文摘

膨胀土是一种土壤展品膨胀和收缩的能力与水分含量的变化。轻量级结构如人行道,人行道和车道面对失败由于膨胀土的膨胀和收缩行为。因此,本研究的目的是调查的影响,垃圾焚烧底灰的路基土的工程性质。研究垃圾焚烧底灰、测试等比重,阿太堡限制,自由膨胀试验、压实特性、无侧限抗压强度,加州承载比(CBR)进行。土壤稳定了垃圾焚烧底灰比例为10%,15%,20%,25%,和30%的干重。从实验室测试结果,这个类别下的土工程性质差,包括高塑性指数、自由膨胀指数高、低UCS和CBR低。土壤的性能改善,因垃圾焚烧底灰含量对固化时间增加。样品的固化时间对弱的性能有显著影响路基土壤。

1。介绍

焚化炉在全球范围内用于过程工业、市政、临床、医疗废物。能量可以通过焚烧废物利用来减少垃圾填埋区没有能量回收。在氧气的存在高压炉,包括有机材料燃烧的废物。在燃烧过程中产生的副产品包括有限公司₂和H₂O, N₂、氧气和不燃物残留,烟气。最后,使用蒸汽轮机发电。如今,许多国家为incenerators技术的发展做出贡献。欧洲和日本的能量回收是23%和70%,分别为(1]。

土壤是一个松散的材料组成的弹性碎片通过岩石破裂产生。土壤组成的粒子之间的空白区域包括空气、水、或两者兼而有之。自然还包括土壤颗粒的重要。土壤颗粒分离的机械搅拌和水等方法。土壤能承受荷载施加的结构构造。但是,可能会有软弱土用作建筑材料,如膨胀土,工程性质是高度受水分含量变化的影响。肿胀和豪爽的粘土土壤由粘土矿物学的存在,即蒙脱石、高岭石、伊利石。但是多余的土壤中蒙脱石导致土壤有过度肿胀的潜力(2]。基础设施建在膨胀土面对不同类型的损害。一些损失是解决建筑物和道路,建筑物裂缝,起伏和肿胀。膨胀土对结构的破坏是由于含水量的变化,和水分含量的增加会导致肿胀的粘土土壤在垂直变形层,因此,控制含水率flactuation可以减少垂直变形的结构(3- - - - - -5]。蒙脱石是主要粘土矿物出现在膨胀土,这是八面体片夹在石英表。水是吸收硅表当蒙脱石接触水分。当这种矿物暴露在湿度、水吸收层间晶格系统和施加升值压力。压力称为膨胀的压力,这对结构的最大损害建立在膨胀土。含水率的版本材料特别是由于草药修改内部环境的面积情况下,调整与创建和开发成果相关形状(下面的水分5,6]。

策略在改善易感路基土壤之一,主要是膨胀土,是移除并更换一个更好的路基材料,允许轴承负载来自路面结构。因此,稳定的软弱路基土壤的成本带来了高速公路组织评估技术组装在软弱地基土的机会。因此,路基稳定是最合适的解决方案广泛应用于路面(7]。路基土壤稳定是一个原始土壤属性的修改,以满足特定的工程性质。有两个主要方法的土壤稳定机械稳定性和化学稳定性(8,9]。机械混合土壤稳定提高土壤的性质两个或两个以上的土壤(10]。化学稳定性变化的特征微弱的土壤通过添加一些化学物质进入土壤。土工程性质可以增强化学稳定剂如水泥、石灰和沥青。虽然他们是常见的添加剂,其生产制造行业中保持经济高成本(11,12]。

为了提高土壤的性质,回收一下灰熟石灰改善软粘性土、粘性土的土壤,和五个比率的污泥和熟石灰混合粘性土壤,结果表明,对粘土的膨胀行为有效地减少土壤和无侧限抗压强度增加到三到七倍比未经处理的土壤。研究人员提出,污水污泥和熟石灰尤其可以提高软土路基土壤的性质。这一结果显示,治疗土的无侧限抗压强度提高。此外,对土壤的CBR值30倍的CBR值未经处理的土壤,认为污水污泥和水泥可能是有用的对于许多潜在的岩土工程应用[13,14]。

