CN115286336B - 一种复合固废改性爆破废石矿用路基材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种复合固废改性爆破废石矿用路基材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种复合固废改性爆破废石矿用路基材料及其制备方法和应用。该复合固废改性爆破废石矿用路基材料包括复合固废和爆破废石，其中，复合固废由水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥组成，各组分质量占比分别为：水淬钢渣75％～85％，石灰渣5％～10％，废弃水泥10％～15％，各组分质量百分数之和为100％；复合固废的质量为爆破废石总质量的5％～10％。本发明在保证露天矿运输道路路面强度的同时可有效提高其水稳性能和耐久性能，相对于普通碎石土路具备更低的渗透性。同时，本发明基于固废再利用原则提出适用于国内露天矿运输道路的绿色筑路方法，解决现有的露天矿运输道路坑洼、易泥化、易扬尘的问题，也可提高工业固废的利用率，可作为露天矿运输道路主要结构层中的基层或面层。
Description
技术领域
本发明属于露天矿道路工程领域，具体涉及一种复合固废改性爆破废石矿用路基材料及其制备方法和应用。
背景技术
针对开采条件较好的大型矿山，露天开采是应用最为广泛、成本最低、效率最高的开采方法，包括采掘、运输和排土工艺流程，其中，运输流程是露天开采中的中心环节，占露天矿总投资的40％～60％，运输成本占露天矿总成本的 50％～65％，对矿山开采起决定性作用。同时，露天矿运输中通常采用重型自卸卡车，其总重可达100吨以上，属于重型动荷载，将对路面产生极大压力，造成以下问题：(1)路面强度不足，而运输荷载属于重荷载，长期作用下易造成路面损坏而引起不均匀沉降；(2)路面发生不均匀沉降后，整体质量降低，车辆行驶速度降低、油耗增加、轮胎磨损率明显增大；(3)路面损坏后雨天易泥化，晴天扬尘。由于成本及技术原因，国内露天矿运输道路修筑方法普遍未形成统一标准，大多数矿山往往直接碾压当地现有土石形成简易碎石土路，其整体质量一般，部分矿山引进土路浆作为筑路材料，修筑后路面质量较好，但修筑过程中需大量红黏土，不适合国内广泛推广。因此，研发新的适用于露天矿山的环境友好型路基材料具备广泛的应用前景。
当前，工业固体废物的产生量在世界范围内正以惊人的速度增长，我国工业固体废物资源总回收率仅为30％，利用方式包括道路修筑、生产水泥建材、矿坑填充等，其在道路工程方面所采用的固废多为粉煤灰，且仅用于修补材料和路基铺垫，完全应用于修筑路基路面主体结构相对较少。因此，推动工业固废在道路工程路面主体结构材料中的应用对可持续发展政策的持续推进有重大意义。
结合国内露天矿运输道路的修筑现状及工业固废再利用的需求，将工业固废作为露天矿运输道路路面主体结构材料是解决以上两个问题的有效途径之一。同时，基于露天矿运输过程中反复重载、水流冲刷、天气变化的特点，采用固废作为露天矿运输道路筑路材料时，需具备一定强度、防渗、水稳及耐久性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合固废改性爆破废石矿用路基材料及其制备方法和应用，该复合固废改性爆破废石矿用路基材料在保证露天矿运输道路路面强度的同时可有效提高其水稳性能和耐久性能，相对于普通碎石土路具备更低的渗透性。同时，本发明基于固废再利用原则提出适用于国内露天矿运输道路的绿色筑路方法，解决现有的露天矿运输道路坑洼、易泥化、易扬尘的问题，也可提高工业固废的利用率，可作为露天矿运输道路主要结构层中的基层或面层。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供的这种复合固废改性爆破废石矿用路基材料，包括复合固废和爆破废石，所述复合固废由水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥组成；所述爆破废石级配不同，包括粗料和粉料；所述复合固废的质量为爆破废石质量的5％～10％。
作为优选，所述复合固废中各组分质量占比分别为：水淬钢渣75％～85％，石灰渣5％～10％，废弃水泥10％～15％，各组分质量百分数之和为100％；各组分粒径均小于100目。
作为优选，所述水淬钢渣活性指数不小于90，塑限为15％～25％，液限为 25％～35％；所述石灰渣为选矿中萃取步骤产生的废弃物，其pH大于7；所述废弃水泥为建筑或矿山工程中废弃水泥块经粉碎形成的粉末，杂质含量不大于 10％，金属含量小于或等于5％，可再利用的水泥含量大于80％。
作为优选，所述爆破废石为露天矿爆破开采时崩落的品位低于工业利用标准的废弃石料，其中粉料粒径为0～0.5cm，粗料粒径为2～5cm，粗料与粉料的质量比为3:7～7:3。
本发明提供的这种复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法，所述制备方法为压实法，包括如下步骤：
1)将水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥块分别依次经破碎、烘干、粉碎、过筛，得到过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥；
