CN110818378A - 一种铁尾砂水硬性路基填筑材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁尾砂水硬性路基填筑材料及制备方法。此新型路基填筑材料采用专用环保固化剂，对铁矿企业采矿产生的铁尾砂进行改性固化，使其力学等性能指标符合传统路基填筑材料。根据固化剂掺量和尾砂级配的不同，可选择性地用于不同等级的道路。由于铁尾砂是工业固体废弃物，堆存量大且每年仍在增长，存在综合利用率较低、维护费用高等问题。本发明使用专用固化剂将铁尾砂改性为满足工程要求的路基填筑材料，既解决了传统工程材料供需矛盾尖锐的难题，还可以大量消耗铁尾砂，减少尾砂库带来的社会、经济、环境和安全压力，解决铁矿企业的行业痛点。

Description

一种铁尾砂水硬性路基填筑材料及制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程建设领域，尤其涉及一种铁尾砂水硬性路基填筑材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的发展，铁矿产资源持续开发，铁矿山尾矿产量不断增加，而行业综合利用率不足20%。具不完全统计，每年约由7亿吨的选铁尾矿被丢弃。对于被丢弃的铁尾矿，铁矿企业需要建设和维护规模庞大的尾砂库来解决铁尾砂的排放和堆存问题。但因此会带来一系列社会问题，比如大量的尾矿占用土地、堵塞河流、污染环境、维护费高、存在安全隐患等问题。铁尾矿作为二次能源也受到世界各国的广泛重视，而对于尾矿的回收利用方向多为回填矿山采空区、用作建筑材料、用于水污染处理、做复合肥有效改良土壤等，但这些方法不足以完全利用尾矿。因此，将这些铁尾矿综合利用，变废为宝，并最终完全利用是一项急需解决的难题，也是矿业领域的行业痛点。
传统道路路基填筑材料一般为土、砂砾、石灰改良土、水泥改良土或水泥石灰综合改良土等。每年我国公路路基填筑对土的需求以千万吨计。为了获取充足的土资源，需要大量的开采破坏自然资源、造成环境污染，随着近年来国家对环保力度的持续加强，土的供给量不断减少，造成土石方供不应求的情况，供需矛盾日益尖锐。
采用尾砂固化后用于填筑路基，由于铁尾砂粒径较小，在不掺加碎石，100%采用尾砂固化的情况下按照传统工艺制成的路基材料强度较小，不能满足路基强度需求。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种力学强度高且抗冲刷能力强的铁尾砂水硬性路基填筑材料及制备方法。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种铁尾砂水硬性路基填筑材料，包括下列质量份组分：100份铁尾砂、2~20份固化剂和9~11份水；
所述固化剂包括下列质量百分比的组分：CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；
所述铁尾砂粒径规格为：0.3mm筛孔通过率大于80%，0.075mm筛孔通过率大于50%。
对上述技术方案的进一步设计为：所述铁尾砂的承载比CBR为35~45，铁尾砂级配粒径分布为：
筛孔尺寸（mm） 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率（%） 100.0 96.9 93.1 87.7 82.9 71.1 55.6
一种铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、利用不同孔径的筛子对铁尾砂原料进行筛选，使铁尾砂粒径规格满足：0.3mm筛孔通过率大于80%，0.075mm筛孔通过率大于50%；
按质量百分比取CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；混合均匀，制成固化剂；
步骤二、按质量取100份筛选后的铁尾砂和2~20份固化剂放入搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入9~11份水后均匀搅拌；
步骤三、将步骤二搅拌后的混合料用压力机挤压成型，并将挤压成型后的混合料进行养护，即得所述铁尾砂水硬性路基填筑材料。
所述步骤二中搅拌机为混凝土搅拌机或稳定土搅拌机。
所述步骤二中搅拌机的搅拌时间为15~20秒。
所述步骤三中养护时间≥7天。
本发明的铁尾砂水硬性路基填筑材料施工方法为：将所铁铁尾砂水硬性路基填筑材料运输至道路路床顶进行摊铺；然后压实整平，压实度≥98％，即可完成施工。
本发明的技术方案具有下列优点：
（1）本发明中的铁尾砂水硬性路基填筑材料，充分利用铁尾砂材料，变废为宝，丰富了铁尾砂的综合利用方式、提高了铁尾砂的综合利用率。道路工程建设路基材料需求量巨大，本发明这一技术路径为减缓尾矿库带来的系列性社会问题和矿山企业打造无尾矿山提供了技术实现条件。
（2）本发明中的铁尾砂水硬性路基填筑材料较传统的水泥或石灰稳定土，具有优的力学强度和更优的抗冲刷能力。
（3）本发明中的铁尾砂水硬性路基填筑材料，不需要碎石作为骨料，在目前的环保整治大环境下，可节约大量的砂石料，解决道路工程砂石料紧张、不足的难题。同时，固化剂水化热和单位需水量均低于水泥，所以力学性能优异的同时兼有良好的抗裂性能。
（4）本发明中的铁尾砂水硬性路基填筑材料用于铁尾砂水硬性路基填筑层施工，施工工艺与传统的路基施工工艺无区别，且混合料的均匀性和易压实性更好。
