,劈裂抗拉强度、和加州承载比(CBR)试验。结果表明,单独使用CKD导致相当大的无侧限抗压强度增加,但有一个小对拉伸强度的影响。带状疱疹的加入大大提高固化土的抗拉强度。显著降低毛细上升和轻微下降,渗透了因瓦。10%的最优瓦内容建议稳定土壤。

1。介绍

广泛的研究已经完成在过去二十年来保护环境。建筑废料的使用应用程序有许多环境效益包括成本节约的处置和潜在的可回收性。这种废料的例子包括工厂废弃物屋顶瓦和水泥窑粉尘(CKD)。屋顶带状疱疹主要是由沥青粘结剂,坚硬的岩石颗粒/填料和纤维。有两种类型的带状疱疹:有机玻璃。有机带状疱疹是木制的厚厚的毛毯和其他纤维素纤维。带状疱疹是由非织造布垫子上的玻璃纤维,制成了一个水不溶性粘合剂。有机带状疱疹,这是最常用的沥青瓦在加拿大,含有更多的沥青和适用于寒冷的天气而玻璃瓦更耐热(1]。水泥窑粉尘是一种cogenerated硅酸盐水泥制造的产物。超过六百万吨postconsumer屋面瓦,约一百万吨preconsumer生成每年在美国(2]。125万年废沥青和沥青浸润毡带状疱疹是来自加拿大的住宅脱离开来(reroofing)带状疱疹,新建筑废料,及相关organic-felt废数量(3]。大部分的废物带状疱疹通常沉积在垃圾填埋场,创建一个巨大的处置问题,垃圾填埋空间的逐渐丧失。另一方面,大约1290万公吨的CKD,不适合回收,每年disposed-off水泥制造企业在加拿大4]。

这个行业已经使用带状疱疹在道路建设应用中作为带状疱疹积累问题的解决方案。之前他们在施工、使用浪费带状疱疹经过研磨和筛选到合适的大小,形成再生沥青瓦(RAS)。不同的稳定方法被用来提高公路建设的岩土材料的性能。一般来说,作结构弱紧张。因此,当这种方法介绍加固系统,另一种物质通常是添加到抵抗张力。在路面结构中,因为路面层承受反复拉伸应力由于交通负荷,分裂的抗拉强度是一个重要的属性在这些应用程序。

探讨使用CKD的可行性作为稳定剂和工厂废弃物沥青瓦提高细粒土壤的属性构成的柔性路面路基或底基层的好分数。简要描述的先前的研究是第一次提出,其次是在这项研究中使用的材料和方法。实验室的实验结果,包括抗压和分裂拉伸优势、CBR、毛细上升,和渗透率,然后提交。

2。先前的研究

带状疱疹的使用道路建设集中在两个领域:沥青路面层和路基。对于沥青混凝土应用程序,大多数以前的研究报道,RAS在热拌沥青的使用减少了所需的维珍沥青除了节省瓦处理的成本。也有一些研究调查了使用RAS的钢筋来提高道路材料的性能(5,6]。Hooper和艾伦6RAS)开发了一种复合材料组成的10%,30%回收沥青路面(RAP),和60%的砾石。新的复合材料被压缩在一系列市政道路和喷洒氯化钙溶液。在两年的时间,研究报道,瓦混合抵抗车辙和侵蚀和维护要求低于传统gravel-control部分。

Rajendran和Gambatese7)研究了不同比例的使用的聚乙烯来源于废弃回收塑料袋收集从国内浪费作为添加剂在沥青混凝土路面。结果表明,改性沥青的性能比传统的混合。添加5%的沥青再生聚乙烯按重量是推荐的。易卜拉欣et al。8]研究了沥青混凝土的性能与不同的组合混合石灰岩、玄武岩骨料。沥青混凝土组合包括玄武岩粗骨料、石灰石细骨料,熟石灰和矿物填料,1%被发现的最优组合。Kumar和辛格9]研究了粉煤灰钢筋与纤维的使用在农村公路底基层材料使用静态和动态负载测试和semifield测试。结果表明,粉煤灰和聚丙烯纤维增强的使用合适的作为底基层材料在农村道路建设。

CKD等被用于应用在沥青混凝土混合矿物填料。在日本,CKD被用来提高沥青混凝土路面的车辙阻力通过吸收多余的沥青粘结剂的轻组分10]。另一项研究由Thaha [4]研究了四种不同类型的CKD波特兰水泥的替代控制摘要素发展的材料。结果表明,可接受的属性可以开发使用不同百分比的CKD [4]。环境影响总量稳定的耐久性与慢性肾病和其他同时代的材料评估(11]。通常添加少量的胶结材料颗粒材料的强度增加,这改进增加当纤维包括在内。

