1、工业固废 煤气化炉渣路面基层施工技术指南DB14/T 2121-2020 标准宣贯宣贯人:陈 潇 武汉理工大学编制背景01编制过程02条文说明03工程示范04目 录煤气化炉渣排放量大、综合利用率低，严重制约了煤化工产业的发展，对生态环境造成巨大污染。半刚性基层材料半刚性基层材料对天然集料需求量大，由于环保压力，天然集料供需紧张、价格激增。技术瓶颈煤气化炉渣具有潜在活性、疏松多孔、吸水率大、质地较脆、容易压碎。工程实际长治晋丰煤化工炉渣排量10万吨/年，以潞安集团，煤气化炉渣的排放量达60万吨年；其180项目年排放气化渣120万吨。1.编 制 背 景煤 气 化 炉 渣 的 产 生 全国年排渣量超
2、全国年排渣量超2000万吨；其中，山西省年排渣万吨；其中，山西省年排渣300万吨万吨左右；左右；资源化利用率极低，资源化利用率极低，填埋堆存填埋堆存为主。为主。煤 气 化 炉 渣 特 性压碎值大：36%42%吸水率高：12%密度小：低于碎石30%关 键 技 术 与 思 路2.编 制 过 程批 准 立 项成立起草小组，进行调研，依托208.太行一号路开始试验2019.5小 组 讨 论 稿、征 求 意 见 稿、评 审 稿专家评审、广泛征求意见、进行评审讨论（7.14）2020.1-7形 成 报 批 稿通过审查，形成报批稿（7.27）2020.7正 式 公 布 实 施 经过省市场监督管理局批复，正式
3、公布实施（8.18）2020.83.条 例 说 明1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义4 原材料技术要求5 混合料要求6 施工7 质量控制与验收标准框架1.范 围 本标准提供了煤气化炉渣路面基层施工的指南，给出了适用条件、术语和定义、原材料要求、混合料要求、施工、质量控制与验收相关技术要求的建议。本标准适用于高速公路和一级公路下基层、底基层以及二级及二级以下公路基层、底基层的施工及验收，其它道路可参照执行。2.规 范 性 引 用 文 件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文
4、件。GB 6566建筑材料放射性核素限量（检测煤气化炉渣放射性）GB/T 14684 建设用砂（细集料取样原则）HJ 1091固体废物再生利用污染防治技术导则（检测煤气化炉渣重金属离子溶出性能）JGJ 63混凝土用水标准 JTG E42公路工程集料试验规程（粗集料取样原则）JTG E51公路工程无机结合料稳定材料试验规程 JTG/T F20公路路面基层施工技术细则 JTG F80/1公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程3.术 语 与 定 义下列术语和定义适用于本文件。3.1煤气化炉渣 煤炭在煤气化炉中反应后经冷却排出的固态残渣，不包括水煤浆气化炉渣。3.2煤气化炉渣集料 煤气化炉渣制备的
5、集料，粒径小于4.75mm为煤气化炉渣细集料，粒径大于4.75mm为煤气化炉渣粗集料。3.3水泥稳定煤气化炉渣 以水泥为结合料，煤气化炉渣集料为主要被稳定材料，通过加水拌和形成的混合料。3.4水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣 以水泥和粉煤灰为结合料，煤气化炉渣集料为主要被稳定材料，通过加水拌和形成的混合料。4.原 材 料 要 求4.1 煤气化炉渣集料4.1.1粗集料 煤气化炉渣粗集料应满足以下要求：a)公称最大粒径不宜超过26.5mm；b)各项技术指标应满足表1的要求；c)重金属浸出浓度应满足HJ 1091的要求，放射性指标应满足GB 6566的要求。煤 气 化 炉 渣 最 大 粒 径 确 定 公路路
6、面基层施工技术细则中建议：工业废渣作集料时，最大公称粒径应小于31.5mm，基于大颗粒煤气化炉渣集料在成型过程中易受压破碎，本标准将煤气化炉渣集料的最大公称粒径缩小至26.5mm。压 碎 值 限 值 增 大 的 考 虑压碎值指标单击此处添加文本具体内容受压破碎程度？单击此处添加文本具体内容工程实践检验？单击此处添加文本具体内容压碎值与强度的关系？单击此处添加文本具体内容干缩是否严重?单击此处添加文本具体内容强度是否达标？煤 气 化 炉 渣 粗 集 料 压 碎 值 的 确 定l 采用悬浮密实结构或者添加粉煤灰，可降低高压碎值煤气化炉渣受压破碎程度，保证煤气化炉渣混合料具有较高的强度。骨架空隙型
