鐵尾礦在道路基層材料中的應(yīng)用研究進展

1、第４７卷第２期２０１８年２月應(yīng)用化工AppliedChemicalIndustryVol４７No２Feb２０１８收稿日期：２０１７０９１８修改稿日期：２０１７１１０９基金項目：江西省科技支撐計劃資助項目（２０１３３BBG７０１０３）；江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項目（GJJ１４４３５）作者簡介：曾雅鈺瓊（１９９３－），女，江西贛州人，江西理工大學(xué)在讀碩士研究生，師從潘建平教授，主要從事巖土工程方面的研究。電話：１３６６７０４３８１７，E

2、－mail：４０６５１０７７５＠qqcom鐵尾礦在道路基層材料中的應(yīng)用研究進展曾雅鈺瓊１，潘建平１，楊秀英１，曾斌２（１江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州３４１０００；２江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院園林與建筑學(xué)院，江西贛州３４１０００）摘要：通過對鐵尾礦用于道路基層材料的物理力學(xué)性能及耐久性分析，論證鐵尾礦作為道路基層材料的可行性。分析國內(nèi)外鐵尾礦在道路基層中的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)其存在粒度過細(xì)，粘粒含量太少，級配不良的問題，認(rèn)為鐵尾礦可替代部

3、分傳統(tǒng)骨料。針對其存在的不足，為改進試驗方案，提出了采用有效外加劑單摻、雙摻、復(fù)摻的方法，優(yōu)化級配和室內(nèi)試驗等措施，改善基層材料的力學(xué)性能及耐久性，使其最終能夠達到高等級公路的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：鐵尾礦；基層材料；外加劑；級配中圖分類號：TQ１３；TD９８；TU５文獻標(biāo)識碼：A文章編號：１６７１－３２０６（２０１８）０２－０３５８－０７ApplicationofirontailingsinroadbasematerialsZENGYayu

4、qiong１，PANJianping１，YANGXiuying１，ZENGBin２（１SchoolofArchitecturalSurveyingEngineering，JiangxiUniversityofScienceTechnology，Ganzhou３４１０００，China；２SchoolofLscapeArchitectureArchitecture，JiangxiEnvironmentalEngineeringVocatio

5、nalCollege，Ganzhou３４１０００，China）Abstract：Throughtheanalysisofthemechanicalpropertiesdurabilityofironetailingsfthebasematerial，thefeasibilityoftheirontailingsasthepavementbasematerialwasdemonstratedThispaperanalyzedtheappl

6、icationofirontailingsathomeabroadintheroadbed，foundthattherearetoosmallgrainsizes，toolittleclaycontentpogradationItisbelievedthatirontailingscanreplacesometraditionalaggregatesIndertoimprovetheexperimentalscheme，themetho

7、dofaddingsingleadmixture，doubleadmixturecomplexadmixture，optimizingthegravelscontentgradationincreasethetriaxialtestisputfwardtoimprovethemechanicalpropertiesdurabilityofthebasematerial，sothatitcaneventuallyreachthehighw

8、aydesignstardsKeywds：ironetailings；basecourse；admixture；grading鐵礦山在開采選礦后的殘渣形成了鐵尾礦，其粒度較細(xì)，主要堆存于尾礦庫中。我國的尾礦庫數(shù)量較多，且多為穩(wěn)定性差的小庫。據(jù)統(tǒng)計，至２０１５年底國內(nèi)約有１４６億t的尾礦堆存量，尾礦庫高達１２６００座［１］。目前，發(fā)達國家對尾礦的利用效能較高，可達６０％，德國則具備能將工業(yè)廢料利用效能提升至８０％以上的先進技術(shù)，歐洲大部分