对于路基的应用程序,一些研究人员调查未胶结的机械和物理性能和巩固了细粒度的岩土材料强化了不同类型的材料,如纤维、碎轮胎,塑料垃圾和土工格栅元素(12- - - - - -19]。Hooper和艾伦6]研究了添加RAS的机械和物理效应的土壤。作者使用25.4毫米RAS按体积在不同比例添加到碎石作为基础或底基层材料。RAS材料添加到不同的土壤类型,代表了路基层。结果表明,添加RAS的强度影响CBR值表示的混合物。改善依赖于类型的土壤和RAS材料的百分比。总的来说,结果表明,添加对弱的RAS塑料材料(如粘土)提高了强度,而强大的物质(如沙子和砾石)添加RAS削弱他们的力量。

的使用与水泥污水污泥灰火化作为稳定剂来提高软土路基的强度被陈和林调查(20.]。五种不同比例的混合添加剂与软路基土壤混合。结果表明,建议的混合物有可能提高软土路基的性能。一些样品的CBR值处理这种混合和未经处理的样品相比增加了30倍。

3所示。材料和方法

在这项研究中使用的稳定剂是CKD和RAS,波特兰水泥和屋顶瓦co-generated产品的制造,分别。材料被用来稳定和提高细粒度的土壤的性质。分数通过筛没有使用的土壤。8(2.36毫米)的天然砂砾材料作为底基层(粒状B)在安大略省。测试土壤的粒度分布呈现在图1。这个分数也代表了粉砂地基土分为分选差的土壤(SP)根据统一的土壤分类系统。土壤的物理和机械性能测试如表所示1。众所周知,CKD的属性从一个源大大改变到另一个依赖于物理,化学,和相组成。出于这个原因,三个不同的CKD类型,贴上CKD1, CKD2,和CKD3用于这项研究代表可用CKD属性的范围在北美。三种CKD的化学成分如表所示2。CKD内容进行调查的五个层次,即2.5%,5%,10%,15%,20%的土壤的质量。

再生沥青瓦(RAS-Glass类型)用于这项研究是一个加工副产品造成瓦制造商在安大略省,加拿大。处理过的木瓦材料渗和分数传递或使用9.5 mm筛。使用瓦的粒度分布呈现在图1也包括最优分类的百分比总和CKD, RAS和土壤。RAS的大小和内容作为土壤质量的百分比进行调查评估其对土壤性质的影响和使用带状疱疹的可行性在公路建设作为增强材料。四个不同的瓦内容,即5%,10%,15%,20%,土壤质量进行了调查。对于每个瓦级别,三个不同的大小进行了测试:大(传递或9.5 mm筛筛没有保留。4、中(通过筛。4和筛没有保留。8)、小(通过筛。8)。CKD和带状疱疹对土壤特性的影响进行了评估,最初,使用无侧限抗压强度和分裂拉伸测试。所有测试在最优含水率和最干燥的单位重量。测试样本如表所示3。圆柱样品直径50毫米和100毫米高度。测试土壤和CKD干混合然后带状疱疹是添加到混合物中。之后,混合最优含水量增加,持续3分钟。样品被放置在模具和压实静态使用液压千斤顶。每个汽缸包含同样体积的材料,所有测试样品的密度是一样的。是注意在样品制备和提取生产同质样本。三个标本用于每个测试和所使用的平均结果。所有的测试后样品进行了三天的固化在室温(22 C)和70%的相对湿度。后评估带状疱疹和CKD对土壤强度的影响,加州承载比(CBR)试验(浸泡和unsoaked)进行样品只包含拉瓦的影响大小和评估内容在改良土壤的稳定性。

瓦的影响大小和内容上的毛细上升了评估的影响土壤的霜易感性上使用带状疱疹。众所周知,土壤毛细上升被列为高霜敏感,因为他们提供冷冻水形成冰的镜头前面。因此,水的毛细上升速度追究和样品不同的鹅卵石大小和内容,和10%的慢性肾病。此外,一个控制样本10% CKD和没有研究带状疱疹。毛细上升测试中使用的样品是相同的维度和暴露于相同的养护制度样本用于强度测试。完成固化过程之后,所有样本被放置在一个容器的塑料网的厚度5毫米,被用作对标本的支持。容器是装满水,然后水位1到3毫米以上的标本(塑料网)也支持底部的标本。水通过标本记录视觉上的崛起,直到水达到顶端的标本。瓦的影响大小和含量对固化土的渗透性是评价。因为材料的比例通过筛没有。 200 (0.075 mm) was less than 10%, the hydraulic conductivity was tested using the Constant Head Method (ASTM D 2434).

