CN102531437A - 一种尾矿砂二合土路面底基层混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种尾矿砂二合土路面底基层混合料及制备方法，用以解决废弃尾矿砂的资源利用问题。它是以铁选矿尾矿砂和粘土为主要原料，经石灰固化后直接用于道路底基层填筑。该底基层材料中各组份的重量百分比为：铁选矿尾矿砂15~40%、石灰5~10%、粘土50~80%，以上各组成之和为100%。根据混合料最佳含水量和最大干密度，按既有石灰工业废渣稳定类底基层施工工艺实施，即可得到路面底基层。本发明将铁选矿尾矿砂应用于道路底基层中，综合利用大量尾矿砂，减少了尾矿库占用的土地，同时代替大量底基层填料，节省土地资源，降低了道路工程造价。此外，尾矿砂-石灰-粘土混合料制备应用工艺简单，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种道路底基层材料及其制备方法，尤其涉及一种尾矿砂二合土路面底基层混合料及其制备方法，属于土木工程材料技术领域。
背景技术
尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下，将矿石磨细，选取“有用组分”后排放的废弃物，即矿石分选中未加以充分利用的固体废料。选矿厂的磨矿与选别工序中，排出的尾矿浆经一段时间的水分淋失，即形成尾矿砂堆积库。作为矿业工程的附加产物，我国现有尾矿总量约80亿吨，且仍以每年3亿吨的速度急剧增加；这些尾矿自然堆积于尾矿库中，不仅要耗费建库资金，侵占土地，而且易诱发多种地质灾害问题，例如高尾矿坝不利环境条件下的稳定问题等，危害生态环境。因此，尾矿资源的综合利用不仅可以节约资源、保护环境，而且还具有巨大的经济效益和社会效益。
目前，我国对尾矿砂综合利用的研究还不够深入，且多集中于其在建筑材料中的应用，如用尾矿砂生产烧结砖、混凝土砌块、免烧砖等。然而，大部分选矿排出的尾矿砂粒度较细，在上述建材品种中应用时，受到很大限制。若将尾矿库尾矿砂直接或改良应用于公路工程中，不仅可以加大对尾矿工业废气物的再生利用程度，而且可以减少公路建设路堤填筑取土工作量、代替部分土源或无机结合材料，如粉煤灰等，具有显著的经济优势。因此，开展对尾矿料在路基路面不同层位的应用研究，对于节省投资、确保填筑质量、减少环境污染、保障环境安全等具有重要技术价值、经济效益、环境与社会意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了进一步深化对尾矿废弃物的综合利用，即解决矿选废料的再生利用问题，提供一种尾矿砂二合土路面底基层混合料及其制备方法，以使矿选废料变废为宝，同时利用尾矿砂取代部分填筑材料，降低了不可再生土地等自然资源消耗，节约工程成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，由铁选矿尾矿砂、石灰、粘土和水组成，形成二合土底基层混合料，铁选矿尾矿砂、石灰、粘土的重量百分比如下：
铁选矿尾矿砂 15％～40％
石灰 5％～10％
粘性土 50％～80％
所述水的加入量为铁选矿尾矿砂、石灰和粘土总质量的5％～20％。
本发明进一步采用以下技术措施：
所述铁尾矿砂化学成分中活性成分SiO2、Al2O3及Fe2O3的总含量占铁选矿尾矿砂质量的70％以上，同时，尾矿砂粒径控制≤2mm；所述石灰有效钙镁含量：生石灰不小于70％、消石灰不小于55％；所述粘性土粉碎后的15mm以上土块含量不得大于5％，有机质含量不大于10％，且土体塑性指数宜为12～20。
一种尾矿砂二合土路面底基层混合料的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)备料，包括铁选矿尾矿砂、石灰和粘性土；并分选铁选矿尾矿砂和粘性土，去除其中的杂质和粒径过大的石块、土块或进行粉碎处理，将粒径控制≤2mm；
(2)取铁选矿尾矿砂进行活性成分分析，确定现场底基层材料配合比，将各材料按所确定比例拌合均匀；
(3)通过由《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)所规定的重型击实试验，确定混合料的最佳含水率和最大干密度，根据混合料天然含水率与最佳含水率差值，确定加水量并进行喷洒，使其达到最佳含水率。
通过对尾矿砂二合土(铁选矿尾矿砂-石灰-粘性土)混合料的击实性能、抗压强度试验结果进行汇总分析，并与传统石灰粉煤灰稳定土底基层的效果比较可知，使用铁选矿尾矿砂作为底基层的主要原料之一，在材料来源上和混合料物理力学试验结果上，都是可行的。
本发明的有益效果是，将铁选矿尾矿砂应用于道路底基层中，尾矿砂作为填筑混合料中的主要原料之一，需求量大，为尾矿资源的废物再利用提供了新途径；由于综合利用了大量堆积的尾矿砂，减少了尾矿库占用的土地，消除了尾矿对环境的污染，同时利用尾矿砂代替大量底基层填料(土料、粉煤灰等)，降低道路工程造价，减轻了开挖耕地所带来的国土资源压力。此外，尾矿砂二合土混合料的制备应用工艺简单，用作底基层填筑施工与传统石灰粉煤灰稳定土底基层填筑施工类似，不会增加既有施工技术难度。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步详细、完整的说明：
实施例1
由南京市江宁区某两铁选矿尾矿库取代表性尾矿砂试样，分别进行矿物成分组成X射线衍射试验和试样粒度分析试验，如表1和表2。
表1尾矿砂化学成分分析检测结果
