[摘 要]為優化電石渣穩定土的組成及配比，有效提升其路用性能及電石渣等廢棄資源的循環利用水平。通過擊實試驗確定了不同電石渣劑量穩定土的最佳含水量及最大干密度，系統研究了壓實度對電石渣穩定土 7 d無側限抗壓強度的影響，明確了不同土樣的最佳電石渣劑量，同時探究了土質塑性指數、黏粒含量及膠體活動性指數對最佳電石渣劑量的影響規律。結果表明: 電石渣穩定土 7 d 無側限抗壓強度能夠達到石灰穩定材料規范要求; 土質塑性指數越大，則黏粒含量越多，但二者并非線性關系; 黏粒含量、塑性指數和膠體活動性指數與最佳電石渣劑量均呈較好的線性關系，但膠體活動性指數的相關性最好，因此可用于電石渣穩定土最佳電石渣劑量的預估分析。

　　[關鍵詞]道路工程; 電石渣穩定土; 組成設計; 影響因素; 最佳電石渣劑量; 膠體活動性指數

　　[ Abstract] In order to optimize the composition and ratio of calcium carbide slag stabilized soil, the pavement performance and the recyeling level of calcium carbide slag and other waste resources car be improved effectively. The optimum moisture content and maximum dry density of stabilized soil with different calcium carbide slag dose were determined by compaction test. The influence of compactness on unconfined compressive strength of calcium carbide slag stabilized soil for 7 d was studied systematically.The optimal cacium carbide slag dose of different soil samples was determined, and the influence of soi plasticity index, clay content and colloidal activity index on the optimal calcium carbide slag dose was investigated. The results show that the unconfined compressive strength of calcium carbide slag stabilized soil for 7 days can meet the requirements of lime stabilized material specification. The greater the plasticity index is, the greater the clay content will be, but the relationship between them is not linear.The viscosity, plasticity index and colloidal activity index had a good linear relationship with the optimal calcium carbide slag dose, but the colloidal activity index had the best correlation. Therefore, it can beused to predict and analyze the optimal calcium carbide slag dose of calcium carbide slag stabilized soil.

　　[ Key words] road engineering; calcium carbide slag stabilized soil; composition design;influencing factors; the optimal calcium carbide slag dose; colloidal activity index

　　環境問題和施工成本的降低促使瀝青路面行業越來越多地使用工業廢料作為道路路面施工的替代原材料。電石渣是工業生產聚氯乙烯等產品過程中產生的工業廢渣，化學成分與消石灰類似，其主要成分為Ca(OH)2。將電石渣用于公路建設，可使其變廢為寶作為二次資源，節約工程造價，有顯著的經濟效益和社會效益[1

　　目前，一些科研人員已經在利用電石渣穩定土、電石渣粉煤灰穩定土等作填筑材料方面開展了一系列研究。杜延軍[等通過對比電石渣和生石灰物理化學特征的異同，提出了采用電石渣穩定過濕黏土作為路基填料。覃小綱[等將工業廢料電石渣用于高速公路路基的過濕黏土填料改良，并與石灰改良進行了比研究.HORPBUISUK sta等研究發現單獨使用電石渣或者電石渣-粉煤灰的混合物可代替普通硅酸鹽水泥用于穩定土壤。SAKONWAN H[3]等以硅酸鹽水泥和電石渣為促進劑，對常溫固化的底灰地質聚合物的性能進行了研究。陳永貴回等分析了浸泡條件對電石渣/偏高嶺土固化銅污染土穩定性的影響。劉滿超[等利用粉煤灰、礦渣粉、電石渣和復合激發劑制備了低成本的復合膠凝材料。DULAIMI]等探索電石渣以不同比例替代傳統石灰作為熱拌瀝青混合料填料的潛力。高朋[等研究了磷石膏摻量、土質種類等因素對電石渣-粉煤灰穩定土強度影響情況。郭 鑠[10]等探討了稻殼灰和電石渣復合材料改良膨脹土的作用機理并采用該復合材料對膨脹土進行改良，發現其無側限抗壓強度顯著提高。田朋飛[1]等探究工業廢料電石渣對花崗巖殘積土的改良效果及其合理摻量。LU2等利用膠凝材料結合稻殼灰和電石渣穩定膨脹土，確定了稻殼灰與電石渣的最佳配比，發現添加谷殼灰和電石渣后無側限抗壓強度、內聚力和內摩擦角均有顯著提高。近年來，電石渣穩定土已被應用于多條公路中，并取得了良好的效果[13。綜上所述，目前的研究多針對電石渣穩定土作為路基填料應用在道路工程中具有可行性和科學性，主要針對特定類型土的電石渣劑量的合理范圍的確定，對于不同土質指標與最佳電石渣劑量之間的關系研究不足。