4所示。结果和分析

4.1。抗压和分裂拉伸优势

评估不同类型的CKD的有效性提高土的强度,抗压和分割测试进行了土壤稳定使用10%的慢性肾病。这个值被选在这个初步调查作为一个温和的水平,可以区分不同类型的CKD之间的功效。结果如图所示2(一个)。如上所述,CKD1产生最好的结果,其次是CKD2和CKD3。自CKD的功效在稳定土壤与它的化学、物理、矿物成分,没有尝试解释半散装的不同行为完全基于可用的氧化物成分表中列出2。结果表明,CKD稳定疲软的紧张相比,压缩。研究结果显示,慢性肾病可以用作硅酸盐水泥稳定土的代用材料。这些结果与其他研究工作是一致的,CKD材料用作替代硅酸盐水泥发展的可控低强度材料(4]。在实验项目的其余部分,CKD2作为它被认为代表可用CKD的平均质量。抗压和分裂为不同的样品由不同级别的抗拉强度CKD2图所示2 (b)。很明显,抗压强度增加而增加CKD的内容。相反,CKD的增加内容并没有导致抗拉强度明显增加。应该注意的是,自调查土壤砂性,其抗压和抗拉强度在0% CKD被认为是零。

结果呈现在图2展示另一种物质的需要,除了CKD,提高固化土的拉伸性能。并不少见介绍纤维增强其抗拉强度的土壤。因此,在这项研究中,沥青瓦(RAS)被用来作为另一种材料加固纤维增加土壤的抗拉应力。它是合理的假设的混合土壤细粒度,CKD,瓦是各向同性的应力-应变特性。正如前面提到的,三个不同大小和四个内容,带状疱疹是用来使用的可行性研究带状疱疹增强土壤的抗拉强度。CKD2内容的10%被用于所有的测试样品。选择10%的CKD能看看添加RAS会额外提高固化土的抗压强度。是觉得获得的相对较高的抗压强度与CKD水平大于10%可以掩盖或压倒任何改善,RAS可能在抗压强度。覆瓦状抗压和抗拉强度的影响如图所示3(一个)。注意,只有中等大小带状疱疹。可以看出,所有瓦水平增加抗拉和抗压强度相比没有带状疱疹的样品。为了更好的说明,改进百分比之间的关系,没有单身的样品相比,和瓦内容如图所示3 (b)。很明显,增加瓦内容增加了分裂的力量,在最优改进抗压强度10%发生在瓦内容。

带状疱疹的方向与原则的方向应变强化行动是一个主要因素。获得最好的改善带状疱疹,特别是那些可以作为长纤维、面向的方向拉伸压力原则。更少的影响发生在纤维取向的方向零应变(12,21]。因此,很明显,一个新的复合材料的性能取决于瓦元素的数量的有利方向的拉伸压力。结果,增加瓦元素的数量会导致更大的概率面向大量带状疱疹的原则的方向拉伸应变,并提供一个加强行动。因此,一个更好的改善分裂抗拉强度预计当瓦元素的数量比较大。这是本研究的样本调查。

图4显示了瓦大小对强度的影响。如上所述,随着瓦大小减少,抗压强度增加,而分裂的抗拉强度降低。这些结果的可信的解释是,增加带状疱疹的大小提供了一个更大的机会瓦作为钢筋,减少裂纹的萌生和扩展。在抗压强度的情况下,获得了最佳的性能与小的鹅卵石大小自从新复合材料表现为均匀和各向同性材料由于土壤颗粒之间的大小差异小,小瓦的元素。

4.2。加州承载比

CBR试验对样品有或没有带状疱疹评估带状疱疹对土壤稳定性的影响。所有样品都没有CKD准备。图5(一个)显示了CBR值之间的关系和小瓦瓦内容大小。如上所述,加瓦,高达10%,增加了CBR相比,相同的样品没有带状疱疹。CBR在10%瓦的平均增加2.4和2.2倍初始值没有带状疱疹的浸泡和unsoaked条件,分别。的增加稳定的固化土瓦高达10%的内容可以归因于带状疱疹的约束力。在水平超过10%,稳定性下降可能是由于减少的抗剪强度soil-shingle矩阵由于瓦含量高。由于沥青涂料,瓦粒子不开发高摩擦与土壤颗粒,这些导致稳定性降低。图5 (b)显示了瓦大小之间的关系和CBR样品含有10%带状疱疹。可以看出,规模较小导致更大的改进在浸泡和CBR unsoaked条件。看来,同样的瓦内容,尺寸越小,大的瓦数的元素。这些元素均匀分布在土壤样品和提供更好的土壤颗粒的绑定。另一方面,大尺寸元素可以作为滑移表面导致CBR较低。

