论文总字数：34123字

摘 要

基于实现绿色发展、绿色交通这一原则，提出采用碱渣改性磷矿尾砂，形成路基填筑材料的方案，一是解决连云港当地填料缺乏，长距离从外地购入填料，其运费与购买资金花费巨大这一问题，二是解决连云港碱厂自1989年建厂后所堆存的大量碱渣和连云港锦屏磷矿自1919年堆存的磷矿尾砂造成的环境影响和土地占用问题。将工业废弃物作为路基填料切合了江苏省绿色交通这一导向，也符合我国节能减排这一战略。

本文通过微观分析技术、宏观试验对碱渣、磷矿尾砂的成分以及物化特性进行了探究。明确了碱渣、磷矿尾砂的微观结构参数及相应的工程性能。分别对碱渣、磷矿尾砂进行了重金属浸出试验和易溶盐成分浸出试验，试验结果表明所浸出的相应离子浓度远低于规范规定的限值，两者皆可作为安全的工程建筑材料。在此基础上，研究了碱渣复合磷矿尾砂在不同配比下的力学特性，从而为碱渣-磷矿尾砂改性土的综合利用提供重要的技术依据。通过室内无侧限抗压强度试验发现当碱渣与磷矿尾砂质量比为6:4时，其无侧限抗压强度达到峰值。考虑到不同养护时长对改性土强度的影响，分别测定了试样在养护时间为24h、7d、14d下的无侧限抗压强度（在最佳配比下，改性土的强度分别为0.84MPa、0.94MPa、1.01Mpa），发现碱渣-磷矿尾砂改性土随着养护时间的增长，强度略有提升，但提升幅度较小，说明其龄期效应不明显。在最佳配比下，对改性土进行了承载比（CBR）试验，其结果表明碱渣-磷矿尾砂的强度特性与水稳性能良好。最后，本文提出了碱渣-磷矿尾砂改性土的现场施工工艺及质量控制技术。通过上述分析，说明碱渣-磷矿尾砂改性土是一种很有应用前景的道路工程新材料。

关键词：碱渣，磷矿尾砂，微观结构，物化特性，无侧限抗压强度

Abstract

Based on the principle of green development and green transportation，the proposal of adopting alkaline slag to modify phosphate tailings to form roadbed filling materials is to solve the problem of the lack of local fillers in Lianyungang and the huge freight and purchase costs because of the long-distance purchase of packing materials from other places. On the other hand, it is to solve the environmental impact and land occupation problems caused by the accumulation of large amounts of alkali slag after Lianyungang Soda Plant was built in 1989 and the Jinping Phosphate Mine in Lianyungang since 1919. The use of industrial waste as a roadbed filler is in line with the direction of green transportation in Jiangsu Province and also meets the strategy of energy conservation and emission reduction in China.

In this paper, the composition and physicochemical properties of alkali slag, phosphorite tailings were investigated by microscopic analysis techniques and macroscopic tests. The microstructure parameters and corresponding engineering performances of the alkali slag and phosphor tailings were clarified. The heavy metal leaching test and leaching test of easily soluble salt components were performed on the alkali residue and phosphor tailings, respectively. The test results show that the corresponding ion concentration leached is much lower than the specification limits, both of which can be used as safe engineering building materials. On this basis, the mechanical properties of alkali tailing compound phosphorite tailings under different mixing ratios were studied, which provided an important technical basis for the comprehensive utilization of alkaline residue-phosphorus tailings modified soil. Through the indoor unconfined compressive strength test, the unconfined compressive strength peaked when the mass ratio of the alkali residue and the phosphor tailings was 6:4. The unconfined compressive strengths of the samples at 24h, 7d, and 14d (0.84 MPa, 0.94 MPa, and 1.01 MPa, respectively) were measured. It was found that the alkali slag-phosphorus tailings modified soil slightly increased with the increase of curing time, but the increase was small, indicating that the age effect was not obvious. Through the test sample ratio (CBR) test and bubble water swelling test, the results show that the alkali residue-phosphorus tailings have good strength characteristics and water stability. Finally, this paper proposes the on-site construction technology and quality control technology of modified soil. Through the above analysis, it is shown that the alkali residue-phosphorus tailings modified soil is a promising new road engineering material.