2)将步骤1)过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥按质量比混合，搅拌均匀，得到复合固废；
3)通过击实试验测试爆破废石粉料的最优含水率wop和最大干密度ρdmax；按质量比将步骤2)复合固废与爆破废石粉料混合，搅拌均匀，得到混合料；
4)按粉料与粗料的质量比向步骤3)得到的混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，得到最终混合料；
5)采用静压制样法将步骤4)得到的最终混合料压实，得到压实样；
6)将步骤5)压实样置于恒温恒湿养护箱中养护，得到复合固废改性爆破废石矿用路基材料。
作为优选，所述步骤1)中，烘干温度为65～80℃，烘干时间为48～72h，筛网孔径为100目；所述步骤2)中，搅拌速度为30～120r/min，搅拌时间为5～60min；所述步骤3)中，搅拌速度为30～120r/min，搅拌时间为10～15min。
作为优选，所述步骤4)中，加水量mw控制为mw＝(wop±2％)*m混，其中 m混为步骤3)中所得混合料的质量；所述步骤5)中，压实效果采用压实度进行控制，压实样的压实度应不小于95％；所述步骤6)中，养护温度为22±1℃，湿度大于90％，养护时间为7～14d。
本发明提供的这种复合固废改性爆破废石矿用路基材料在露天矿运输道路基层和面层中的应用。
作为优选，当所述复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于露天矿运输道路路面基层时，包括如下步骤：
步骤1：根据前期勘察报告结果，设置基层压实后厚度为30～50cm；
步骤2：整平路基，若路基与基层间设置有垫层，则垫层施工完成后表面应拉毛处理；
步骤3：采用路拌法将复合固废按给定掺量与爆破废石粉料均匀拌和，制成混合料；
步骤4：向步骤3的混合料中按粗料与粉料的质量比3:7～7:3加入爆破废石粗料，采用路拌法拌和，拌和过程中加入适量水，加水量mw控制为mw＝(wop±2％) *m混，其中m混为步骤3中所得混合料的质量；
步骤5：将拌和均匀后的松散复合固废改性爆破废石路基材料均匀铺设在路基或垫层上，采用分层压实法，分3层进行压实，每层松铺系数设置为1.2～1.3，压实后表面拉毛；分层压实法的具体操作为：采用25t轮胎压路机进行压实，先静压后振动压实，压路机行驶速度为1～2.5km/h，行驶过程中保证轮迹重叠 1/4～1/3，每层总压实遍数不小于3遍；
步骤6：重复步骤5至改性基层整体压实完成；
步骤7：压实完成后改性基层应养护1～7d，洒水养护，养护期间不开放交通，养护完成后方可施作上层路面结构。
作为优选，当复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于露天矿运输道路路面面层时，包括如下步骤：
步骤1：根据前期勘察报告结果，设置面层压实后厚度为5～10cm；
步骤2：整平基层，且基层施工完成后表面应拉毛；
步骤3：采用路拌法将复合固废按给定掺量与爆破废石粉料均匀拌和，制成混合料；
步骤4：向步骤3的混合料中按粗料与粉料的质量比3:7～7:3加入爆破废石粗料，采用路拌法拌和，拌和过程中加入适量水，加水量mw控制为mw＝(wop±2％) *m混，其中m混为步骤3中所得混合料的质量；
步骤5：将拌和好的松散复合固废改性爆破废石路基材料均匀铺设在路基或垫层上，松铺系数为1.3～1.5，采用多次压实法制作路面面层；多次压实法的具体操作为：采用25t轮胎压路机进行压实，先静压后振动压实，压路机行驶速度为1～2.5km/h，行驶过程中保证轮迹重叠1/4～1/3，总压实遍数不小于6遍；压实后表面采用平路机整平；
步骤6：面层压实完成后应洒水养护7～14d，养护期间不开放交通，养护完成后即可得到改性面层。
本发明的原理：
本发明采用复合固废改性不同级配爆破废石，经胶结后形成具有一定强度、水稳、防渗性能的统一整体。复合固废的各种组分中石灰渣可提供碱性环境以保证反应的顺利进行；水淬钢渣在碱性反应中发生火山灰反应和重金属氢氧根沉淀反应，火山灰反应产生强胶结效果，重金属氢氧根沉淀反应具备一定胶结效果的同时可固化爆破废石中的重金属离子，防止其污染周围土体或水体；废弃水泥粉末的水化反应进一步强化胶结效果。三者综合作用，在提升强度、水稳、防渗性能的同时，使爆破废石中的重金属离子进一步固化，最终形成环境友好型路基材料。
本发明的有益效果:
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1、本发明通过水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥粉末对不同级配爆破废石进行改性，加水压实过程中发生水化反应和火山灰反应，形成具备一定强度的胶结体，将爆破碎石粉料与粗料紧密结合成统一整体，提高材料的强度及水稳性，同时，原有级配碎石结构的孔隙被胶结物填充，极大的提升了材料的整体防渗性能。