粉煤灰是燃煤电厂的副产品和静电除尘器收集,这是noncementous相比,石灰和水泥。大约85%的粉煤灰火山灰。大多数粉煤灰属于次要的粘合剂。这些绑定就不能达到预期的效果。然而,在少量的催化剂的存在,它形成胶结化合物发生化学反应,导致软土的强度的提高。据一项调查显示,估计世界煤炭协会(WCA),有超过850吉吨全球已探明煤炭储量。粉煤灰在印度的年产量约为1000万吨(15- - - - - -17]。粉煤灰是燃煤发电设施的副产品;它有较小的胶结性能相比,石灰和水泥。大部分的飞灰属于二次绑定;这些绑定不能产生预期的效果。然而,在少量的催化剂,它可以发生化学反应形成胶结化合物有助于提高软土的强度。飞灰是现成的,便宜和环保16- - - - - -18]。粉煤灰已经被证明可以减少沉重的塑性粘土土壤,减少肿胀的潜力。可塑性和肿胀可能随粉煤灰含量增大而减小。膨胀soil-fly灰混合物的塑性指数显示下降随着粉煤灰量增加的价值。原因是粉煤灰没有任何塑料与塑料相关特征。粉煤灰的加入改变粒子大小和胶态反应,导致降低塑性膨胀土的8,19- - - - - -23]。粉煤灰的影响膨胀土的工程性质是由不同的学者彻底调查。随着粉煤灰的加入,最佳含水量(OMC)和最大的干密度(MDD)膨胀soil-fly灰混合样品增加和减少,分别随粉煤灰含量的增加。同样,CBR soil-fly灰混合样品随粉煤灰含量的增加(24- - - - - -26]。

硅酸盐水泥熟料生产是公司的主要来源₂和其他温室气体,占世界上5%的年度大气CO₂排放。水泥窑粉尘(CKD)是水泥生产过程的副产品,传统上被认为是工业废料。2017年全球水泥产能∼49.9亿吨/年。虽然CKD产量范围从54到200公斤每吨水泥熟料生产。CKD是由好,粉状固体和高碱性颗粒物质,它在外观上类似于硅酸盐水泥(27- - - - - -29日]。

以前,当土壤的工程性质和承载能力薄弱,路线的网站应该改变到一个合适的位置。否则,弱的土壤被删除,取而代之的是材料更好的力量和更紧凑,然后他们获得所需的设计规范(30.- - - - - -34]。土壤加固法是一种改变,提高土体的稳定性和机械和化学改变土壤以提高其工程特点。土壤稳定导致更高的土壤强度减少可塑性和渗透性的增加或减少,从而导致土壤强度高,低体积变动由于水分和温度变化,和更高的可加工性的土壤。土壤可用于任何土木工程结构的建设往往不符合施工要求(35- - - - - -37]。土壤稳定的主要目的是成本最小化和有效地使用本地可用的材料。土壤稳定最常见的应用是在建设公路和机场路面。因此,必须寻找一个更好的,适当、经济土壤稳定方法减少额外的项目所需的成本和时间的移除和替换有问题的土壤。过程包括土壤的结合来实现所需的分级或商用的混合添加剂改变分级大小、质地、可塑性或充当粘合剂的胶结土(38]。

城市固体垃圾灰焚烧作为副产品的燃烧垃圾,和都市固体废物的管理提出了灰等问题占据了大面积的垃圾填埋和环境问题。这项研究表明利用垃圾焚烧底灰在减少城市固体垃圾的巨大增加在该地区沉积。因此,这种技术的使用会减少建筑材料消耗从而降低温室排放由市政固体废物的火山灰和提高软弱地基的强度。

