CN110423079A - 一种铁尾矿水硬性道路基层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿33～40份，固化剂4～5份，废石55～66份，水8～10份。该铁尾矿水硬性道路基层材料的制备只需将原料简单的搅拌混合，填充压实成型即可，无需特殊条件环境，采用自然养护即可达到较高的强度。该发明实现了对铁尾矿的资源化利用，减少环境污染，降低生产成本，节约了资源消耗成本，提高了生产效率，满足市政工程、基础设施建设过程中的建材需求。

Description

一种铁尾矿水硬性道路基层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铁尾矿资源综合利用及道路工程建设技术领域，具体涉及一种铁尾矿水硬性道路基层材料及其制备方法。

背景技术

随着城市化的高速发展伴随着基础设施建设过程中对建筑材料的巨大需求，传统路基材料包括水泥稳定土、石灰稳定土和二灰碎石。水泥稳定土中，水泥作为一种水硬性材料，遇水产生胶体，这些胶体在土壤中无法形成统一整体，并且还会破坏土壤本身的结构和连结，造成大量的不稳定空间，这些空间在水的入侵和温度的变化下，会变得非常脆弱，因此水泥稳定土形成的道路基层极易开裂，抗裂性差。石灰稳定土中，石灰是一种气硬性物质，它的最终生成物为碳酸钙，碳酸钙的溶解度远远大于硅酸钙和其他的硅酸盐，因此石灰稳定土形成的道路基质在水的作用下，会不断的流逝，容易腐蚀；而且本身韧性差、脆性强，温度越低，越容易被破坏。二灰碎石是在粒料中掺入适量的石灰和粉煤灰，其中石灰和粉煤灰为胶结材料，粒料起骨架作用。二灰碎石形成的道路基层属于半刚性基层，具有明显的水硬性、缓凝性，但是粒料和石灰、粉煤灰一旦结合，内部即停止化学反应，形成的道路基质刚性过大，容易受温度和湿度影响而开裂，抗裂性差。考虑到国家近年来对环境保护和资源循环利用的重视，因此研发一种使用其他低成本原料代替传统路基材料，并具有优良性能的道路基层材料，成为了急需解决的问题。

据统计，我国现有的金属矿山堆存的尾矿达50亿吨，且每年还以产生3亿吨尾矿的速率增长，尾矿产生量过大，而目前尾矿的综合利用率仅为8.3%，由尾矿所带来的环境问题刻不容缓。

对于尾矿用于建材产品的生产过程的开发研究，国外的研究开展比较早。早60年代初，前苏联就己经使用尾矿用作建筑材料的生产，克里沃罗格地区的铁矿根据尾矿的粒径和化学成分进行分析，然后将尾矿划分类别，颗粒较粗的用作混凝土的粗细骨料，颗粒粒级较细的尾矿用于生产硅酸盐类的建筑产品。因此，将铁尾矿作为一种原材料制备道路基层材料的技术思路是可行的。

发明内容

本发明的目的是针对现有路基材料抗裂性能差且成本高的问题，提供一种铁尾矿水硬性道路基层材料，实现对铁尾矿的资源化利用，减少环境污染，降低生产成本，满足市政工程、基础设施建设过程中的建材需求。

为此，本发明提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿33～40份，固化剂4～5份，废石55～66份，水8～10份。

进一步地，所述铁尾矿的含水率小于15%，且铁尾矿粒径不大于50目筛。

进一步地，所述固化剂包括按重量份数计的如下组分：矿粉72～81份，碱性激发剂12～22份，表面活性剂1～3份。

进一步地，所述矿粉由矿渣与铬铁渣、磷渣、硅锰渣及其他一种或多种工业废渣组成，所述矿粉的含水率低于4%，矿粉比表面积400～900m²/kg。

进一步地，所述碱性激发剂由Na₂CO₃、NaOH、Na₂SO₄、KAl(SO₄)₂ ·6H₂O、KNO₂、NaF、K₂CO₃的一种或多种复合，或其与水泥熟料复合而制得。

进一步地，所述表面活性剂为三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙的一种或多种复合，或其与尿素的复合。

进一步地，所述废石粒径为15mm以下。

另外，本发明还提供了上述铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，其过程如下：

取设计量的铁尾矿、固化剂、废石于搅拌机中搅拌3～5min后，加入设计量的水搅拌1～3min，得到混合料；再将混合料填充入模具压实成型即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种铁尾矿水硬性道路基层材料通过铁尾矿与固化剂等发生水化作用，产生水硬胶凝效果，生成强度较高的固结体，并且随着水化反应的持续进行，强度会逐渐增大，直到水化反应停止，无需特殊条件环境，采用自然养护即可达到较高的强度，节约了资源消耗成本。

(2)本发明提供的这种铁尾矿水硬性道路基层材料中铁尾矿、固化剂、废石这些原料均为闲置或待处理的工业固体废弃物，其来源广泛，原料成本低，同时可实现废弃资源的再利用，减少了环境污染。

(3)本发明提供的这种铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法简单，只需将原料简单的搅拌混合，填充压实成型即可，提高了生产效率，降低了生产成本。