7、R7d=2.5MPa 骨架密实型 R7d=2.9MPa 悬浮密实型 R7d=3.1MPa 加入粉煤灰 R7d=4.2MPa 击实前级配击实后级配煤 气 化 炉 渣 粗 集 料 压 碎 值 的 确 定l 调整水泥剂量，煤气化炉渣混合料力学性能可满足各等级公路路面基层（底基层）要求。无侧限抗压强度劈裂强度 抗压回弹模量 l 通过水泥剂量调整，可满足各等级公路基层、低基层强度要求；l 强度、模量发展稳定，发展规律与水泥稳定碎石类似。煤 气 化 炉 渣 粗 集 料 压 碎 值 的 确 定l 煤气化炉渣路面基层在较高水泥用量下，也具有良好的抗收缩性能，明显优于水泥稳定碎石。干缩应变-龄期的关系干缩应变-
8、失水率的关系煤 气 化 炉 渣 粗 集 料 压 碎 值 的 确 定l 通过级配设计及轻振碾压工艺，可实现高压碎值煤气化炉渣施工防压碎，形成强度较高的板体。水泥稳定煤气化炉渣水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣7d钻芯取样，6.1MPa水泥稳定煤气化炉渣7d钻芯取样，5.0MPap 现行施工多采用吨位大、振动力强的振动压路机；p 采用悬浮密实级配、添加粉煤灰的配合比设计，同时在施工过程中采取降低振动压路机振动幅度的措施；p 经工程验证可行。煤 气 化 炉 渣 粗 集 料 压 碎 值 的 确 定l 煤气化炉渣粗集料压碎值与混合料强度呈反比，但强度降低幅度较小。*注：水泥为32.5级，掺
9、量6.5%。p 煤气化炉渣压碎值越大，混合料强度越小；p 高速公路及一级公路下基层、底基层力学性能要求高，因此压碎值指标要求分别为38%和42%；p 二级及二级公路基层、底基层压碎值指标要求为45%。4.原 材 料 要 求4.1 煤气化炉渣集料4.1.2细集料 煤气化炉渣细集料应洁净、无风化、无杂质，并满足以下要求：a)集料规格应满足表2的要求；b)烧失量不应大于20%，测试方法与表3中粉煤灰烧失量测定方法相同；c)重金属浸出浓度应满足HJ 1091的要求，放射性指标应满足GB 6566的要求。煤 气 化 炉 渣 烧 失 量 的 确 定 依 据p 煤气化炉渣在高温气化炉中形成时，部分含碳颗粒未
10、能完全反应，形成类似于焦炭的颗粒；p 在破碎过程中富集于细集料中，导致煤气化炉渣细集料烧失量较高；p 含量不超过20%时不会造成混合料强度明显降低；p 公路路面基层施工技术细则中也要求用于路面基层的粉煤灰的烧失量不应超过20%；p 基于此，煤气化炉渣细集料烧失量上限定为20%。煤 气 化 炉 渣 细 集 料 级 配 确 定 依 据p 煤气化炉渣含水率大，多级振动筛筛分难度高，需放大细集料筛孔尺寸以提高筛分效率、降低筛分能量；p 超粒径含量略增大，不影响混合料的级配合成。4.原 材 料 要 求4.2 粉煤灰 粉煤灰技术要求应满足表3的要求。4.3 水泥 应采用强度等级为32.5或42.5的通用硅
11、酸盐水泥，其凝结时间应满足JTG/T F20的要求。4.4 其它材料4.4.1掺入煤气化炉渣混合料的砂石集料应满足JTG/T F20中相关技术要求。其中，用于高速公路和一级公路下基层的粗集料压碎值上限值要求可放宽至26%。4.4.2施工用水应满足JGJ 63的要求。5.混 合 料 要 求5.1 一般规定5.1.1除本标准规定外，煤气化炉渣混合料其他技术指标应满足相关规范及设计文件要求。5.1.2在中冰冻、重冰冻等对抗冻性能有要求的地区，应按JTG E51中规定的方法对煤气化炉渣混合料的抗冻性能进行检验，必要时可掺入适量抗冻剂提高混合料抗冻性。5.1.3掺入砂石集料的煤气化炉渣混合料应进行强度试
12、验，达到本标准强度指标要求后，方可使用。5.1.4宜优先通过原材料技术指标控制和级配优化设计提高强度，不宜单纯通过提高水泥剂量来提高材料强度。5.混 合 料 要 求5.2 水泥稳定煤气化炉渣混合料技术要求5.2.1 水泥稳定煤气化炉渣的7d龄期无侧限抗压强度应满足表4的要求。5.3 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣混合料技术要求5.3.1 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣的7d龄期无侧限抗压强度应满足表7的要求。煤 气 化 炉 渣 混 合 料 强 度、适 用 范 围 的 确 定l 与公路路面基层施工技术细则一致，但煤气化炉渣表面多孔，胶结面积大，在强度较低时，孔隙率大，耐久性差的考虑，提高强度最小值为2.5M