（5）本发明采用适应于细料稳定的针对性固化剂，保障了混合料强度。同时，本发明中固化剂在水化反应过程中，有微膨胀效果，可以抵消水分散失引起的混合料体积收缩，从而有效控制裂缝数量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料，包括下列质量份组分：100份铁尾砂、2份固化剂和9份水；
本实施例的固化剂包括下列质量百分比的组分：CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；
本实施例的铁尾砂粒径规格为：0.3mm筛孔通过率为85.4%，0.075mm筛孔通过率为54.8%。
铁尾砂的承载比CBR为38。
本实施例铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、取上述粒径规格的铁尾砂备用，按质量百分比取CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；混合均匀，制成固化剂；
步骤二、按质量取100份筛选后的铁尾砂和2份固化剂放入水泥混凝土搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入9份水后均匀搅拌15秒；
步骤三、将步骤二搅拌后的混合料用压力机挤压成型，并将挤压成型后的混合料进行养护7天，即得所述铁尾砂水硬性路基填筑材料。
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料施工方法为：将铁尾砂水硬性路基填筑材料运输至道路底层，并在道路底层上进行摊铺：利用摊铺机分次摊铺铁尾砂水硬性路基填筑材料，首次摊铺试验段为100m，每次作业段的长度为200m，并保证铺面标高和平整度。
采用单钢轮振动压路机和胶轮压路机进行组合碾压。碾压完成后应立即采用灌砂法检测压实度，保证压实度≥98％。压实度合格后采用土工布覆盖洒水养生7天，7天内应经常洒水，以土工布保持湿润状态为准。
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：98%压实度条件下，7天无侧限抗压强度为0.4MPa；28天无侧限抗压强度为0.8MPa。
实施例二
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料，包括下列质量份组分：100份铁尾砂、4份固化剂和9.5份水；
本实施例的固化剂包括下列质量百分比的组分：CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；
本实施例的铁尾砂粒径规格为：0.3mm筛孔通过率为87.3%，0.075mm筛孔通过率为56.4%。
铁尾砂的承载比CBR为39。
本实施例铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、取上述粒径规格的铁尾砂备用，按质量百分比取CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；混合均匀，制成固化剂；
步骤二、按质量取100份筛选后的铁尾砂和4份固化剂放入稳定土搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入9.5份水后均匀搅拌17秒；
步骤三、将步骤二搅拌后的混合料用压力机挤压成型，并将挤压成型后的混合料进行养护7天，即得所述铁尾砂水硬性路基填筑材料。
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料施工方法为：将铁尾砂水硬性路基填筑材料运输至道路底层，并在道路底层上进行摊铺：利用摊铺机分次摊铺铁尾砂水硬性路基填筑材料，首次摊铺试验段为100m，每次作业段的长度为400m，并保证铺面标高和平整度。
采用单钢轮振动压路机和胶轮压路机进行组合碾压。碾压完成后应立即采用灌砂法检测压实度，保证压实度≥98％。压实度合格后采用土工布覆盖洒水养生7天，7天内应经常洒水，以土工布保持湿润状态为准。
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：98%压实度条件下，7天无侧限抗压强度为1.5MPa；28天无侧限抗压强度为2.5MPa。
实施例三
本实施例中固化剂与实施例一相同，铁尾砂的承载比CBR为41，铁尾砂级配粒径分布为：
筛孔尺寸（mm） 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率（%） 100.0 96.9 93.1 87.7 82.9 71.1 55.6
本实施例铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤二、按质量取100份筛选后的铁尾砂和6份固化剂放入稳定土搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入9.6份水后均匀搅拌18秒；
步骤三、将步骤二搅拌后的混合料用压力机挤压成型，并将挤压成型后的混合料进行养护7天，即得所述铁尾砂水硬性路基填筑材料。
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料施工方法为：将铁尾砂水硬性路基填筑材料运输至道路底层，并在道路底层上进行摊铺：利用摊铺机分次摊铺铁尾砂水硬性路基填筑材料，作业段的长度为300m，并保证铺面标高和平整度。
采用单钢轮振动压路机和胶轮压路机进行组合碾压。碾压完成后应立即采用灌砂法检测压实度，保证压实度≥98％。压实度合格后采用土工布覆盖洒水养生7天，7天内应经常洒水，以土工布保持湿润状态为准。
