تُستخدم طبقات الأساس الترابية المُثبَّتة بالأسمنت على نطاق واسع في إنشاء قواعد الطرق السريعة. وعلى وجه الخصوص، تتطلب طبقات الأساس المصنوعة من الحصى المُثبَّت بالأسمنت كمية كبيرة من الحصى كمواد حشو. وفي الوقت نفسه، تشبه مواد المخلفات الركام الحجري المُكسَر ميكانيكيًا؛ لذلك، يمكن استخدام الحجارة المسحوقة من المخلفات التي تم فصلها مغناطيسيًا ورمل المخلفات لتحل محل الحجارة المسحوقة في تحضير خليط المخلفات المُثبَّت بالأسمنت. ويمكن أن يؤدي استخدام رمل المخلفات في قاعدة الرصف، إلى حد ما، إلى تقليل التلوث البيئي، والاستفادة من موارد المناجم، والحفاظ على موارد الأراضي، وخفض تكاليف البناء.

6.1.1 متطلبات المواد

عند استخدام الجير أو الرماد المتطاير أو الأسمنت لتثبيت رمل المخلفات المعدنية لأغراض إنشاء القاعدة، يجب أن تستوفي جودة جميع المواد متطلبات المواصفات الفنية لإنشاء الطبقات التحتية لرصف الطرق السريعة. يجب أن يستوفي الجير الحي المتطلبات الفنية الخاصة بالجير المائي من الفئة الثالثة أو أعلى، وينبغي تقليل مدة تخزينه إلى أدنى حد ممكن. وفي حالة إطالة مدة التخزين، يجب تغطيته وإغلاقه بإحكام؛ ويُنصح بشرائه واستخدامه حسب الحاجة.

(1) الرماد المتطاير: يجب أن يكون المحتوى الإجمالي لـ SiO₂ و Al₂O₃ و Fe₂O₃ في الرماد المتطاير أكبر من 70%؛ ويجب ألا تتجاوز الخسارة عند الاحتراق 20%؛ ويُفضل أن تكون المساحة السطحية النوعية للرماد المتطاير أكبر من 2,500 م²/كجم (أو 90% تمر عبر منخل 0.3 مم و70% تمر عبر منخل 0.075 مم).

(2) الأسمنت: يجب أن يكون الأسمنت من نوع الأسمنت البورتلاندي العادي، أو أسمنت البورتلاندي المخلوط بخبث أفران الصهر، أو أسمنت البورتلاندي البوزولاني من الدرجة 32.5، على أن يكون وقت التصلب الأولي له أكثر من 3 ساعات. ويحظر استخدام الأسمنت سريع التصلب، أو الأسمنت سريع القوة، أو الأسمنت التالف أو الرطب.

(3) رمل المخلفات: يجب أن يكون رمل المخلفات المستخدم في تطبيقات الطرق السريعة عمومًا عبارة عن مواد نفايات ناتجة عن معالجة الصخور الصلبة، ويجب أن يكون نظيفًا وخاليًا من الشوائب. وعند استخدامها في عمليات التثبيت باستخدام الجير والرماد المتطاير أو الأسمنت والرماد المتطاير أو الجير والرماد المتطاير، يجب ألا يتجاوز محتوى الجسيمات الأصغر من 0.075 مم 7%؛ وعند استخدامها في عمليات التثبيت باستخدام الأسمنت، يجب ألا يتجاوز محتوى الجسيمات الأصغر من 0.075 مم 5%.

(4) الماء: يجب استخدام مياه صالحة للشرب.

(5) نسبة تركيب المواد: بالإضافة إلى استيفاء متطلبات التدرج المحددة في المواصفات الفنية لإنشاء الطبقات التحتية لرصف الطرق السريعة, ، وقد يُشار في تصميم نسب الحجر المسحوق المُثبَّت بالأسمنت ورمل المخلفات أيضًا إلى طريقة تصميم تركيبة مواد الخرسانة الأسمنتية — أي أن نسبة رمل المخلفات تُحدد بطريقة نسبة الرمل (أو بالرجوع إلى طريقة تصميم الخرسانة الأسمنتية الخفيفة). بالنسبة للحجر المسحوق ورمل المخلفات المُثبَّتَين بالجير ورماد الفحم المتطاير، يجب أن تُحافظ قوة الضغط غير المقيدة بعد 7 أيام للطبقات التحتية والقاعدية على مستوى أعلى من 0.6 ميجا باسكال وفقًا لمعايير الطرق السريعة الثانوية. بالنسبة للحجر المسحوق ورمل المخلفات المُثبَّت بالأسمنت والمستخدم كقاعدة للرصف، يجب أن تُحافظ قوة الضغط غير المقيدة بعد 7 أيام على مستوى أعلى من 3,0 ميجا باسكال.