13、Pa；l 炉渣容重较低，9%的水泥剂量对于水泥稳定碎石的6%的水泥剂量；l 尚未在高等级公路上基层试验观测，确定使用范围为高等级公路下基层、底基层和二级及二级以下公路基层、底基层。5.混 合 料 要 求5.2 水泥稳定煤气化炉渣混合料技术要求5.2.2 水泥稳定煤气化炉渣基层、底基层的压实度应满足表5的要求。5.3 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣混合料技术要求5.3.2 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣基层、底基层的压实度应满足表8的要求。煤 气 化 炉 渣 混 合 料 压 实 度 的 确 定 实验室研究结合工程应用表明，采用重型击实法测定的最大干密度由于炉渣粗集料受锤击发生破碎而向上偏移，但实际施工过程中
14、，采取悬浮级配，在轻振碾压工艺下集料破碎程度远小于击实过程，导致出现基层已碾压密实而实测压实度仍未达标的现象，因此较公路路面基层施工技术细则适当降低了压实度。5.混 合 料 要 求5.2 水泥稳定煤气化炉渣混合料技术要求5.2.3 水泥稳定煤气化炉渣集料级配应满足表6的要求。5.3 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣混合料技术要求 5.3.3水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣的集料级配应满足表9的要求。水 泥 稳 定 煤 气 化 炉 渣 混 合 料 级 配 推 荐 范 围 的 确 定l 级配1强度明显偏低，这是因为该级配细集料占比较少，混合料强度更依赖粗集料本身强度，不适用于高压碎值煤气化炉渣集料；l 级配5与级
15、配6强度变化不明显，但采用级配6时易导致基层表面太光滑，与面层粘结性较差，因此不建议采用级配6；l 煤气化炉渣路面基层材料级配范围宜取级配2、5作为上下限。5.混 合 料 要 求5.2 水泥稳定煤气化炉渣混合料技术要求5.2.4 水泥稳定煤气化炉渣的水泥剂量不应低于6.5%。5.3 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣混合料技术要求 5.3.4 水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣的水泥剂量不应低于5.5%，粉煤灰建议掺量为8%15%。5.4 混合料配合比设计 煤气化炉渣混合料配合比设计执行JTG/T F20中相关规定。其中，水泥剂量和粉煤灰掺量为质量占比，且均采用外掺法。煤 气 化 炉 渣 混 合 料 最 小 水
16、泥 剂 量 的 确 定l 最小强度2.5MPa的要求，考虑到施工的不稳定性，以3.0MPa作为水泥剂量下限控制的标准；l 水泥稳定煤气化炉渣水泥剂量对应为6.5%，水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣水泥剂量对应为5.5%。6.施 工6.1 一般规定6.1.1施工前应制订环境保护方案，严格执行国家环境保护法律法规。6.1.2应建立健全安全生产管理体系及应急预案，明确安全责任，严格执行安全操作规程，保障施工人员的职业健康和施工安全。6.2集料加工6.2.1煤气化炉渣集料宜采用先筛分后破碎再筛分的制备工艺。6.2.2煤气化炉渣集料加工过程中，应根据筛网放置的倾斜角度和工程经验选择合适的筛孔尺寸，粒径尺寸与筛孔
17、尺寸对应关系宜满足表10的要求。煤 气 化 炉 渣 集 料 筛 分 工 艺 的 确 定l 由于煤气化炉渣水淬降温后出厂含水量较高，大颗粒表面裹覆着小颗粒，导致多级振动筛的筛分效率低，为此经过反复的更换筛网测定集料级配，确定了集料粒径与筛孔尺寸的对应关系。6.施 工6.3 混合料拌和6.3.1 煤气化炉渣混合料拌和时，宜采用两次拌和的生产工艺，拌和总时间应不小于15s。6.3.2 煤气化炉渣混合料拌合台时产量不宜超过拌和设备最大产量的2/3。6.4 混合料摊铺6.4.1煤气化炉渣混合料松铺系数推荐值为1.301.40。6.4.2摊铺时应开启熨平板，保证预压实度达到75%80%，避免松铺系数过大引
18、起的碾压推料。松 铺 系 数 的 确 定l 煤气化炉渣自重轻，所以松铺系数较水泥稳定碎石大，试验段铺筑时，采集了松铺厚度与碾压厚度见表 10，依此建议煤气化炉渣路面基层预设松铺系数1.301.40，具体数值宜通过试铺段碾压试验确定。6.施 工6.5 混合料碾压6.5.1采用振动压路机碾压时，不应开启强振。6.5.2煤气化炉渣混合料初压时，宜采用胶轮压路机稳压12遍，错轮不应超过1/3，再采用振动压路机轻振/微振继续碾压密实，最后采用胶轮压路机或双钢轮压路机碾压，消除轮迹。6.5.3压路机前两遍碾压速度宜为1.5km/h1.7km/h，以后宜为2.0km/h2.5km/h。6.5 铺筑试验段6.