4.3。毛细上升

冻胀是一个重要的措施,需要考虑当评估土壤为道路施工。土壤的稳定性对公路、铁路、机场、建筑、地下存储和管道设施在寒冷地区严重依赖于霜易感性(22]。冻胀的结果主要来自土壤中离析冰晶体的形成,其次在冷冻水的体积膨胀。水的来源是最重要的条件是导致冻胀将浮力导致裂缝的形式在人行道上。在这项研究中,毛细上升是由水的时间达到一定的高度,在样本或水的高度在一段时间之后。时间越长或高度越小,毛细上升越低。图6(一)显示了毛细上升高度与时间以秒为单位包含10% CKD和不同层次的土壤中带状疱疹。图6 (b)显示了不同大小的样品的毛细上升以恒定的瓦瓦和CKD内容的10%。

从这些结果很明显的带状疱疹显著降低固化土的毛细上升。所需的时间样本内的水达到一定的高度,增加瓦内容增加。很明显从图5没有实质性区别毛细上升的值在第一样品高度的20%。之后,然而,成为重要的区别。瓦的尺寸没有多大影响毛细上升,如图6 (b)。降低毛细上升与带状疱疹是由于样品修改小接触角之间的水和带状疱疹的表面涂上沥青水泥。这样可以减少水的能力土壤的孔隙。提供的数据表明,使用浪费瓦作为增强材料有很好的影响降低毛细上升通过增加水所需的时间内达到一定的高度,样本。这是特别重要的在寒冷气候应用程序涉及土壤霜冻敏感。降低毛细上升在这种土壤减少达到的水冻结的速度面前,因此减少了冰晶体的形成,导致冻胀和春天分手。

4.4。磁导率

渗透率是评价的一个重要措施使用带状疱疹稳定路基材料的可行性。带状疱疹不应该减少路基的渗透率,因为这可能会增加其霜易感性。渗透率之间的关系和瓦内容(小尺寸)如图7(一)。如上所述,带状疱疹,特别是高达15%,对磁导率没有明显的影响。

渗透率和鹅卵石大小之间的关系如图7 (b)样本有10%瓦内容。结果表明,瓦对渗透率大小没有显著影响。一般来说,可以得出结论,瓦的内容,增强了土壤属性(10%)没有对渗透率产生不利影响。观察一个无关紧要的渗透率下降的大瓦大小相比其他大小和未经处理的样品。这是由于这样的事实,更大的带状疱疹导致增加路径周围的水元素(带状疱疹)。这反过来导致渗透率降低。

5。结论

本文展示了使用CKD的好处和RAS增强粉路基土的性能。增强的稳定性会导致路面厚度较小的或更长使用寿命。此外,降低毛细上升将减少开裂的可能性造成冻胀或春天分手。这些绩效的好处,除了环境和经济效益与这些废物的利用率和co-generated产品建设,使这些废弃物在路基的使用应用程序非常有吸引力和支持可持续发展建设。本研究的具体研究结果如下。

(1)RAS和CKD材料被发现可有效提高细粒路基的性能。(2)提高CKD的抗压强度增加的内容。相反,CKD没有分裂抗拉强度的影响。添加带状疱疹增加抗压和分裂的优势。然而,带状疱疹有更重要的积极影响分裂抗拉强度与抗压强度。(3)结果表明,用10%瓦内容通过筛。4(4.75毫米)和筛没有保留。8(2.36毫米)导致最好的结果的CBR(稳定),抗拉强度和抗压强度。样品含有10%的渗透率带状疱疹是非常接近的未经处理的材料。(4)大瓦大小增加了分裂的抗拉强度,而小瓦大小有更好的抗压强度的影响。在RAS抗拉强度有显著的积极影响,CKD抗压强度相同的积极影响。这取决于应用程序,一个或两个co-generated产品可以使用。(5)带状疱疹的加入降低了sility土中毛细上升会降低冰透镜形成的可能性frost-susceptible土壤。