2。材料和方法

2.1。研究设计

研究设计是基于立意抽样。选择代表性抽样处理集中在膨胀土地区。使用定量的研究方法和实验方法,以达到预期的目标。研究的目的是确定修改膨胀土的影响,垃圾焚烧底灰,以改善其工程性质。选择网站的挖掘是基于视觉识别,并根据调查数据收集完成Jimma Sekoru公路沿线土壤的工程性质走廊,埃塞俄比亚。测试前,样品制备基本上是按照描述的方法在AASHTO T8786。然后,通过传播材料为七天,分解土壤聚合用橡皮绝缘的锤,自然土壤样本被风干。垃圾焚烧底灰样本已筛分离的尘土颗粒浪费。垃圾焚烧底灰的内容用于改善各种研究膨胀土的工程性质变化从10%降至50%。在这项研究中,垃圾焚烧的产品底部由于快速城市化以惊人的速度增加。 Therefore, the use of waste incineration bottom ash for soil improvement is identified as an effective utilization option for a large quantity of bottom ash consumption Thus, for this study, 10%–30% of waste incineration bottom ash is selected with increasing 5 percent. Then, the sieved soil sample was mixed manually with 10%, 15%, 20%, 25% and 30% of waste incineration bottom ash until a uniform mix is obtained. Finally, we treated the soil samples with waste incineration bottom ash mix cured for 3, 7, and 14 days by sealing the samples with a plastic bag and keeping them in a humidity chamber/water bath.

2.2。初始水分含量

膨胀土的初始含水率由测试方法AASHTOT265决定。扰动土样的含水量用烘干法测定。小典型自然土壤样本的大量样本网站放置在塑料袋。收到的样本然后重和烘干的105°C的水分可以24小时。最后的干重是决定性的,重量差异被视作在干燥的水的重量驱逐。重量差异除以干土的重量。

2.3。粒度分析

土壤粒径分析的方法分离到不同的分数基于粒子的大小存在于土壤。粒度分析是由机械(筛选)分析和沉降分析。筛分析是用于分离土壤粗粒度的分数。土壤分数和粒子大小比# 200 (75μ米)是基于ASTM D422标准。沉积物分析用于分析土壤细粒度(淤泥和粘土),粒度小于# 200(0.075毫米)。它是由液体比重计分析按照ASTM D1140标准。在这项研究中,两种湿筛分析和液体比重计分析是根据ASTM D42263完成的。

2.4。比重

土壤的比重是空气的重量的比值给定体积的土壤颗粒在规定的温度,空气的重量相等体积的蒸馏水在规定的温度。土壤颗粒的沉重是由比重瓶法使用土壤样本通过# 40(0.425毫米)筛按ASTM D 854标准。

2.5。界限含水量

这是执行与一小部分通过重塑土样筛40(0.425毫米)。Casagrande杯方法,土壤粘贴放在Casagrande杯,和一个槽是由它的中心。极限的定义是水分含量,%,需要近距离的0.5英寸底部槽后25吹液体限制装置。测试之前ASTM D431398程序。

2.6。土壤分类

使用最广泛的土壤分类系统工程的目的是美国统一的土壤与国家公路和运输协会(AASHTO)分类系统和# 40。AASHTO土壤分类系统包含七个“A”群无机土壤从基地到A7共有12组。该系统是基于土壤粒度分布、液限、塑性指数。均匀土壤的分类系统是基于物种检测和流行的组件,认为粒子大小、层次、可塑性和压缩性。它将土壤分为三个主要部门:粗粒度的土壤,细粒度的土壤,有机土壤和高度。

2.7。线性收缩

线性收缩被定义为一个维度的降低土壤质量,表示为一个百分比的原始尺寸,当含水量减少收缩限制从一个给定的值。线性收缩是由2720 -是- 20 - 1966。样品重150 g从彻底混合部分散装材料经过425微米筛是准备。土壤的线性收缩的比例计算的原始长度标本从以下公式: 在哪里l是模具的长度(毫米)和Ls的纵向收缩标本(mm)。

2.8。自由膨胀测试(2720)

测试是按照美国垦务局(USBR)方法(霍尔兹和吉布斯,1956)。大约10 g的土壤通过BS 4号筛(0.425毫米)烤箱干并允许干燥器中冷却。样品在慢慢涌入100厘米³量筒,水是为了填补气缸。气缸当时激动为了获得同质的土壤和水的混合物后它可能满足于2小时或更长时间最初的成交记录。最后的成交记录24小时后。

2.9。普氏压实试验(AASHTO T 180 - 95)