19、6.1煤气化炉渣基层、底基层正式施工前，应铺筑至少200m300m试铺段。6.6.2施工设备、施工组织及施工关键参数应通过试铺段确定。7.质 量 控 制 与 验 收7.1 原材料检测7.1.1技术要求 煤气化炉渣粗、细集料各项技术指标应满足4.1要求。7.1.2检验频度 煤气化炉渣粗集料压碎值、针片状含量以及煤气化炉渣细集料规格、烧失量检验频度为：使用前取样2个，使用过程中每2000m3取样2个（不足2000m3，按2000m3计），结果以2个样品检测结果平均值为准。煤气化炉渣粗、细集料重金属浸出浓度和放射性指标检验仅在料源发生变化时进行。7.1.3取样规则 煤气化炉渣粗集料取样方法、取样数量
20、、试样缩分按照JTG E42相关要求进行,煤气化炉渣细集料取样方法、取样数量、试样缩分按照GB/T 14684相关要求进行。7.1.4判定规则 若试验结果中，有一项性能不满足本标准要求，允许同批次加倍取样进行复验，若试验结果满足要求则该批次产品合格；否则，判定为不合格。7.质 量 控 制 与 验 收7.2 施工过程检测7.2.1 监测煤气化炉渣粗、细集料含水率，若集料总含水率高于混合料最佳含水率，使用前应采取静置沥水措施降低含水率。7.2.2 水泥稳定煤气化炉渣应在养生4d7d内取芯，水泥粉煤灰稳定煤气化炉渣应在养生10d14d内取芯，芯样应满足JTG/T F20的要求。7.3 质量检查与验收
21、 煤气化炉渣路面基层施工质量检查与验收应满足JTG/T F20、JTG F80/1的相关要求。长期性能与耐久性-2018.11屯留县旅游路铺筑施工温度57d芯样6.2MPa90d芯样 11.9MPa经过最低零下15的冰冻，覆膜结冰但表面无结冰，春季消融取芯完整、无破坏抗冻性良好4.工 程 示 范长期性能与耐久性-2019.7屯留县旅游路铺筑 屯留县县城-老爷山-屯绛水库旅游公路已经连续铺筑12km；采用洒水养生，未见开裂现象。抗裂性良好4.工 程 示 范太行一号炉渣路面基层试验路方案 水稳炉渣和水稳碎石炉渣钻芯强度基本一致，且抗冻性良好；水稳碎石炉渣配合比设计报告由河南省公路工程试验检测中心有
22、限公司（甲级）出具。基层类型水泥用量（kg/m3）炉渣（%）碎石（%）固化剂（%）钻芯强度抗冻性水泥稳定炉渣12510000.44.994.0水泥稳定碎石炉渣*12570300.45.094.1*注：委托甲级机构检测4.工 程 示 范太行一号炉渣路面基层试验路施工4.工 程 示 范太行一号炉渣路面基层试验路检测评估 炉渣路面基层经微振碾压后压实度可达98%；水稳炉渣和水稳碎石炉渣5d钻芯完整，内部炉渣未见压碎，防压碎效果显著；水稳炉渣和水稳碎石炉渣5d钻芯强度基本一致，约5MPa。水稳炉渣1#芯水稳炉渣2#芯水稳碎石炉渣1#芯水稳碎石炉渣2#芯4.工 程 示 范编 制 单 位n 山西路桥建设集团有限公司n 武汉理工大学n 山西路桥集团晋南项目管理有限公司n 山西路桥集团太行旅游公路有限公司n 山西路桥集团试验检测中心有限公司n 长治市武理工工程技术研究院THANKS