　　鑒于此，本文通過擊實試驗確定電石渣穩定土的最大干密度和最佳含水量，基于7d無側限抗壓強度明確最佳電石渣劑量，系統分析黏粒含量、塑性指數和膠體活動性指數對最佳電石渣劑量的影響，提出不同土質電石渣穩定土最佳電石渣劑量的預估模型，為電石渣穩定土的推廣應用提供參考。

　　1試驗材料

　　1.1土樣

　　取兩種代表性土樣，分別編號為土樣1、土樣2，根據規范[1規定的方法，對兩種土樣進行顆粒分析試驗和界限含水率試驗。主要物理指標見表1。其中，顆粒粒徑小于 0. 002 mm 含量為黏粒含量，影響與電石渣的結合能力。

　　1.2 電石渣

　　電石渣樣品來源于某化工廠，由于公路工程相關規范未把電石渣原材料試驗納入其中，考慮到電石渣的主要成分為Ca(OH)2，根據規范[中的方法進行試驗，具體試驗結果如下：Ca0含量64.93%，Mgo含量0.18%，失量22.79%。根據規范[1判斷該電石渣符合1級以上鈣質消石灰。

　　2電石渣穩定土組成分析

　　參照石灰穩定土混合料設計方法進行電石渣穩定土混合料優化設計研究。針對所選用的兩種土樣及電石渣樣品，選取5%、7%、9%、11%、13%、15%這6種電石渣劑量與土樣1進行配比試驗，選取3%、5%、7%、9%、11%這5種電石渣劑量與土樣2進行配比試驗，采用93%、95%和97%這3個壓實度進行試件的成型，在相同養生齡期和養生條件(溫度：20 ℃，濕度：95%)下，分析電石渣穩定土試件7d無側限抗壓強度變化規律，為電石渣穩定土用于路面基層修筑提供依據。

　　2.1 最佳含水量及最佳干密度確定

　　含水量對電石渣穩定土強度的形成有較大影響。水分太少，穩定性不足，離子間反應不充分，強度較難達到要求;水分過多，電石渣穩定土較難壓實，穩定土層間結合較弱，強度依然較難達到要求。因此，確定不同摻配比例穩定料的最佳含水量對于試件的成型、養生及強度測定非常重要。

　　根據規范[5]中關于無機結合料穩定材料擊實試驗要求，采用甲類擊實方法(錘擊層數為5，每層錘擊27次)對不同的劑量的電石渣穩定土進行擊實試驗，確定最佳含水量和最大干密度，為無側限抗壓強度試驗提供基礎。擊實試驗結果如圖1和圖2所示。

　　由圖 1 和圖 2 可知，隨著電石渣劑量的增加，兩種類型的電石渣穩定土最佳含水量均逐漸增大，最大干密度逐漸減低。當土樣 1 所加入的電石渣劑量大于13%時，電石渣穩定土最大干密度降低幅度更大;當土樣2所加入的電石渣劑量大于9%時，電石渣穩定土最大干密度降低幅度更大，說明電石渣劑量越大，對電石渣穩定土的壓實特性產生不利影響。