这个测试是通过修改(重型)压实来确定最大干密度(MDD)和最佳含水量(OMC)的材料。是做天然膨胀土的混合物,和各种比例的垃圾焚烧底灰添加到土壤膨胀性粘土及其MDD和OMC测定。

(i)的机构设置由圆柱形金属模具(内部直径15.24厘米,内部高度11.7厘米),(2)可拆式底座,(3)领(5厘米有效高度),和(iv)夯(4.54公斤)。压实过程有助于提高体积密度的空气赶走的空洞。实验中使用的理论是,对于任何压实工作,干密度取决于土壤中的水分含量。最大的干密度(MDD)实现当土壤压实是相对较高的水分含量和几乎所有的空气赶出,这含水率称为最佳含水量(OMC)。

2.10。加州承载比(CBR) (AASHTO T 193 - 93)

CBR试验措施下土壤的抗剪强度控制湿度和密度条件。它是一个主要的实验室测试进行公路路基和路面层。CBR值的比例加载需要一定深度的影响渗透到土壤试样压实含水率和干密度所需的负载获得相同的渗透深度的标准样品碎石头。

对于这个研究三点,CBR试验(10、30、65吹)。根据AASHTO 193 - 93 T测试过程,固化时间的CBR试验3、7、14天进行垃圾焚烧底灰的混合物。做出总体评价的影响应用的混合垃圾焚烧底灰强度发展,CBR样本准备使用土壤经过19号筛,和治疗样本压缩使用含水率从压实结果获得的最大干密度。土壤样品测定肿胀的潜力。没有附加费负荷应用于压实样品在固化时间假设不允许施工期间交通流。因此,固化过程是由使用塑料袋沉浸在水浴获得均匀温度内部和外部的塑料袋。分配的养护期结束时,压实土CBR模具被浸泡在水里四天来模拟站点的饱和状态。表1显示权威手册标准评级埃塞俄比亚公路路面层基于CBR值。

根据现场调查手册》(2002)时代,路基土壤应该2%的最大膨胀。因此,这种材料具有较高的潜在膨胀,不能用作路基材料。

2.11。无侧限抗压试验

无侧限抗压强度(qu)被定义为无侧限圆柱试样的压应力的土壤会失败在一个简单的压缩试验。这个测试是确定UCS的自然土壤,土壤垃圾焚烧底灰标本由混合,压实和养护。对于稳定路基,最低30 psi (207 kPa)从未经处理的自然土壤增加是必需的。

准备的标本是在标准的压实成型模具,提取使用谢尔比管采样,并削减规模height-to-diameter比2。样品管的直径和高度是38毫米和80毫米,分别。提取的样本被放置在一个密封的塑料袋和允许治疗浴3、7、14天,以避免任何水分损失的样本。在养护期结束,标本是小心翼翼的压缩装置。最后,UCS确定样品的应力-应变曲线上的点的故障发生。

3所示。结果与讨论

3.1。实验室测试结果

3.1.1。路基土壤的化学和物理性质

为了确定粘土矿物学阶段出现在土壤样品,进行了x射线衍射分析。代表烘干的软粘土样品粉碎,直到粉通过200号开放(0.075毫米)筛。粉末样本step-scanned从10°- 75°(2θ1秒的时间步,和扫描速度是连续的。软件程序匹配!3也用于帮助识别矿物样品中。进行了测试和分析通过设置的电压30 kV 25马和XRD的扫描时间0.02°/秒。根据调查结果,垃圾焚烧底灰粉二氧化硅的比例最高(53.7%),其次是氧化铁和氧化钙,分别为11.1%和6.1%。表2显示了路基土壤的化学性质。

3.1.2。化学性质的垃圾焚烧底灰

垃圾焚烧底灰用于这项研究是收集从亚的斯亚贝巴Abeba,埃塞俄比亚。建立了一个焚化厂。这种浪费电力输入植物50兆瓦的容量是建立在一个垃圾填埋场叫“Koshe”位于5.3公顷的土地。这个项目的总成本约为1.185亿美元,和它有一个年处理能力350000吨的垃圾。技术优势在增加生产能源和减少废物体积分散有毒有机化合物。核电站350公里远离Jimma小镇,和它的化学组成如表所示3。根据研究结果,垃圾焚烧底灰粉钙二氧化碳的比例最高(42.62%),其次是氧化硅和铁二氧化碳,分别为15.22%和3.98%。