9、國家甚至正以采礦無廢料產(chǎn)生為標(biāo)準(zhǔn)進行礦山作業(yè)及后期的加工處理，而尾礦在我國的利用效能卻只有１８９％。利用效能的不足導(dǎo)致大批的耕地和林業(yè)用地被長期占用以堆存尾礦，造成尾礦庫地區(qū)用地緊張，某些偏遠(yuǎn)地區(qū)選礦廠甚至不經(jīng)正規(guī)處理程序直接將尾礦排入天然河溝中。例如，礦產(chǎn)豐富的山西省，礦廠建有尾礦庫的竟只占１０％的比例，而其他選礦廠均將尾礦直接排入大自然中，導(dǎo)致了尾礦堆積如山的嚴(yán)重后果。在發(fā)達國家和發(fā)展中國家，工業(yè)副產(chǎn)品和安全儲藏區(qū)缺乏造成了嚴(yán)重的生

10、態(tài)問題，廢料管理已成為全球關(guān)注重點。近年全球尾礦庫潰壩事故率一路走高［２］，據(jù)theWldInfmationServiceonEnergy網(wǎng)站近１０年的尾礦壩潰壩資料顯示，事故主要發(fā)生在中國、巴西和加拿大。尾礦堆存是重大危險源，傳統(tǒng)尾礦庫管理難度較高，安全、環(huán)境、生態(tài)和社會危害等問題較大，一旦潰壩后果嚴(yán)重，而尾礦卻是重要資源。因此，如何將尾礦進行無害化處理和資源再利用是值得進行深入研究的課題。道路工程耗材較多，尤其是砂石骨料的使用，若能

11、將鐵尾礦應(yīng)用在道路鋪筑工程中，不但能夠處理大批的尾礦，削減庫存量、降低對土地資源的浪費，而且還能在很大程度上減少對天然砂石骨料的大量消耗，防止對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害，并節(jié)省了道路工程萬方數(shù)據(jù)應(yīng)用化工第４７卷成分相似。因而，由其構(gòu)成成分和礦物組成分析可得，將其應(yīng)用于道路基層混合料當(dāng)中是合理的。表1國內(nèi)外部分鐵尾礦化學(xué)成分［8，1927，32，3637］Table1Chemicalcompositionofirontailingsathomea

12、broad％鐵尾礦產(chǎn)地SiO２?Al２O３Fe２O３5CaOMgOTFeMnOSO３P２O５首鋼遷安７６R４５３▌１３１３靠５２３a３７１６７－０o１３－０１０鞍鋼齊大山８２R８０－１３靠０４０a７８１０７－０o０６０－－江西太和３５R８６１１▌５６７靠４１１a３２９２５１３▌４２－－－通鋼板石５４R４２６▌１７１２靠４２６a０７３１７－－０9４１－武鋼金山店３４R５２８▌３５１１靠２３１３a０２８０５６▌４８－－－陜西柞水７５R８６０

13、▌２７８靠６５２a６９２０８－－－１２５遼寧朝陽７４R９８６▌５６７靠６３２a４１２９８－－－０３２河北淶源６３R８９７▌５８９靠３２８a５５２９５－－－－北京密云６５R２７７▌４６１１靠８０３a８０５２７－－－－巴西２０R４１１▌２０６８靠０５－－－０o１２７－－瑞典６３R１０１１▌４０８靠４５１a１２６６５－－－－印度基里布魯５１R２１▌２２４４靠３６０a２２－－－－－印度新德里７R４２３▌４７５８靠２４０a０９００８－－－－注：“

14、－”代表無該化學(xué)成分。從物理力學(xué)方面分析，道路基層是承重層，需滿足在承受道路設(shè)計荷載作用下其結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，及因剪切強度或彎拉強度不足而發(fā)生的破壞等要求?！豆返缆坊鶎邮┕ぜ夹g(shù)細(xì)則》中規(guī)定基層材料顆粒間摩擦系數(shù)大，壓縮率小，具有一定的剛度、耐久性和良好的水穩(wěn)定性，經(jīng)壓實可獲得滿意的強度。普通砂表面較鐵尾礦光滑，棱角更少，因而后者的顆粒間摩擦阻力相對較大，更有利于與基層的混合料產(chǎn)生膠結(jié)反應(yīng)，有助于提高無機結(jié)合料的強度和穩(wěn)定性。由