6.1.2 عملية البناء والمراقبة

6.1.2.1 الخلط

يجب استخدام عملية الخلط في المحطة المركزية باستخدام معدات مخصصة لخلط التربة المُثبَّتة، مزودة بأجهزة قياس إلكترونية. ويجب الالتزام بالمتطلبات التالية أثناء عملية الخلط:

(1) يجب أن تتوافق جميع المواد الواردة مع المواد المنصوص عليها في تصميم نسب الخلط.
(2) يجب معايرة جميع أجهزة القياس الموجودة في معدات الخلط بالمصنع واعتمادها من خلال عملية التحقق المترولوجي قبل استخدامها.
(3) يجب إجراء عمليات الخلط التجريبي والمعايرة وفقًا لنسب خلط البناء، ويجب تحديد نسبة التفريغ لكل صومعة من الركام عن طريق القياس المنفصل.
(4) يجب مراقبة نسبة الرطوبة بدقة بحيث تكون نسبة الرطوبة في الخليط، عند نقله إلى الموقع ودكّه، قريبة من نسبة الرطوبة المثلى.
(5) يجب أن يكون الخليط متجانسًا؛ ويجب التخلص من الدفعة الأولى من الخليط.
(6) أثناء أعمال البناء في موسم الأمطار، يجب اتخاذ التدابير اللازمة لحماية الركام من المطر، كما يجب تغطية شاحنات نقل الخلطة بشكل مناسب.
(7) في الأحوال الجوية التي تتسم بالرياح والجفاف والحرارة، يجب تعديل نسبة الرطوبة على الفور.
(8) يجب أن يتناسب عدد مركبات نقل الخليط مع الطاقة الإنتاجية لمعدات الخلط.

6.1.2.2 التوزيع واللف

يجب استخدام آلة رصف التربة المُثبَّتة لنشر الخليط. وقبل النشر، يجب تنظيف الطبقة السفلية ورسم خطوط التسوية. وللتحكم الفعال في العرض، يمكن أولاً إنشاء حواجز جانبية على جانبي الطبقة التحتية وفقًا لسمك الطبقة السائبة، بعرض يتراوح بين 30 و50 سم؛ ويجب قياس الارتفاعات على فترات تبلغ 5 أمتار، ووضع خطوط من الأسلاك الفولاذية باستخدام أوتاد وفقًا لسمك الطبقة السائبة. يجب ألا يتجاوز عرض النثر لكل آلة رصف 7 م؛ ويفضل نثر العرض الكامل في مسار واحد باستخدام آلتَي رصف في تشكيل متدرج. يجب التحكم في سرعة النثر عمومًا عند 2–4 م/دقيقة، ويجب توفير عدد كافٍ من مركبات النقل أمام آلة الرصف لضمان نثر متجانس ودون انقطاع. ويُفضل أن يتم الدك باستخدام مدحلات اهتزازية تزن 18 طنًا أو أكثر ومدحلات ذات إطارات مطاطية؛ ويجب تحديد عدد المدحلات وعدد مرات الدك من خلال أقسام تجريبية، بحيث لا يقل عدد المدحلات عمومًا عن ثلاث مدحلات. ويجب أن يتم الدك على ثلاث مراحل: الدك الأولي، والدك المتوسط، والدك النهائي. أثناء الدك الأولي، يجب استخدام الدك الثابت، بحيث تتبع الأسطوانة آلة رصف الأسفلت في مسار على شكل حرف S للتوقف والرجوع للخلف، مع تداخل بمقدار نصف عرض الأسطوانة؛ وتُعتبر المرة الواحدة مكتملة عند دك العرض الكامل للرصف. بشكل عام، يلزم إجراء 6–8 تمريرات دك؛ ويجب دك الأكتاف وطبقة الأساس في وقت واحد. يجب التحكم في سرعة الدك عمومًا عند 1.5–2.5 كم/ساعة. بالنسبة للدك المتوسط، يجب استخدام مدحلات ذات إطارات مطاطية. يُحظر تمامًا على المداحل القيام بانعطافات على شكل حرف U أو الكبح بشكل حاد على الأجزاء المكتملة أو التي يجري دكها، ويجب التحكم بشكل صارم في مناطق الدك الأولي والوسيط والنهائي. يُحظر تمامًا الدك الاهتزازي المتداخل على الأجزاء التي اتخذت شكلها بالفعل وتجاوزت وقت التصلب النهائي.