　　相關研究表明，以氫氧化鈣為主要成分的電石渣改良黏性土，其主要作用是高價鈣離子吸附在黏土顆粒表面，降低了黏土顆粒表面的負電性，降低了黏土顆粒吸附水的能力，壓塑了黏土顆粒吸附水膜的厚度，降低了黏性土的液限和塑限，增加了土的密實度。此外，一部分氫氧化鈣與二氧化碳反應生成碳酸鈣顆粒，進一步增加了土的最大干密度。但在實際科研工作中，用膠體狀態的電石渣改良黏性土時，由于氫氧化鈣與二氧化碳反應需要一定時間，使得環境中的二氧化碳能夠進入土中，從而出現電石渣穩定土最大干密度減小的現象。

　　2.2電石渣穩定土組成設計

　　根據規范[]要求成型試件，測定電石渣穩定土7d無側限抗壓強度。根據規范[石灰穩定土7d無側限抗壓強度規范要求，確定電石渣穩定土最佳組成。石灰穩定材料7d無側限抗壓強度標準見表2

　　進行電石渣穩定土無側限抗壓強度試驗[1電石渣穩定土試件通過無側限抗壓后破壞試件呈中間鼓起，剝落后呈環狀剪切面，表面裂縫明顯。電石渣穩定土無側限抗壓強度試驗結果如圖3和圖4所示。

　　由圖3和4可知，電石渣劑量一定時，電石渣穩定土的抗壓強度隨著壓實度的增大而增大，同時增加幅度相對較為明顯。

　　對于土樣1，從圖3可知，當選用電石渣劑量在5%~11%范圍時，設計3種壓實度試件，其無側限抗壓強度均能夠滿足二級和二級以下公路底基層強度要求。當電石渣劑量在7%-11%范圍，壓實度為97%的情況下，電石渣穩定土能夠滿足高速公路和一級公路的底基層、二級和二級以下公路基層強度要求。

　　對于土樣2，從圖4可知，當選用的電石渣劑量在5%~7%范圍時，設計3種壓實度試件，其無側限抗壓強度均能夠滿足二級和二級以下公路底基層強度要求。土樣2的7d無側限抗壓強度均未達到0.8 MPa以上，表明電石渣穩定土不可作為高速公路和一級公路的底基層、二級和二級以下公路基層使用。

　　根據電石渣穩定土7d無側限抗壓強度試驗，對于土樣1，初步確定電石渣穩定土最佳劑量在9%;對于土樣2，初步確定電石渣穩定土最佳劑量在5%。

　　3最佳電石渣劑量影響因素分析

　　室內研究發現，不同土樣的最佳電石渣劑量是不同的。建立土質與最佳電石渣劑量的聯系，可大大減小電石渣穩定土組成設計的工作量。因此，有必要分析土質塑性指數、黏粒含量、膠體活動性指數等指標對最佳電石渣劑量的影響。

　　3.1膠體活動性指數

　　膠體化學中稱小于0.1 um的顆粒為膠體額粒，實際上粒徑為0.2~5um的顆粒已經具有膠體粒徑，可稱為準膠體顆粒。黏土顆粒粒徑非常微小，小于5um，在介質中具有明顯的膠體化學特性。在工程實踐中，提出了一個既能反映黏土礦物成分，又能反映黏土顆粒含量影響的綜合指標，稱為膠體活動性指數，其表達式為：

　　式中：1，為土塑性指數：P(am)為黏粒(<0.002 mm)的百分含量。

　　膠體活動性指數把黏性土的塑性指數、黏土礦物成分以及顆粒大小3個最主要的指標聯系起來[7)。

　　3.2 影響因素分析

　　3.2.1不同土樣的最佳電石渣劑量分析

　　為確定不同土樣的最佳電石渣劑量，另外選取3種土樣，進行液塑限測定以及細粒土顆粒分析確定其黏粒含量，分別對土樣3、土樣4、土樣5進行電石渣穩定土組成設計試驗，并測定其7d無側限抗壓強度，找出最佳電石渣劑量，試驗結果見表3。