KEY WORDS: alkali dregs，phosphor tailings，microstructure，physicochemical properties，unconfined compressive strength

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内外碱渣的研究现状 2

1.2.2 国内外磷矿尾砂的研究现状 4

1.3 主要研究内容与技术路线 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 技术路线 6

第二章 碱渣的工程性能 7

2.1 碱渣成分分析 7

2.1.1 碱渣基本物化性质 7

2.1.2 碱渣的元素分析 7

2.1.3 碱渣的化学成分分析 7

2.2 碱渣颗粒特性分析 8

2.2.1 试验设备 8

2.2.2 试样及土样分散处理 9

2.2.3 试验步骤 9

2.2.4 理论计算公式 10

2.2.5 注意事项 11

2.2.6 碱渣颗分曲线 11

2.3 碱渣的击实特性曲线 12

2.4 碱渣的重金属浸出试验 13

2.4.1 试验步骤 13

2.4.2 标准溶液配制要求 14

2.4.3 试验数据 14

2.5 本章小结 15

第三章 磷矿尾砂的工程性能 16

3.1 磷矿尾砂的物化特性 16

3.1.1 磷矿尾砂的化学成分 16

3.1.2 磷矿尾砂的放射性 16

3.2 磷矿尾砂的粒径分析 16

3.2.1 试验设备 17

3.2.2 试验步骤 17

3.2.3 结果整理 17

3.3 磷矿尾砂的击实特性曲线 18

3.3.1 实验设备 18

3.3.2 试验步骤 19

3.3.3 结果整理 19

3.4 磷矿尾砂易溶盐浸提液试验分析 20

3.5 本章小结 21

第四章 碱渣-磷矿尾砂复合改性土的工程性能 22

4.1 无侧限抗压强度试验 22

4.1.1 拟定方案 22

4.1.2 仪器设备 23

4.1.3 试验步骤 23

4.1.4 结果整理 24

4.2 承载比（CBR）试验 25

4.2.1 泡水膨胀量试验 25

4.2.2 贯入试验 26

4.2.3 结果整理 27

4.3 本章小结 27

第五章 碱渣-磷矿尾砂改性土在道路路基中施工质量控制 29

5.1 施工工艺要求 29

5.2 施工工艺流程 30

第六章 结论与展望 32

6.1 结论 32

6.2 展望 33

致 谢 35

参考文献 36

第一章 绪论

研究背景与意义

随着连云港交通基础设施建设的大力开展以及环境保护力度加大，当地合适的填筑材料缺乏，只能从外地等地购入土方，由于路途较长，在运费和购买填料的花费数额较大。在路基填料日益缺乏且成本越来越高的情况下，将工业废弃物作为路基填料是一个可选项，切合了江苏省绿色交通这一导向，也符合我国节能减排这一战略。

于1989年建成的连云港碱厂是我国“七五”国家重点投资项目，经过多年的运营，其碱渣堆存（粉体和形成的牛奶湖）造成的环境影响和土地占用问题已成为企业和当地政府的重要负担。碱渣的主要氧化物成分为，，等，且具有高碱性。根据前人的研究成果，可以发现碱渣可以用于改善土性。由于离子交换作用，碱渣溶液中的会将黏土中的与置换出来，从而得到的改性土其塑限增加，液限减少。有效的降低了改性土的膨胀性能，增强了土体遇水膨胀的稳定性能。此外，碱渣改性后的土体pH值会升高，pH升高也会让土体之间的离子交换量上升，提升土体水稳性能。碱渣粒径很小，其粒径一般小于0.075 mm，在0.005mm~0.05mm范围内的颗粒含量很高。碱渣属于粉土，天然含水率非常高，可达到260%以上，但由于其易失水的特性，失水后的碱渣强度也会迅速降低。可以概括地说，高液塑限特性、高含水率和高的粉粒含量是碱渣的主要特征^[1]。

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