6.1.2.3 المعالجة وتنظيم حركة المرور

بعد الانتهاء من دك كل منطقة ضغط واجتياز درجة الضغط للفحص، يجب أن يبدأ التماسك بالرطوبة على الفور. وبعد دك الطبقة التحتية المكونة من رمل المخلفات المُثبَّت بالجير أو الرماد المتطاير أو الأسمنت وفحصها، يجب خشونة السطح باستخدام فرشاة سلكية أو أدوات أخرى، ثم يبدأ التماسك. يُوصى بالتجفيف بالرمل الرطب؛ وخلال فترة التجفيف، يجب الحفاظ على رطوبة طبقة الرمل. وبعد 7 أيام من التجفيف، يجب إزالة جميع مواد التغطية تمامًا. بالنسبة للحجر المسحوق ورمل المخلفات المُثبَّت بالجير أو الرماد المتطاير أو الأسمنت، يمكن استخدام شاحنات الرش للمعالجة بالماء؛ وخلال فترة المعالجة، يجب الحفاظ على رطوبة سطح الطبقة التحتية، ويجب أن تستمر المعالجة بالرطوبة لمدة 7 أيام. إذا كانت الطبقة السطحية من الخرسانة الإسفلتية، فيجب قبل المعالجة بالماء خشونة السطح الأملس للطبقة التحتية عن طريق الفرشاة لتوفير درجة معينة من الخشونة، مما يسهل تغلغل زيت الطبقة التمهيدية والترابط بين الطبقتين التحتية والسطحية، ويمنع تشكل أخاديد في الرصف. لضمان فعالية تغلغل زيت الطبقة التمهيدية، يُنصح بتطبيق زيت الطبقة التمهيدية بعد 3–4 أيام من المعالجة، ثم إنشاء الطبقة السطحية بعد انتهاء فترة المعالجة، لتقليل تشققات الانكماش الناتجة عن الجفاف في الطبقة التحتية بسبب التعرض المطول لأشعة الشمس. خلال فترة المعالجة، يُحظر تمامًا على المركبات الثقيلة، باستثناء شاحنات المياه، السير على الطبقة التحتية.

6.1.3 تأثيرات التطبيق

في عام 2009، استخدم مكتب النقل في مقاطعة لونغهوا، بمدينة تشنغده، بمقاطعة هيبي، مخلفات خام الحديد من شركة جينغو للتعدين في مقاطعة لونغهوا كمواد خام رئيسية للحصى المسحوق في الطبقة التحتية المُثبَّتة بالأسمنت، وذلك خلال أعمال إعادة بناء الطريق السريع «هان-غو». وقد نجح هذا المشروع في الاستفادة من مخلفات التعدين في بناء الطبقة التحتية للطريق السريع، مما أدى ليس فقط إلى توفير استهلاك الأسمنت، بل أيضًا إلى ضمان جودة البناء.