15、于鐵尾礦粒徑較小，重度相對較大，具有憎水性強、結(jié)構(gòu)抗擾動性不強的特點，且其粘粒含量太少，為了增強礦物混合料的黏聚力，改善其親水性，進而改變壓實性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，可采取摻入無機結(jié)合材料的方法，對其進行穩(wěn)定，使得其穩(wěn)定后的鐵尾礦砂混合料能滿足相關(guān)規(guī)范的要求。由無機結(jié)合料鋪筑而形成的路面具有相對較高的物理力學(xué)性能，并且鋪筑時間愈長，其強度和彈性模量愈大。因此，將其用作基層材料能夠滿足抗沖刷和適當(dāng)抗變形能力及強度的要求。綜合上述三方面分析，鐵尾

16、礦使用無機結(jié)合料改進后能夠滿足規(guī)范中對道路基層材料的要求，因此，使用其作為道路基層材料是可行的。3國內(nèi)外鐵尾礦用于基層材料的應(yīng)用31國外鐵尾礦用于道路基層材料的應(yīng)用研究國外關(guān)于鐵尾礦運用于基層材料當(dāng)中已有大量實例，并已取得了較為完整的理論，既包含了物理力學(xué)性能和耐久性，還包括了配合比的設(shè)計和微觀性能等。因為鐵尾礦庫存量十分充裕，而基層的填筑對填料的消耗量巨大，所以將其應(yīng)用至基層當(dāng)中十分普遍。文獻［２８３０］表明，在美國已有半數(shù)自治州將尾

17、礦作為基層材料應(yīng)用于其道路建設(shè)當(dāng)中。１９６０年明尼蘇達州將鐵尾礦就應(yīng)用于某條城市道路的底基層中，在高速公路的修建中也有應(yīng)用并且至今服役良好。在這之后，１９６２年，又將鐵尾礦用于公路的填料及瀝青道路基層，１９７０年左右，鐵尾礦被應(yīng)用于某公路各層結(jié)構(gòu)中，至今這條公路使用狀態(tài)依然良好。１９８０年在修建某道路穿越沼澤不良地質(zhì)時，選用鐵尾礦為其筑路材料，之后的１０年，將鐵尾礦應(yīng)用在瀝青罩面層中的情況尤為普遍，從梅蘇比地區(qū)到雙子星城、大瀑布城至木耳

18、黑的地區(qū)以及威爾瑪市都鋪筑了鐵尾礦罩面層且現(xiàn)今仍在使用。埃弗萊斯修筑的某條道路當(dāng)中，其路面所有的結(jié)構(gòu)層都使用了鐵尾礦，而瀝青在其中所占的比例還未達到１０％，且至今該段道路使用已有近半個世紀(jì)，而沒有出現(xiàn)較大的問題。２０世紀(jì)９０年代末，某公路的實驗性路段選用鐵尾礦和瀝青作為其滲水性基層混合料。自２１世紀(jì)初，在明尼蘇達州道路工程無論是新建還是舊路改造當(dāng)中，鐵尾礦的應(yīng)用都很普遍。在２００３～２００６年多項重建工程中，鐵尾礦碎石分別作為瀝青路面的

19、底基層和混凝土路面的基層材料。據(jù)統(tǒng)計［３１］，該城市公路工程中使用鐵尾礦的項目超過４００項，總長度超過１１２０m。近年，Lucas［３２］就巴西某鐵尾礦作為道路材料的可行性做了研究。鐵尾礦砂摻加部分水泥、石灰、煉鋼爐渣進行固化。實驗研究前先進行化學(xué)、礦物學(xué)、環(huán)境方面（溶解和浸出）的檢測，確定鐵尾礦無毒且非惰性后。分別進行最大干密度和最佳含水率測試，CBR測試（加州承載比測試）以及膨脹系數(shù)測試與規(guī)范中基層和底基層應(yīng)滿足的對應(yīng)值進行對比０６