鐵尾礦渣用作半剛性路面基層材料的抗沖刷性分析

摘? 要：為綜合利用鐵尾礦廢渣和工業(yè)粉煤灰，通過摻加不同劑量的水泥和粉煤灰處治鐵尾礦渣用作半剛性路面基層，對5個級配的混合料進行抗沖刷性預(yù)測分析。結(jié)果表明：鐵尾礦砂屬于細集料，為了提高混合料的密實性，應(yīng)摻入粉煤灰，隨著水泥劑量由3%逐步提高至7%，沖刷量下降很明顯，當水泥摻加計量為7%時滿足抗沖刷要求。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦渣;半剛性路面基層;抗沖刷性

Abstract： In order to comprehensively utilize iron tailing waste slag and industrial fly ash， the iron tailings slag was treated as a semi-rigid pavement base by adding different doses of cement and fly ash to predict and analyze the erosion resistance of the five graded mixtures. The results show： iron tailings slag is a fine aggregate. In order to improve the compactness of the mixture， fly ash should be added. As the cement dosage gradually increases from 3% to 7%， the erosion amount decreases significantly; when the cement dosage is at 7%， it meets the anti-scour requirements.

由生態(tài)環(huán)境部公示的 《2019年全國大、中城市固體廢棄物污染環(huán)境防治年報》中顯示：2018年重點發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)尾礦產(chǎn)生量為8.8億噸，占重點發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)一般固體廢物產(chǎn)生量的27.4%，綜合利用量為2.4億噸（其中利用往年貯存量1151.6萬噸），綜合利用率為27.1%。尾礦產(chǎn)生量最大的兩個行業(yè)是有色金屬礦采選業(yè)和黑色金屬礦采選業(yè)，其產(chǎn)生量分別為4.0億噸和3.7億噸，綜合利用率分別為23.4%和26.8%;2018年重點發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)的粉煤灰產(chǎn)生量5.3億噸，占比16.6%，綜合利用量為4.0億噸（其中利用往年貯存量為320.5萬噸），綜合利用率為74.9%，粉煤灰產(chǎn)生量最大的行業(yè)是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，其產(chǎn)生量為4.5億噸，綜合利用率為75.7%;其次是化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)， 造紙和紙制品業(yè)，其產(chǎn)生量分別為2565.3萬噸、1560.9萬噸、887.8萬噸和656.0萬噸，綜合利用率分別為61.8%、62.1%、68.8%和78.2%。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)可見開展礦山尾礦和工業(yè)粉煤灰的資源化利用是礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，也是改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的客觀要求。我國常用的道路半剛性基層材料主要是以水泥、石灰和粉煤灰等為主的無機結(jié)合料類穩(wěn)定材料，但半剛性基層材料特別是無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土類半剛性基層材料抗沖刷能力差，在被水沖刷后極易引起道路水損害[1]。國內(nèi)外很多對道路半剛性基層材料的抗沖刷性能研究，主要圍繞半剛性基層材料的混合料結(jié)構(gòu)類型[2]、水泥膠結(jié)料含量[3]、含水量及壓實度[4]等進行，都是單因素分析，沒有把諸多因素綜合分析，在利用無機結(jié)合料處治鐵尾礦渣用作半剛性路面基層時，應(yīng)考慮其具有足夠的水穩(wěn)定性。根據(jù)長安大學(xué)盛燕萍的“基于灰色理論的水泥穩(wěn)定碎石沖刷量模型”[5]可以較為準確地預(yù)測半剛性基層材料28d沖刷量值。

1 道路半剛性基層材料

1.1 鐵尾礦廢渣

在柞水木梓溝鐵尾礦庫取樣大致等量的鐵尾礦12份，每份5kg±0.1kg。測定其化學(xué)組成，結(jié)果見表1所示。

稱量500g鐵尾礦，進行篩分析法[6]試驗，結(jié)果見表2所示。

由表2可知：鐵尾礦顆粒粒徑在0.15mm～1.18mm之間的比例高達65.36%，鐵尾礦顆粒較細。按照公式（1）計算細度模數(shù)[7]，根據(jù)細度模數(shù)？滋f評定該鐵尾礦顆粒的粗細程度。

1.2 水泥

采用P.C32.5R水泥，經(jīng)檢測其化學(xué)成分見表3所示。

1.3 粉煤灰

2 不同鐵尾礦級配的抗沖刷性分析

2.1 沖刷量預(yù)測模型

無機結(jié)合料處治鐵尾礦用作半剛性路面基層材料，無機結(jié)合料為水泥內(nèi)摻入一定劑量的粉煤灰，按照文獻[5]的沖刷量預(yù)測模型分析其抗沖刷性。骨架密實型結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石沖刷量的預(yù)測模型簡化式為：

2.2 鐵尾礦級配

鐵尾礦砂細度模數(shù)為2.19，屬于細砂，根據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》的高速公路和一級公路的碎石CF-A-2S級配技術(shù)要求[9]，將鐵尾礦廢渣大量進行利用在半剛性路面基層，應(yīng)按照表5的篩孔通過率對鐵尾礦進行改良。骨架密實型集料分形維數(shù)D的計算的級配表，見表6所示。

碎石按照表5的高速和一級公路的CF-A-2S級配通過率要求和鐵尾礦進行組合配比，其中鐵尾礦位于0.075mm～4.75mm粒徑范圍不能滿足的用機制砂或河砂進行補配，粒徑通過率超過表5中要求的應(yīng)篩出，從而保證集料級配的用量按照高速和一級公路的CF-A-2S級配通過率要求。

水泥劑量按照3%、5%、7%的比例摻加，測定各配合比下所用的含水量，根據(jù)表5數(shù)據(jù)，按照公式（4）進行計算級配1～5的集料粒徑分維數(shù)D，公式（2）計算沖刷量L，計算結(jié)果見表6所示。

從表5可知，隨著水泥劑量由3%逐步提高至7%，按照預(yù)測模型計算的沖刷量下降很明顯，從44.2483g降低到18.4535g，降低率58.3%，足以說明水泥穩(wěn)定鐵尾礦碎石抗沖刷性的使用劑量很重要，為滿足半剛性路面基層混合料的抗沖刷要求，水泥使用比例不少于7%。為了更好地滿足抗沖刷性，應(yīng)根據(jù)公路等級進行合理優(yōu)化水泥劑量和鐵尾礦碎石的級配，為了提高混合料的密實性，水泥處治碎石和鐵尾礦的混合料中應(yīng)摻入粉煤灰，添加粉煤灰的比例宜為20%～40%，進行進一步試驗確定[10]，混合料中粉煤灰的光滑微珠起到了一種類似“滾珠”的促進細小顆粒密實的“形態(tài)效應(yīng)”[11]。

3 結(jié)論

通過對鐵尾礦用作半剛性路面基層的抗沖刷性進行的分析，得出結(jié)論：

（1）鐵尾礦砂屬于細集料，為了提高混合料的密實性，混合料中應(yīng)摻入粉煤灰。

（2）隨著水泥劑量由3%逐步提高至7%，預(yù)測的沖刷量下降很明顯，為滿足半剛性路面基層混合料的抗沖刷要求，水泥使用比例不少于7%。

（3）用水泥粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦用于道路的路面基層材料，將極大提高粉煤灰和鐵尾礦的固廢資源化利用，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

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