CN109338843A - 一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，属于道路工程及资源化再生利用领域。所述路面铺装结构包括自上至下设置的抗裂型混凝土面层、联结功能层、黄金尾矿基层和路基，黄金尾矿基层由黄金尾矿和掺合料拌和均匀后压实而成，所述掺合料拌为烧结赤泥和胶结剂的混合物。与现有技术相比，本发明对黄金尾矿进行综合改良使其应用于路面基层材料，并通过设置联结功能层和对面层水泥混凝土的优化，充分利用路面各结构功能层的性能互补和结构优化组合，形成一种新型轻载道路路面铺装结构，具有资环再生利用、施工简单、造价低和耐久性高等优点，适用于厂区园区道路、乡村道路、城市支路等轻载道路。

Description

一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构
技术领域
本发明涉及道路工程及资源化再生利用领域，具体地说是一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构。
背景技术
黄金尾矿是含金矿石经过破碎、粉磨、分选、提取后所剩余的细微颗粒矿渣。由于矿石中金元素含量很低，因此原矿石95％以上质量最终以黄金尾矿的形式排放堆存。黄金尾矿以露天矿库堆存为主，导致占用大量土地、浪费资源、污染环境和安全隐患。目前，对黄金尾矿的综合利用主要有有价元素或非金属矿物回收利用等途径，但无法达到规模化消耗和经济性的目标。同时，黄金尾矿具有粘性低、强度低、级配不良和遇水松散等特点，无法作为填筑材料直接用于道路工程路基、路面结构的铺筑。
水泥混凝土路面是我国最常用的一种路面结构，具有强度高、稳定性好、耐久性好等特点，特别适用于厂区园区道路、乡村道路、城市支路等交通条件。但是，传统水泥混凝土路面易出现早期干缩、温缩裂纹，而且基层采用水泥稳定碎石或贫混凝土等材料，不仅造价高，而且需要开采山体加工碎石，严重破环自然资源。
因此，采取一定的技术手段将黄金尾矿综合改良后应用于道路工程路面结构铺筑，形成一种适用于轻载道路的黄金尾矿基层路面铺装结构，对黄金尾矿的规模化利用以及降低轻载道路工程造价和缓解筑路材料短缺等问题是非常迫切和必要的。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，通过对黄金尾矿不良工程特性的综合改良，形成一种成本低、稳定性高、耐久性好的基层材料，并利用设置联结功能层、面层薄化处理等结构优化方案及面层水泥混凝土材料抗裂性能优化，共同形成一种适用于轻载路况的黄金尾矿基层路面铺装结构。
本发明所述的黄金尾矿指含金矿石经过破碎、粉磨、分选、提取后所剩余的细微颗粒矿渣。干燥状态下呈松散粉末状，粘性低(黏聚力小于5kPa)、强度低(CBR值小于4％)、级配不良、遇水松散(浸水后立即发生崩解)。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特点是包括自上至下设置的抗裂型混凝土面层、联结功能层、黄金尾矿基层和路基，黄金尾矿基层由黄金尾矿和掺合料拌和均匀后压实而成，所述掺合料拌为烧结赤泥和胶结剂的混合物。
上述路面铺装结构用优化抗裂型水泥混凝土材料作为路面面层，用改良后黄金尾矿材料作为路面基层，基层与面层之间设置联结功能层，共同组合形成了一种新型路面铺装结构。
所述抗裂型混凝土面层的厚度优选为16～25cm，弯拉强度标准值优选控制在3.5～4.0MPa。该层水泥(如42.5级普通硅酸盐水泥)用量不少于290kg/m3，水泥中外掺质量百分比为10～20％的粒化高炉矿渣粉。所述粒化高炉矿渣粉可以选用S95级或S105级，优选为S105级。粒化高炉矿渣粉的最佳掺量为12～15％。
作为优选，抗裂型混凝土面层的水泥中还可以外掺有质量百分比为0.7～1.2％的海泡石矿物纤维。所述海泡石矿物纤维的细度大于325目，悬浮度大于95，最佳掺量为0.8～1.0％。
上述抗裂型混凝土面层中，粒化高炉矿渣粉通过降低水化热并产生钙矾石结晶补偿混凝土干缩，同时海泡石矿物纤维的特有内容孔道、纤维状结构与水化凝胶体相互桥联絮凝和吸附网捕，有效分散结构内部拉应力，从而降低路面收缩开裂，提高混凝土后期强度、耐磨性能及行车噪音，进而减小路面面层厚度，节约工程费用。
所述联结功能层优选采用粒径为2～3cm单级配钢渣，均匀撒布并经压实嵌在黄金尾矿基层的表面。钢渣具有多孔微观结构，表面粗糙度高，可以提高黄金尾矿基层与混凝土面层之间的联结强度，同时钢渣的高强度特性能够有效分散荷载通过面层传递至基层顶面的应力作用，降低面层层底弯拉应力，较少层底开裂。