　　由表 3 可知，土樣 2 膠體活動性指數最大，即與電石渣結合能力最大，能夠形成有效強度保障的電石渣穩定土，但其黏粒含量最少，表明所需的最佳電石渣劑量較少; 土樣 4 的膠體活動性指數最小，即與電石渣結合能力最小，但塑性指數最大，表明該土樣易于壓實，同樣能夠形成符合強度的電石渣穩定土，此外，其黏粒含量最多，表明所需的最佳電石渣劑量也較多。土樣的塑性指數愈大，其黏粒含量也愈多，即土的顆粒愈細，則比表面積愈大。但土樣的塑性指數與土樣的黏粒含量之間不是單一的比例關系，塑性指數還與顆粒粒徑大于0.002mm成分含量有關。

　　3.2.2 土質指標與最佳電石渣劑量的關系分析

　　塑性指數作為表征細粒土物理性質的重要指標，在進行土樣分析以及電石渣穩定土組成設計時是重要的參考。黏粒含量代表土中黏土礦物(高嶺石、伊利石、蒙脫石)含量的多少，電石渣結合料在與土進行膠結時，實質是與土中黏土礦物進行物化反應形成有效的強度[1。膠體活動性指數大小代表土中黏土礦物吸附結合水能力的高低，而電石渣結合料的固化作用正是土中的黏土礦物、水和電石渣之間的物化作用，且膠體活動性指數把土的塑性指數、黏土礦物成分含量以及顆粒大小3個最主要的指標聯系起來。因此，為探究土樣的塑性指數、黏粒含量、膠體活動性指數對電石渣最佳劑量影響規律，分別對這3項指標和電石渣最佳劑量之間進行線性擬合，如圖5-圖7和表4所示。

　　由表4可知，土的塑性指數與最佳電石渣摻量之間存在內在聯系，但相關性不是很明顯，究其原因是塑性指數本質代表土樣吸附弱結合水質量與土粒質量之比，即代表土質與水之間的聯系，與電石渣原材料并無直接的關系。因此，在現場施工進行電石渣穩定土組成設計時，塑性指數是重要的參考，但并不能完全依賴該項土質指標。

　　土中黏粒含量與最佳電石渣劑量存在內在的聯系，并且相關性較強，究其原因是黏粒含量越多，則土的顆粒比表面積越大[，電石渣與土接觸面也就越大，反應就越充分，形成的膠接作用越強，即形成的穩定土強度越大。而最佳電石渣劑量是在抗壓強度最大時的電石渣摻量，所以，黏粒含量與最佳電石渣劑量存在密切內在的聯系。因此，在現場施工進行電石渣穩定土組成設計時，黏粒含量是相當重要的參考指標。但是電石渣穩定土強度形成機理是一個極其復雜的過程，摻入電石渣的穩定土混合料初始階段表現為顆粒結團、塑性下降、最佳含水量變大，其后土顆粒相互聯系形成結晶結構，穩定土的強度及穩定性顯著提高"。并不是只與土顆粒粒徑小于0.002 mm成分含量有關，所以，在進行電石渣穩定土組成設計時并不能完全依賴土中黏粒含量。

　　膠體活動性指數與最佳電石渣劑量擬合曲線的相關性較好，分析其原因是膠體活動性指數能直觀地表明與電石渣結合料發生物化反應能力的大小，更能體現土質的綜合特性。因此，在素土應用電石渣進行加固時，對膠體活動性指數分析尤為重要。在工程實踐時，對土樣進行組成設計選取最佳電石渣劑量時，可以將擬合曲線所得出的最佳電石渣劑量y =-20.108 4x + 24.0198作為有效的參考。