3.1.3。垃圾焚烧底灰对含水量的影响限制和线性收缩

图1显示基本阿太堡限制实验室测试结果液限、塑性极限,和线性收缩的影响进行了研究垃圾焚烧底灰的路基土。土壤通过# 40筛与不同比例的混合垃圾焚烧底灰。化学添加剂在最佳含水量是治愈1天的解剖器来防止水分的损失。垃圾焚烧底灰用的比例为10%,15%,20%,25%,30%。测试结果表明,塑性极限,膨胀土的液限、线性收缩率下降后添加垃圾焚烧底灰。因此,塑性指数略有减少。垃圾焚烧底灰的百分比从10%变化to30%,塑性指数从46.4%减少到42.5%,线性收缩也从15.54%降低到7.63%。当粘性土壤的含水量降低塑性极限以下,土壤的收缩持续,直到达到收缩限制。此时,固体颗粒在密切接触包含在土壤和水就足以填满它们之间的空隙。收缩极限以下,土壤被认为是固体粒子保持联系。 In cohesive soil, the shrinkage limit is below the plastic limit (Figure1)。

除了这个结果的可能原因,硅的内容,和铝和铁离子在垃圾焚烧底灰高,用于降低膨胀土的表面积和水的亲和通过促进阳离子交换,火山灰反应,聚集和分散的粘土颗粒的絮凝。

3.1.4。垃圾焚烧底灰对比重的影响

广阔的路基土的比重值与不同比例的垃圾焚烧底灰如图2。降低膨胀土的比重值增加的垃圾焚烧底灰的内容是增加轻质材料的结果由于低密度垃圾焚烧底灰。比重值从2.72下降到2.5,当被垃圾焚烧底灰从0 - 30%。

3.1.5。影响垃圾焚烧底灰的自由膨胀指数

图3显示添加垃圾焚烧底灰的效果在一个广阔的路基土自由膨胀指数。未经处理的自由膨胀值决定在实验室是52.01%。样品免费的膨胀值> 50%,归类为有问题的土壤。当土壤处理10%,15%,20%,和30%的垃圾焚烧底灰,自由膨胀指数下降到46.87%,41.66%,36.46%,31.25%,和30.62%,分别。这个结果表明,肿胀的潜力处女地改善当垃圾焚烧底灰与土壤在不同混合比例。

3.1.6。垃圾焚烧底灰对压实特性的影响

最佳含水量的变化与垃圾焚烧底灰内容图显示了不同的固化时间4。最佳干密度随增加垃圾焚烧底灰的内容。未经处理的路基土的最佳含水量是23.62%。混合物的最佳含水量随着垃圾焚烧底灰的百分比的增加而减少。治疗的最佳含水量土壤与未经处理的土壤相比较少。这个结果归结垃圾焚烧底灰充填土壤颗粒之间的孔隙,形成小孔之间的土壤和垃圾焚烧底灰,可以防止水的空间。最大干密度值的样本不同百分比的垃圾焚烧底灰后明显减少14天内治愈。这表明,随着时间的增加与外加剂的应用稳定土壤,更重要的结果。

图5说明了干密度值样本的结果修改与垃圾焚烧底灰治愈3,7和14天。测试结果描述,垃圾焚烧底灰混合物激活的最大膨胀路基土的干密度(MDD)。最大干密度(MDD)的土壤改良与垃圾焚烧底灰增加了25%的混合垃圾焚烧底灰,但在30%的垃圾焚烧底灰,价值降低了。指出,MDD增加而增加垃圾焚烧底灰的比例和不同养护时间修改的土壤。随着垃圾焚烧底灰含量的增加,混合的最大干密度增加到1.42克/厘米³1.47克/厘米³为期3天的养护期,1.41克/厘米³1.45克/厘米³与7天养护期,1.4克/厘米³1.42克/厘米³与14天养护期。