承认

资助的研究项目提供了通过一个发现格兰特从加拿大自然科学和工程研究理事会(NSERC)。作者感谢这个组织的财政支持。

引用

1. 加拿大沥青瓦制造商协会”,沥青瓦有机或玻璃”,技术通报20日,2000年,http://www.casma.ca/en/bulletin_20.shtml。视图:谷歌学术搜索
2. j . Surwillo c Grodinsky, n .冷藏室”性能道路应用中,回收沥青瓦”最终报告自然资源的,佛蒙特州机构,蒙彼利埃,VT,美国,2002年。视图:谷歌学术搜索
3. ASMI”,屋面材料的强化开采,“技术。代表,20日至21日,页。雅典娜可持续材料研究所、Merrickville,加拿大,2007年,http://www.athenasmi.ca/projects/docs/Athena_Roofing_Study_EN.pdf。视图:谷歌学术搜索
4. w·Thaha可控低强度材料的开发利用水泥窑粉尘瑞尔森大学,硕士论文,土木工程部门,多伦多,加拿大,2005。
5. v . j .标志与g . Petermeier”让我瓦你的道路”,中期报告研究项目人力资源- 2079,爱荷华州运输部,艾姆斯,爱荷华州,美国,1997年。视图:谷歌学术搜索
6. f . Hooper和m·w·艾伦,”再生沥青瓦对土的工程性质的影响,”《土木土木工程会议和博览会a . Aydilek和j . Wartman Eds。,一个SCE Geotechincal Special Publication, no. 127, pp. 137–149, 2005.视图:谷歌学术搜索
7. Rajendran和j . a . Gambatese“固体废物产生沥青和混凝土道路的生命周期,”《基础设施系统,13卷,不。2、88 - 96年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. a·易卜拉欣s费萨尔,n .贾米尔,“在沥青混凝土混合使用的玄武岩,”建筑和建筑材料,23卷,不。1,第506 - 498页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. p·库马尔和s·p·辛格,“纤维增强粉煤灰在农村道路底基层,”交通运输工程学报,卷134,不。4、171 - 180年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. l . Kraszekski和j .金刚砂”,利用水泥窑粉尘在沥青混合填料,”诉讼的ORF / CANMET研讨会上矿物填料安大略省研究基金会和加拿大矿产和能源技术中心,多伦多,加拿大,1981。视图:谷歌学术搜索
11. n n库利·m·m·扎曼,“环境影响总量稳定与胶结材料的耐久性,”土木工程材料》杂志上,19卷,不。1,41-48,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. a·艾哈迈德利用废旧轮胎粉碎的加强在软粘土坑坑洼洼的道路博士论文,土木工程部门,工学院,El-Mina大学El-Minia,埃及,2004年。
13. 美国Arora和a . h . Aydilek”类F fly-ash-amended土壤为公路基础材料”,土木工程材料》杂志上,17卷,不。6,640 - 649年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. g . j . Foose c·h·本森,p . j . Bosscher“砂强化废轮胎碎片,”岩土和Geoenvironmental工程杂志》上,卷122,不。9日,第767 - 760页,1996年。视图:谷歌学术搜索
15. m . Ghazavi和m . a . Sakhi”优化轮胎碎片对剪切强度的影响参数的沙子,“国际地质力学杂志,5卷,不。1,58 - 65、2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. f . a . Hassona m·a·哈桑·m·d·哈西姆n . a . Marei和a·a·阿里,“改善软粘土特性用砂垫加固粉碎废轮胎,”学报第一废物处理工程国际会议上,有益利用废物和副产品,驾轻就熟矿山d 'Albi-Carmaux,白色的,法国,2005年。视图:谷歌学术搜索
17. j·c·莱尔和j.p. Gourc机械砂钢筋与网格元素的行为,”土工合成材料国际,4卷,不。5,481 - 508年,1997页。视图:谷歌学术搜索
18. k·索班和m . Mashnad”,机械稳定巩固soil-fly灰混合物与再生塑料,”环境工程学报,卷129,不。10日,943 - 947年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. n . c . Consoli j . p . Montardo p·d·马科斯Prietto和g s Pasa”工程砂钢筋用塑料浪费的行为,”岩土和Geoenvironmental工程杂志》上,卷128,不。6,462 - 472年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. l .陈和D.-F。林,“稳定的软土路基处理污水污泥灰和水泥,”《有害物质,卷162,不。1,第327 - 321页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. s·m·萨勒姆调查在土工格栅包裹体砂行为的影响在三轴和模型试验博士论文,土木工程部门,开罗大学,开罗,埃及,1989年。
22. g·m·马里昂“冻融过程和土壤化学、”特别报道95 - 12,美国陆军工程兵团,寒冷地区研究和工程实验室,华盛顿特区,1995年美国。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2009年阿里艾哈迈德等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。