本实施例的铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：98%压实度条件下，7天无侧限抗压强度为3.0MPa；28天无侧限抗压强度为4.0MPa。
实施例四
本实施例中采用铁尾砂与固化剂均与实施例三相同，不同之处在于本实施例取100份铁尾砂和10份固化剂放入稳定土搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入10.4份水后均匀搅拌18秒；
将混合料挤压成型并养护7天后进行施工，测试得铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：98%压实度条件下，7天无侧限抗压强度为4.0MPa；28天无侧限抗压强度为5.5MPa。
本实施例试验路实施地址为安徽省六安市霍邱镇燎西村，试验路段全长450米。路基采用上述实例四的路基填筑材料进行路基施工。施工日期为2018年8月16日。检测日期为2018年8月24日，取芯芯样完整密实，强度等满足设计要求。2018年12月15日，在安徽六安张庄召开了由省公路局领导及省内公路行业的施工、管理、检测、设计等相关单位参加的周集镇燎西村尾砂试验路的现场交流会上对试验路段强度进行再次检测，强度满足设计要求。
实施例五
本实施例中采用铁尾砂与固化剂均与实施例三相同，不同之处在于本实施例取100份铁尾砂和15份固化剂放入稳定土搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入12.5份水后均匀搅拌20秒；
将混合料挤压成型并养护7天后进行施工，测试得铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：98%压实度条件下，7天无侧限抗压强度为5.5MPa；28天无侧限抗压强度为7.0MPa。
实施例六
本实施例中采用铁尾砂与固化剂均与实施例三相同，不同之处在于本实施例取100份铁尾砂和20份固化剂放入稳定土搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入13.1份水后均匀搅拌20秒；
将混合料挤压成型并养护7天后进行施工，测试得铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：98%压实度条件下，7天无侧限抗压强度为6.5MPa；28天无侧限抗压强度为9.0MPa。
由实施例一至六制得的铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能可以得出，本发明制得铁尾砂水硬性路基填筑材料的物理性能为：7天无侧限抗压强度为0.4～6.5 MPa；28天无侧限抗压强度为0.8～9.0MPa。根据道路等级与交通荷载要求的不同，针对性调整固化剂掺配比例，可用于各等级道路路基填筑。同时，应用于各结构层的铁尾砂水硬性路基填筑材料强度均高于传统路基，因此，本发明铁尾砂水硬性路基材料强度大、抗冲刷性能好、抗裂性强、使用寿命长。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种铁尾砂水硬性路基填筑材料，其特征在于：包括下列质量份组分：100份铁尾砂、2~20份固化剂和9~11份水；
所述固化剂包括下列质量百分比的组分：CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；
所述铁尾砂粒径规格为：0.3mm筛孔通过率大于80%，0.075mm筛孔通过率大于50%。
2.根据权利要求1所述铁尾砂水硬性路基填筑材料，其特征在于：所述铁尾砂的承载比CBR为35~45，铁尾砂级配粒径分布为：
筛孔尺寸（mm） 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 通过率（%） 100.0 96.9 93.1 87.7 82.9 71.1 55.6
。
3.一种权利要求1所述铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、利用不同孔径的筛子对铁尾砂原料进行筛选，使铁尾砂粒径规格满足：0.3mm筛孔通过率＞80%，0.075mm筛孔通过率大于50%；
按质量百分比取CaO含量50%、Al2O3含量12%、MgO含量3%、SiO2含量35%；混合均匀，制成固化剂；
步骤二、按质量取100份筛选后的铁尾砂和2~20份固化剂放入搅拌机内搅拌，均匀混合，再加入9~11份水后均匀搅拌；
步骤三、将步骤二搅拌后的混合料用压力机挤压成型，并将挤压成型后的混合料进行养护，即得所述铁尾砂水硬性路基填筑材料。
4.根据权利要求3所述铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中搅拌机为混凝土搅拌机或稳定土搅拌机。
5.根据权利要求3所述铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中搅拌机的搅拌时间为15~20秒。
6.根据权利要求3所述铁尾砂水硬性路基填筑材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中养护时间≥7天。
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