表2尾矿砂颗粒通过率(％)
从物质组成上看，尾矿砂主要以性质稳定的SiO2、Al2O3、Fe2O3形态出现，因此该尾矿砂工程稳定性能良好，具有工程利用价值。同时，根据尾矿砂颗粒个体特征可判定其为中砂，且粒组分布连续性良好，具备路用填筑的必要条件。
本实施例分别对尾矿砂二合土(铁选矿尾矿砂-石灰-粘性土)混合料底基层材料和传统石灰粉煤灰稳定土底基层材料的物理力学性能进行试验分析。其中：尾矿砂二合土混合料各组份重量百分比为尾矿砂16％、石灰8％、粘性土76％；石灰粉煤灰稳定土各组份重量百分比为石灰8％、粉煤灰16％、粘性土76％。本实施例的两种底基层材料的试验性能测试数据如表3。
表3两种底基层材料的试验性能测试数据
试验结果表明，标准养护条件下尾矿砂二合土混合料7天和28天无侧限抗压强度比传统石灰粉煤灰稳定土高出约17.7％和73.8％；同时，标准养护21天后泡水7天的无侧限抗压强度比传统石灰粉煤灰稳定土高出约16.2％，尾矿砂代替粉煤灰应用于路面底基层具有较好的水稳性能。可见，尾矿砂二合土混合料用作路面底基层不仅可满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)对路面底基层材料的强度要求，而且具有较好的水稳定性，可以广泛用于道路工程中。
实施例2
本实施例所用尾矿砂化学成分和粒组特征如实施例1所述，同样分别对尾矿砂二合土(铁选矿尾矿砂-石灰-粘性土)混合料底基层材料和传统石灰粉煤灰稳定土底基层材料的物理力学性能进行试验分析，不同之处在于两种底基层材料中尾矿砂、粉煤灰、粘性土的含量。其中：尾矿砂二合土混合料各组份重量百分比为尾矿砂24％、石灰8％、粘性土68％；石灰粉煤灰稳定土各组份重量百分比为石灰8％、粉煤灰24％、粘性土68％。
本实施例的两种底基层材料试验性能测试数据如表4。
表4两种底基层材料的试验性能测试数据
实施例3
一种尾矿砂二合土路面底基层混合料，由铁选矿尾矿砂、石灰、粘土和水组成，形成二合土底基层混合料，铁选矿尾矿砂、石灰、粘土的重量百分比如下：
铁选矿尾矿砂 15％～40％
石灰 5％～10％
粘性土 50％～80％
所述水的加入量为铁选矿尾矿砂、石灰和粘土总质量的5％～20％，
在本实施例中，铁选矿尾矿砂、石灰、粘土的重量百分比可以为：15％∶5％∶80％、40％∶10％∶50％、30％∶10％∶60％或20％∶8％∶72％；水的加入量为铁选矿尾矿砂、石灰和粘土总质量的5％、20％或10％，
所述铁选矿尾矿砂化学成分中，活性成分SiO2、Al2O3及Fe2O3的总含量占铁选矿尾矿砂质量的70％以上，同时，尾矿砂粒径控制≤2mm；所述石灰为生石灰且生石灰中钙镁的有效质量含量不小于70％。
实施例4
一种尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，由铁选矿尾矿砂、石灰、粘土和水组成，形成二合土底基层混合料，铁选矿尾矿砂、石灰、粘土的重量百分比如下：
铁选矿尾矿砂 15％～40％
石灰 5％～10％
粘性土 50％～80％
所述水的加入量为铁选矿尾矿砂、石灰和粘土总质量的5％～20％，在本实施例中，所述铁选矿尾矿砂化学成分中，活性成分SiO2、Al2O3及Fe2O3的总含量占铁选矿尾矿砂质量的70％以上，同时，尾矿砂粒径控制≤2mm。所述石灰为消石灰且消石灰中钙镁的有效质量含量不小于55％。
Claims (6)
1. 一种尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，由铁选矿尾矿砂、石灰、粘土和水组成，形成二合土底基层混合料，铁选矿尾矿砂、石灰、粘土的重量百分比如下：
所述水的加入量为铁选矿尾矿砂、石灰和粘土总质量的5%~20%。
2.据权利要求1所述的尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，所述铁选矿尾矿砂化学成分中，活性成分SiO2、Al2O3及Fe2O3的总含量占铁选矿尾矿砂质量的70%以上，同时，尾矿砂粒径控制￡2mm。
3.根据权利要求1所述的尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，所述石灰为生石灰且生石灰中钙镁的有效质量含量不小于70%。
4.根据权利要求1所述的尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，所述石灰为消石灰且消石灰中钙镁的有效质量含量不小于55%。
5.根据权利要求1所述的尾矿砂二合土路面底基层混合料，其特征在于，所述粘性土中粒径在15mm以下的粘性土颗粒的质量大于粘性土总质量的95%，所述粘性土中有机质质量含量不大于10%，且粘性土土体塑性指数宜为12~20。
6.一种权利要求1所述的尾矿砂二合土路面底基层混合料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）备料，包括铁选矿尾矿砂、石灰和粘性土；并分选铁选矿尾矿砂和粘性土，去除其中的杂质和粒径过大的石块、土块或进行粉碎处理，将粒径控制￡2mm；
（2）取铁选矿尾矿砂进行活性成分分析，确定现场底基层材料配合比，将各材料按所确定比例拌合均匀；
（3）通过重型击实试验，确定混合料的最佳含水率和最大干密度，根据混合料天然含水率与最佳含水率差值，确定加水量并进行喷洒，使其达到最佳含水率。
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