2、本发明采用水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥粉末对爆破废石进行改性，固废材料中的羟基(-OH)等官能团将与爆破废石表面的重金属离子相结合并发生沉淀，提高强度的同时降低重金属离子的浸出率，路面修筑完成后这些官能团也可继续吸附重金属污染物，因此可以提高后续使用过程中路面对重金属污染物的吸附性能。
3、本发明所使用的改性材料为水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥粉末，属于工业固废，符合环境保护要求，经济实用，原料来源广泛，制作过程简单、快捷。
4、本发明提供的复合固废改性爆破废石矿用路基材料可以用作露天矿运输道路路面基层或面层的原料，修筑成的路面类型为半刚半柔，极大地提高降水环境中路面的水稳性能、耐久性能和强度特性，尤其适用于矿区气候多雨或干湿变化明显的露天矿运输路面。该复合固废改性爆破废石矿用路基材料经养护后，其防渗性能相对普通矿山级配碎石道路结构明显提升。
附图说明
图1为复合固废改性爆破废石矿用路基材料不同位置应用示意图：(a)用于露天矿运输道路路面基层；(b)用于露天矿运输道路路面面层；
其中，1-普通面层，2-固废改性爆破废石基层，3-路基，4-固废改性爆破废石面层，5-普通基层；
图2为应用例1复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于露天矿运输道路路面基层施工流程图；
图3为应用例2复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于露天矿运输道路路面面层施工流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
以下实施例中，所使用的复合固废包括水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥，各组分质量占比分别为水淬钢渣77％、石灰渣10％、废弃水泥13％，其中：①所用水淬钢渣取自福建上杭某金属冶炼企业，其活性指数为92，塑限为18.7％，液限为29.7％，过100目标准筛；②所用石灰渣取自福建龙岩上杭某矿山萃取车间，其pH为7.7，过100目标准筛；③所用废弃水泥取自福建龙岩新罗区某建筑企业，杂质含量为9％，金属含量5％，有效成分含量大于85％，过100目标准筛。所使用的爆破废石粉末取自福建龙岩上杭某露天矿山，其粒径小于0.15mm，塑限为11.3％，液限为32.2％，最优含水率为14.1％，最大干密度为 1.63g/cm3。
实施例1
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的5％，是爆破废石粉末质量的12.5％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例为12.5％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝6:4向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
6)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
实施例2
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的7％，是爆破废石粉末质量的17.5％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例为17.5％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝6:4向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
实施例3
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的9％，是爆破废石粉末质量的22.5％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例22.5％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝6:4向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
应用例1
将实施例3复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于福建某露天矿山运输道路路面结构中的基层，提升其水稳性能及强度性能，强化其在多雨、反复重载条件下的应用效果，具体施工步骤如下：
1)根据前期勘察报告结果，设置基层压实后厚度为36cm；
2)整平路基，使其不平整度小于50mm；
3)采用路拌法，用挖机将复合固废与爆破废石粉料均匀拌和(质量比例 22.5％)，制成混合料；
4)按质量比粗料：粉料＝6:4向步骤3)混合料中加入爆破废石粗料，采用路拌法拌和，拌和过程中加入适量水，加水量mw控制为mw＝16％*m混，其中m混为步骤3)中所得混合料的质量；