所述黄金尾矿基层以黄金尾矿为主要原材料，添加掺合料，经拌和、压实、养生后提高黄金尾矿的物理、力学性质。其厚度不小于40cm(单层压实厚度不超过20cm)，压实度大于95％；顶面回弹模量值大于90MPa，CBR值大于50％。
黄金尾矿基层的黄金尾矿和掺合料的质量比优选为75～80:20～25，最佳为77～79:21～23。掺合料中烧结赤泥、胶结剂的质量比优选为80～88:12～20，最佳为85～87:13～15。所述胶结剂优选为羟丙基甲基纤维素和/或羧甲基羟乙基纤维素，特别是以羟丙基甲基纤维素(纯度要求大于98％，粉末细度大于200目)为胶结剂时，可达到最佳技术效果。
黄金尾矿粒径均匀，级配不良。而烧结赤泥的颗粒更细，能有效地填充黄金尾矿颗粒间隙，改善整体级配状况，同时烧结赤泥还含有大量黏粒成分，与黄金尾矿混合后可以提高整体粘结力和抗剪强度。烧结赤泥中的活性CaO成分遇水发生水化反应，与黄金尾矿颗粒共同形成早期、中期强度。胶结剂具有高表面活性和链状分子结构，在高效分散稳定的同时，与水化产物形成三维网状胶凝体，进而胶结赤泥微粒与黄金尾矿颗粒，使整体后期强度和耐久性能得到进一步提高。
所述路基采用土或石材料进行填筑，成型路基具有一定的刚度和稳定性，顶面回弹模量值不小于30MPa，CBR值大于6％。
本发明的一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，与现有技术相比具有以下突出的有益效果：
(一)本发明实现了对黄金尾矿物理、力学性能的改良，在烧结赤泥和胶结剂共同激发作用下，经过复杂化学反应，使胶结整体满足路面基层填筑材料的工程性能要求。黄金尾矿基层材料可以替代传统水泥稳定碎石或贫混凝土，具有明显价格优势。同时，基层的良好性能可以优化面层厚度，使面层厚度较常规减少20～30％。
(二)本发明所制备的黄金尾矿基层材料中黄金尾矿质量占比达75％以上，掺合料中烧结赤泥质量占80％以上，联结功能层选用钢渣，三者均属工业废弃物。应用于路面基层既能开辟废弃材料的规模化消耗途径，又能实现高附加值的资源化再生利用。
(三)本发明的铺装结构面层采用材料优化的抗裂型水泥混凝土，有效解决传统水泥混凝土因干缩、温缩所产生的细微裂纹。联结功能层利用钢渣多孔微观结构和表面粗糙度有效分散面层层底荷载弯拉应力，减少层底开裂。两者共同作用提高铺装结构的耐久性和舒适性。
(四)抗裂型混凝土面层的水泥中添加有海泡石矿物纤维，经检测海泡石矿物纤维的添加，不仅可以有效分散结构内部拉应力，降低路面收缩开裂，还能够提升路面耐磨性能及行车噪音，有效提升了水泥路面的行驶舒适性。
(五)本发明的铺装结构适用于厂区园区道路、乡村道路、城市支路等轻载道路，实现了废弃材料再生利用与土石资源有效节约的统一，具有显著的环保、社会和经济效益。
附图说明
附图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
参照说明书附图以具体实施例对本发明的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构作以下详细地说明。
实施例一：
本实施例以抗裂型混凝土面层1、联结功能层2、黄金尾矿基层3共同构成完整的路面铺装层结构。黄金尾矿基层3、联结功能层2及抗裂型混凝土面层1自下而上铺设在路基4上。
1、路基4
根据道路设计标高，清表后取素土进行路基填筑，采用重型压路机压实，完毕后测试顶面回弹模量值为32MPa，CBR值为8.3％。
2、黄金尾矿基层3
黄金尾矿基层3设计总厚度为54cm，分3层(每层18cm)进行铺筑。黄金尾矿、掺合料按质量比78：22进行掺配，现场使用路拌机拌和均匀，重型压路机静压1～2遍，振动压实4～6遍，现场测试压实度为95.5％。压实后顶面回弹模量值为97MPa，CBR值为84％。
所述掺合料为烧结赤泥和羟丙基甲基纤维素按质量比86:14混合而成，羟丙基甲基纤维素的纯度(有效成分含量)为99％，细度230目。
3、联结功能层2
联结功能层2采用粒径为2～3cm的单级配钢渣，均匀撒布在黄金尾矿表面，用14t单钢轮压路机稳压1遍使其嵌在基层表面中。
4、抗裂型混凝土面层1
抗裂型混凝土面层1选用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥用量为295kg/m3，水泥中外掺质量百分比为14％的粒化高炉矿渣粉和0.9％的海泡石矿物纤维。水泥混凝土面层的厚度为20cm，弯拉强度实测值为3.7MPa。