3.1.7。影响垃圾焚烧底灰在加州承载比(CBR)

垃圾焚烧底灰的效果和固化时间百分比路基CBR值见图6。估计垃圾焚烧底灰的意义的改善软弱路基土壤、垃圾焚烧底灰被添加到土壤10、15、20、25,土壤干重的30%,检测土壤稳定。固化了样品一段3、7、14天估计养护期的CBR值的影响。在这项研究中,三分CBR与10日,30日和65年打击浸泡3天(72小时)后养护时间用来模拟网站在雨季的最差条件。在这段时间里,样本存储在尼龙袋子保持水分含量不变。根据埃塞俄比亚公路管理局路面设计规范,土壤从可怜的路基土路基土壤介质。这提高CBR对固化时间可能归因于土壤结构的变化从分散到絮凝,随着时间的推移或颗粒间的债券了。从图中,随着垃圾焚烧底灰的比例增加,CBR值增加了25%的垃圾焚烧底灰混合;然而,有一种趋势减少30%的垃圾焚烧底灰。

3.1.8中。添加垃圾焚烧底灰的效果UCS测试

数据7- - - - - -9显示应力-应变治疗和治疗膨胀土路基与垃圾焚烧底灰10%,15%,20%,25%,和30%,固化时间3、7和14天。在这项研究中,垃圾焚烧底灰的应力-应变行为标本处理土壤,与不同比例和固化时间调查基于无侧限压缩试验。在其自然状态,未经处理的最大UCS膨胀土已达到136 kPa的应变率5.644%。在治疗大量的10%,15%,20%,25%,和30%的垃圾焚烧底灰、土的无侧限抗压强度增加到242 kPa, 256 kPa, 260 kPa, 276 kPa,和273 kPa分别对应的压力为7.21,6.81,6.87,7.03,7.62%,为期3天的固化时间。同样,垃圾焚烧底灰的量的增加导致强度的增加固化时间(7和14天)。有一个减少水样品的吸收通过增加固化时间,与水的吸收增加垃圾焚烧底灰。很明显,裂纹的发展在失败前样品随增加垃圾焚烧底灰的百分比和固化时间。当固化时间是14天,无侧限抗压强度的最大383.77 kPa土壤25%的垃圾焚烧底灰,这是作为最优。强度增加可能会认为垃圾焚烧底灰的火山灰反应形成pozzolona礼物之间的凝产品垃圾焚烧底灰和氢氧化钙在土壤中。

4所示。结论

根据结果提出了研究实验室,进行土壤样品与不同比例的混合垃圾焚烧底灰,可以得出以下结论:(1)在这项研究中,膨胀土的稳定与垃圾焚烧底灰了,和稳定的影响土壤膨胀性粘土的工程性质进行了研究。不同比例的垃圾焚烧底灰利用调查其影响塑性指数线性收缩,自由膨胀,比重,压实特性,UCS和CBR的土壤。从结果,随着垃圾焚烧底灰的内容从10增加到30%,塑性指数线性收缩,自由膨胀指数从45.4比重下降到41.5%,14.54%,6.63%,52.01%,30.62%,和2.5%至2.72。这是观察到所有列出的测试结果随垃圾焚烧底灰的增加内容。(2)基于实验数据,垃圾焚烧底灰的性能对压实特性(OMC和MDD)评估。的最大土壤干密度(MDD)垃圾焚烧底灰含量的增加而增加。混合物的最佳含水量随着垃圾焚烧底灰的百分比的增加而减少。这个结果证实了垃圾焚烧底灰填充毛孔中土壤颗粒可以防止水的空间。CBR增加与垃圾焚烧底灰,直到然后下降约25%。14天的CBR代表值可以满足强度要求根据埃塞俄比亚公路路基工程的权威标准。无侧限抗压强度的废物焚化底ash-treated膨胀土随养护时间和破坏应变随养护时间。长养护期有显著影响的强度试验和CBR UCS膨胀土。(3)得出的重要力量改进观察土壤处理垃圾焚烧底灰外加剂对固化时间。

数据可用性

本研究中产生的数据集可以从作者要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。