أجرت وحدة الإنشاءات أولاً اختبارات تحليل الغربلة واختبارات مقاومة الضغط غير المقيد على مخلفات التعدين. وأظهرت نتائج الاختبارات أن حجم جسيمات مخلفات التعدين ومقاومة الضغط غير المقيد للحجر المسحوق المُثبَّت بالأسمنت تستوفي متطلبات المعايير الهندسية الحالية للطرق السريعة، وأن مادة مخلفات التعدين يمكن أن تفي بمتطلبات مواد تثبيت الطبقة التحتية. ومن خلال إجراء المزيد من الاختبارات، تم تحديد المحتوى الأمثل للرطوبة في الحجر المسحوق المُثبَّت بالأسمنت بـ 5.0%، والكثافة الجافة القصوى بـ 2.53 غ/سم³. في مشروع إعادة بناء خط هان-غو، كانت نسب الخلط لكل طن من قاعدة الحجر المسحوق المُثبَّت بالأسمنت هي: الأسمنت : مخلفات التعدين : الماء = 45 : 905 : 50. بعد انتهاء فترة معالجة القاعدة المخلوطة، أُجريت اختبارات ميدانية واختبارات أخذ العينات الأساسية، وتوافقت جميع نتائج الاختبارات مع المواصفات الخاصة ببناء القاعدة. ومن بينها، بلغ متوسط قوة 7 أيام 3152 ميجا باسكال، والحد الأقصى 5120 ميجا باسكال، والحد الأدنى 3143 ميجا باسكال. وبعد فتح الطريق السريع أمام حركة المرور، لم تحدث أي أعطال في الرصف، وكان أداؤه جيدًا؛ كما اجتاز الفحوصات العشوائية التي أجرتها إدارات مراقبة الجودة على مستوى المقاطعة والبلدية، واستوفى متطلبات المواصفات.

استخدم هذا المشروع أكثر من 32,000 طن من مخلفات التعدين، مما أدى إلى توفير ما يزيد عن 400,000 يوان من تكاليف المواد بفضل استخدام هذه المخلفات، مما أدى إلى تحقيق قيمة اقتصادية كبيرة.

في الفترة من عام 2004 إلى عام 2009، أجرى مكتب النقل بمدينة تشيانآن، مقاطعة خبي، بحثًا حول استخدام رمل المخلفات في خمسة مشاريع طرق سريعة ريفية في تشيانآن، حيث استُخدم رمل المخلفات بدلاً من الحصى في طبقات الأساس من الحصى المسحوق والمثبت بالجير والرماد المتطاير، بمساحة إجمالية بلغت 23,420 م / 268,364 م². وأظهرت نتائج اختبار الطبقة التحتية أن القوة استوفت متطلبات التصميم.

قام شو شواي، من كلية لياونينغ المهنية للهندسة المعمارية، بدراسة جدوى استخدام مخلفات الحديد كبديل لجزء من الرمل والحصى في مواد بناء الطرق، وذلك من خلال تحليل البيانات التجريبية. وكانت المواد الخام المختارة للاختبار هي مخلفات الحديد ورمل الجير. وقد تم الحصول على رمل مخلفات الحديد من مخلفات الحديد في قيداشان التابعة لشركة أنشان أنستيل؛ أما الجير المائي فقد تم الحصول عليه من مصنع رونغفا للجير في أنشان، لياونينغ، وهو من فئة الجير الكلسي من الدرجة الثالثة. وبناءً على خصائص المواد، تم تصميم نسبة خلط مخلفات الحديد المثبتة بالجير. ومن خلال نسب الخلط المعقولة، أُجريت على الخليط اختبارات الضغط، واختبارات قوة الضغط غير المحصورة، واختبارات معامل المرونة، واختبارات قوة الشد بالانشقاق. وأظهرت نتائج الاختبارات أن النسبة المناسبة للمواد الخام لمخلفات الحديد المستقرة بالجير هي الجير : مخلفات الحديد = 30 : 100، مع محتوى رطوبة أمثل يبلغ 14.89% وكثافة مضغوطة تبلغ 1.928 طن/م³. وقد استوفت جميع مؤشرات الاختبارات متطلبات المواصفات الفنية لإنشاء الطبقات التحتية لرصف الطرق السريعة (JTJ 034—2000), ، وتفي بمتطلبات التصميم الخاصة بطبقات الأساس للرصف، ويمكن استخدامها في طبقات الأساس للطرق الثانوية أو الطرق ذات الدرجة الأدنى.