(4)本发明提供的这种铁尾矿水硬性道路基层材料其抗压强度养护3天可达到6.8MPa，7天可达到7.610MPa以上，28天即可达到7.81 MPa，满足了《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2009）中关于水泥稳定土基层的性能指标的技术要求。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下各实施例中所述的固化剂包括按重量份数计的如下组分：矿粉72～81份，碱性激发剂12～22份，表面活性剂1～3份。所述矿粉由矿渣与铬铁渣、磷渣、硅锰渣及其他一种或多种工业废渣组成，所述矿粉的含水率低于4%，矿粉比表面积400～900m²/kg。所述碱性激发剂为Na₂CO₃、NaOH、Na₂SO₄、KAl(SO₄)₂ ·6H₂O、KNO₂、NaF、K₂CO₃的一种或多种复合，或其与水泥熟料复合而制得。所述表面活性剂为三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙的一种或多种复合，或其与尿素的复合。

实施例1：

本实施例提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿35份，固化剂4份，废石61份，水9份。其中，铁尾矿是由鲁中矿业本部取出的，并将铁尾矿晾晒使含水率降低至15%后，进行破碎均匀化后过50目筛；废石是普通废石取自然级配的进行筛分至15mm以下。

该铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份取铁尾矿35份、固化剂4份、废石61份，将各原料于搅拌机中搅拌3～5min后，再按照重量份加水9份，再搅拌1～3min，得到混合料。

(2)将搅拌后的混合料填充入模具后压实成型即可。

经检测，本实施例所制备的铁尾矿水硬性道路基层材料其抗压强度护3天达到4.06MPa，养护7天达到5.31MPa，养护28天达到6.30MPa。

实施例2：

本实施例提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿35份，固化剂5份，废石60份，水9份。其中，铁尾矿是由鲁中矿业本部取出的，并将铁尾矿晾晒使含水率降低至15%后，进行破碎均匀化后过50目筛；废石是普通废石取自然级配的进行筛分至15mm以下。

该铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份取铁尾矿35份、固化剂5份、废石60份，将各原料于搅拌机中搅拌3～5min后，再按照重量份加水9份，再搅拌1～3min，得到混合料。

(2)将搅拌后的混合料填充入模具后压实成型即可。

经检测，本实施例所制备的铁尾矿水硬性道路基层材料其抗压强度养护3天达到6.8MPa，养护7天达到7.60MPa，养护28天达到7.81MPa。

实施例3：

本实施例提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿40份，固化剂5份，废石55份，水10份。其中，铁尾矿是由鲁中矿业本部取出的，并将铁尾矿晾晒使含水率降低至15%后，进行破碎均匀化后过50目筛；废石是普通废石取自然级配的进行筛分至15mm以下。

该铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份取铁尾矿40份、固化剂5份、废石55份，将各原料于搅拌机中搅拌3～5min后，再按照重量份加水10份，再搅拌1～3min，得到混合料。

(2)将搅拌后的混合料填充入模具后压实成型即可。

经检测，本实施例所制备的铁尾矿水硬性道路基层材料其抗压强度养护3天达到3.80MPa，养护7天达到5.02MPa，养护28天达到5.82MPa。

实施例4：

本实施例提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿33份，固化剂4份，废石63份，水8份。其中，铁尾矿是由鲁中矿业本部取出的，并将铁尾矿晾晒使含水率降低至15%后，进行破碎均匀化后过50目筛；废石是普通废石取自然级配的进行筛分至15mm以下。

该铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份取铁尾矿33份、固化剂4份、废石63份，将各原料于搅拌机中搅拌3～5min后，再按照重量份加水8份，再搅拌1～3min，得到混合料。

(2)将搅拌后的混合料填充入模具后压实成型即可。

经检测，本实施例所制备的铁尾矿水硬性道路基层材料其抗压强度养护3天达到5.16MPa，养护7天达到6.04MPa，养护28天达到6.40MPa。

对比例1：

本对比例是与实施例4相同条件下，以水泥替代固化剂所制备的铁尾矿水硬性道路基层材料，其抗压强度养护3天达到1.86MPa，养护7天达到2.74MPa，养护28天达到4.03MPa。

对比例2：

本对比例是与实施例4相同条件下，不添加固化剂所制备的铁尾矿水硬性道路基层材料，其抗压强度养护3天达到0.34 MPa，养护7天达到0.56 MPa，养护28天达到0.67MPa。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿33～40份，固化剂4～5份，废石55～66份，水8～10份。

2.如权利要求1所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，所述铁尾矿的含水率小于15%，且铁尾矿粒径不大于50目筛。

3.如权利要求1所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，所述固化剂包括按重量份数计的如下组分：矿粉72～81份，碱性激发剂12～22份，表面活性剂1～3份。

4.如权利要求3所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，所述矿粉由矿渣与铬铁渣、磷渣、硅锰渣及其他一种或多种工业废渣组成，所述矿粉的含水率低于4%，矿粉比表面积400～900m²/kg。

5.如权利要求3所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，所述碱性激发剂由Na₂CO₃、NaOH、Na₂SO₄、KAl(SO₄)₂ ·6H₂O、KNO₂、NaF、K₂CO₃的一种或多种复合，或其与水泥熟料复合而制得。

6.如权利要求3所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，所述表面活性剂为三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙的一种或多种复合，或其与尿素的复合。

7.如权利要求1所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料，其特征在于，所述废石粒径为15mm以下。

8.如权利要求1～7任一项所述的一种铁尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，其特征在于，其过程如下：

取设计量的铁尾矿、固化剂、废石于搅拌机中搅拌3～5min后，加入设计量的水搅拌1～3min，得到混合料；再将混合料填充入模具压实成型即可。