　　4結論

　　通過對電石渣穩定土的組成設計以及針對不同土樣對電石渣劑量的選擇進行比較分析和研究，得出以下結論：a.電石渣穩定土7d無側限抗壓強度能夠達到石灰穩定材料規范要求，即可以代替石灰材料應用到道路工程中。

　　b.土質中的塑性指數、黏粒含量、膠體活動性指數是土的重要指標，它們之間存在一定的聯系。土質塑性指數越大，土中黏粒含量越多，即土中黏土礦物含量越多，但塑性指數與黏粒含量并非線性關系：膠體活動性指數與最佳電石渣劑量之間的內在聯系更緊密。

　　c.根據不同的土質選用不同的電石渣類型，在分析土質時應注重土的膠體活動性指數的測定，可以根據土質的膠體活動性指數與最佳電石渣劑量擬合關系模型，進行不同土質電石渣穩定土最佳電

　　石渣劑量的預估分析。

　　參考文獻]

　　[1]朱大彪，電石渣在高等級公路路面中的應用研究[D].南7：大，2016.

　　[2]杜延軍，劉松玉，覃小綱，等，電石渣穩定過濕黏土路基填料路用性能現場試驗研究[].東南大學學報：(自然科學版)，2014，44(2)：375-380.

　　[3]覃小綱，杜延軍，劉松玉，等，電石渣改良過濕黏土的物理力學試驗研究[].巖土工程學報，2013，35(S1)：175-180

　　[4]HORPIBULAUK S，KA MPALA A，PHETCHUAY C，et al.Calcium Carbide Residue-A Cementing Agent for Sustainable Soil Stabiliza- tion[J]. Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGS- SEA，2015，46( 1) .

　　[5]SAKONWAN H，PHOO-NGERNKHAM T，DAMRONGWIRIYANUPAP N.Comparative study using Portland cement and calcium carbide residue as a promoter in bottom ash geopolymer mortar[].Construction&building meterials，2017，133：128-134.

　　[6]陳永貴，潘侃，譚邦宏，等，電石渣/偏高嶺土固化銅污染土的浸泡試驗研究[].中南大學學報：(自然科學版)，2018，49(3)：678-683.

　　[7]劉滿超，李超，馮艷超，等，粉煤灰-礦渣-電石渣復合膠凝材料的制備及應用0].環境科學與技術，2018，41(12)：42-48.

　　[8]DULAIMI A，SHANBARA H K，JAFER H，et al.An evaluation of the performance of hot mix asphalt containing calcium carbide residue as a filler[].Construction and Building Materials，2020，261.

　　[9]高朋，黨增琦，粟培龍，等，電石渣-粉煤灰穩定土強度影響因素分析0].路基工程，2020，(5)：6-10.

　　[10]郭鑠，稻殼灰和電石渣改性膨脹土力學性能及作用機理研究D].公路1程，2020，45(3)：210-215.

　　[11]田朋飛，簡文星，張樹坡，等，贛南山區花崗巖殘積土路基的電石渣改良效果試驗研究D].公路，2020，65(4)：52-58.

　　[12]LIU Y Y，CHANG C W，NAMDAR A，et al.Stabilization of expansive soil using cementing material from rice husk ash and calcium carbide residue[].Construction and Building Materials，2019，221：1-11.

　　[13]劉字翼，陳夢柔，佘躍心，等，電石渣固化土研究進度評述C]1/《工業建筑》2018年全國學術年會論文集(上冊).北京：工業建筑雜志社，2018：6.

　　[14]JTG 3430-2020，公路土工試驗規程[S].

　　[15]JTG E51-2009，公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[s].

　　[16]JTG/T F20-2015，公路路面基層施工技術細則[S].

　　[17]袁聚云，土質學與土力學[M].北京：人民交通出版社，2008：32-33.

　　[8]AKCANCA F，AYTEKIN M.Effect of welting-drying eycles on swelling behavior of lime stabilized sand bentonite mixtures[D].Environmental Earth Sciences，2012，66(1)：67-74.

　　[9]陶高梁，張季如，莊心善，等，描述黏粒含量對土-水特征曲線影響規律的分形模型0].報，2014，45(4)：490-496.

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