6.2 رمل المخلفات المستخدم في ردم السدود

يمكن استخدام رمل المخلفات كمواد ردم للسدود. ويتم البناء باستخدام طريقة السدود الجانبية والخنادق، أي يتم إنشاء سدود ترابية بعرض يتراوح بين 1.5 و2.0 متر على جانبي القاعدة الترابية، بحيث لا يتجاوز ارتفاعها 30 سم ويكون مساوياً لارتفاع كل طبقة من رمل المخلفات؛ وعلى طول القاعدة التحتية، يتم تخصيص فتحة تصريف بعرض 30 سم كل 20 مترًا، وتُملأ بمواد قابلة للنفاذ، ويتم دكها بالتزامن مع دك القاعدة التحتية من رمل المخلفات. يتم ردم رمل المخلفات في خندق الطبقة التحتية؛ وقد تتعرض الطبقة السطحية لردم رمل المخلفات لاضطراب طفيف وقد تصبح سائبة. قبل ردم كل طبقة، يجب رش الماء لترطيبها، ويجب أن يتم الردم باستخدام طريقة البناء العكسي. يجب تسوية رمل المخلفات وضغطه بشكل ثابت بواسطة الجرافات أو الممهدات الآلية أو اللوادر، ثم ضغطه بواسطة المداحل الاهتزازية. أثناء الدك، يجب التحكم بدقة في محتوى الرطوبة، ويجب الحفاظ عليه عمومًا عند 1–2 نقطة مئوية فوق محتوى الرطوبة الأمثل؛ فإذا كان محتوى الرطوبة منخفضًا جدًّا، فلن تتمكن الأسطوانة من التحرك والضغط بفعالية. ونظرًا لتباين رمل المخلفات من حيث محتوى الخام وصلابته، تختلف طرق الضغط أيضًا. بالنسبة لرمل المخلفات الذي يحتوي على نسبة عالية من الغبار والطمي، يمكن ضغطه مباشرةً باستخدام المداحل؛ أما بالنسبة لرمل المخلفات الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الغبار والطمي، فيمكن استخدام طريقة الترسيب المائي، بمساعدة المداحل لتحقيق تأثير الضغط المطلوب. عندما يصل رمل المخلفات إلى عمق 15–20 سم تحت السطح العلوي للطبقة التحتية، يجب استخدام تربة متماسكة ذات محتوى عالٍ من الطين لضغط وتشكيل طبقة التغطية. بشكل عام، يجب كشط رمل المخلفات السطحي السائب لكشف سطح أملس ومضغوط، ويجب قياس درجة الضغط باستخدام طريقة مخروط الرمل أو طريقة كيس الماء.

استخدام مخلفات الحديد بدلاً من رمل الأنهار في رصف الطرق بالخرسانة الأسمنتية

يُعدّ الإسمنت والخرسانة من أهم مواد رصف الطرق المستخدمة على نطاق واسع في الصين. وتتميز هذه المواد بمزايا عديدة، مثل القوة العالية، والاستقرار الجيد، والمتانة، وتوفير ظروف مواتية للقيادة ليلاً، وهي تُستخدم على نطاق واسع في جنوب الصين. يستهلك رصف الخرسانة الأسمنتية كميات كبيرة من رمل الأنهار. وإذا أمكن استخدام مخلفات الحديد بدلاً من رمل الأنهار في صناعة الخرسانة، فسيشكل ذلك إنجازاً كبيراً في مجال الاستفادة من النفايات الصناعية (المواد المهدرة) في الصين.

في عام 2006، أجرى معهد تصميم التعدين التابع لمجموعة «أنستيل» ومصنع الخرسانة الجاهزة التابع لشركة «أنستيل للإنشاءات» اختبارات مشتركة على كتل اختبارية من الخرسانة باستخدام مخلفات الحديد كبديل لرمل الأنهار العادي. وقد تم الحصول على مخلفات الحديد كمواد خام من بركة مخلفات فنغشويغو، بينما تم الحصول على الحجر المسحوق من المحجر المحلي، وكان الأسمنت المستخدم هو أسمنت بورتلاند العادي من نوع C32.5 المصنوع من خبث الصلب. وكانت النسبة الكتلية للأسمنت : الحجر المسحوق : مخلفات الحديد : الماء هي 1 : 2.82 : 1.26 : 0.45. بعد الخلط الميكانيكي، تم تصنيع مجموعتين من كتل اختبار الخرسانة القياسية C25 (100 مم × 100 مم × 100 مم، 3 كتل لكل مجموعة). وبعد 28 يومًا من المعالجة المختبرية القياسية، أُجريت اختبارات مقاومة الضغط، وتظهر النتائج في الجدول 6-1. وكما يتضح من الجدول، بلغت مقاومة الخرسانة ما يزيد عن C35.

الجدول 6-1: نتائج اختبار مقاومة الضغط لكتل الخرسانة التجريبية التي استُخدمت فيها مخلفات الحديد بدلاً من رمل النهر