实施例二：
该实施例层结构与实施例一基本相同，区别仅在面层材料不同。实施过程中实施例一与实施例二的路基4、黄金尾矿基层3、联结功能层2部分同时施工、检测。抗裂型混凝土面层1在整体段落上分段施工，分别检测，在弯拉强度及耐磨性、噪声有所区别。
1、路基4
根据道路设计标高，清表后取素土进行路基填筑，采用重型压路机压实，完毕后测试顶面回弹模量值为32MPa，CBR值为8.3％。
2、黄金尾矿基层3
黄金尾矿基层3设计总厚度为54cm，分3层(每层18cm)进行铺筑。黄金尾矿、掺合料按质量比78：22进行掺配，现场使用路拌机拌和均匀，重型压路机静压1～2遍，振动压实4～6遍，现场测试压实度为95.5％。压实后顶面回弹模量值为97MPa，CBR值为84％。
所述掺合料为烧结赤泥和羟丙基甲基纤维素按质量比86:14混合而成，羟丙基甲基纤维素的纯度(有效成分含量)为99％，细度230目。
3、联结功能层2
联结功能层2采用粒径为2～3cm的单级配钢渣，均匀撒布在黄金尾矿表面，用14t单钢轮压路机稳压1遍使其嵌在基层表面中。
4、抗裂型混凝土面层1
抗裂型混凝土面层1选用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥用量为295kg/m3，水泥中外掺质量百分比为14.9％的粒化高炉矿渣粉。水泥混凝土面层的厚度为20cm，弯拉强度实测值为3.3MPa。
【对比例】
采用实施例一所述层结构及施工方法，改变各结构层用料并测定不同用料情况下的道路性能指标。
各实施例、对比例各结构层用料汇总表：
各实施例、对比例路面性能检测数据：
由检测数据可以看出，本发明黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构在实现资环再生利用的同时，可以使各结构层性能得到显著优化，提高铺装结构的耐久性和舒适性。

Claims (10)

1.一种黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：包括自上至下设置的抗裂型混凝土面层、联结功能层、黄金尾矿基层和路基，
黄金尾矿基层由黄金尾矿和掺合料拌和均匀后压实而成，所述掺合料拌为烧结赤泥和胶结剂的混合物。
2.根据权利要求1所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：抗裂型混凝土面层的厚度为16~25cm，弯拉强度标准值控制在3.5~4.0MPa。
3.根据权利要求1或2所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：抗裂型混凝土面层的水泥用量不少于290kg/m3，水泥中外掺质量百分比为10~20%的粒化高炉矿渣粉。
4.根据权利要求3所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：水泥中还外掺有质量百分比为0.7~1.2%的海泡石矿物纤维。
5.根据权利要求1所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：所述的联结功能层采用粒径为2~3cm单级配钢渣，均匀撒布并经压实嵌在黄金尾矿基层的表面。
6.根据权利要求1所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：黄金尾矿基层厚度不小于40cm，压实度大于95%。
7.根据权利要求6所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：黄金尾矿基层顶面回弹模量值大于90MPa，CBR值大于50%。
8.根据权利要求1、6或7所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：黄金尾矿和掺合料的质量比为75~80:20~25。
9.根据权利要求1、6或7所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：烧结赤泥与胶结剂质量比为80~88:12~20，所述胶结剂为羟丙基甲基纤维素和/或羧甲基羟乙基纤维素。
10.根据权利要求1所述的黄金尾矿基层轻载道路路面铺装结构，其特征在于：路基采用土或石材料进行填筑，顶面回弹模量值大于30MPa，CBR值大于6%。
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