5)将拌和均匀后的松散复合固废改性爆破废石路基材料均匀铺设在路基或垫层上，采用分层压实法，分3层进行压实，每层松铺厚度为15cm，压实后表面拉毛；分层压实法的具体操作为：采用25t轮胎压路机进行压实，先静压后振动压实，压路机行驶速度为1.5km/h，行驶过程中保证轮迹重叠1/4～1/3，每层总压实遍数为3遍；
6)重复步骤5)至改性基层整体压实完成；
7)压实完成后改性基层应养护24h，洒水养护，养护期间不开放交通，养护24h后方可施作上层路面结构。
实施例4
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的10％，是爆破废石粉末质量的25％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例为25％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝6:4向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
应用例2
将实施例4复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于福建某露天矿山运输道路路面结构中的面层，提升其水稳性能、耐久性能及强度性能，强化其在多雨、反复重载条件下的应用效果，具体施工步骤如下：
1)根据前期勘察报告结果，设置面层压实后厚度为6cm；
2)整平基层，且基层施工完成后表面应拉毛；
3)采用路拌法，用挖机将复合固废按质量比例25％与爆破废石粉料均匀拌和，制成混合料；
4)按质量比粗料：粉料＝6:4向步骤3)混合料中加入爆破废石粗料，采用路拌法拌和，拌和过程中加入适量水，加水量mw控制为mw＝16％*m混，其中m混为步骤3)中所得混合料的质量；
5)采用多次压实法制作路面面层，将拌和好的松散复合固废改性爆破废石路基材料均匀铺设在路基或垫层上，松铺厚度为8cm；多次压实法的具体操作为：采用25t轮胎压路机进行压实，先静压后振动压实，压路机行驶速度为 1.25km/h，行驶过程中保证轮迹重叠1/4～1/3，总压实遍数6遍；压实后表面采用平路机整平；
6)面层压实完成后洒水养护7d，养护期间不开放交通，养护7d后得到改性面层。
实施例5
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的6％，是爆破废石粉末质量的20％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例20％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝7:3向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
实施例6
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的9％，是爆破废石粉末质量的30％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例30％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝7:3向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
实施例7
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的7％，是爆破废石粉末质量的10％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例10％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝3:7向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
实施例8
本实施例中，复合固废的质量是爆破废石总质量的8.4％，是爆破废石粉末质量的12％。
复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法为压实法，包括以下步骤：
1)将烘干、粉碎、过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥粉末按上述质量比例混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速60r/min，搅拌时间为5min，搅拌均匀后得到复合固废；
2)按质量比例12％将复合固废与爆破废石粉末混合，采用小型电动搅拌机进行搅拌，设置转速90r/min，搅拌时间10min，得到混合料；
3)按质量比粗料：粉料＝3:7向步骤2)混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，加水量mw控制为mw＝(wop+2％)*m混，其中m混为步骤2)中所得混合料的质量，wop为14.1％；
4)采用静压制样法进行压实，最终压实度为95％；
5)将压实样置于恒温恒湿养护箱中，设置养护温度为23℃，湿度92％，养护时间为7d，养护完成后得到复合固废改性爆破废石路基材料。
对比例
为对比未改性爆破废石矿山路基材料和复合固废改性爆破废石矿山路基材料的各项关键性能指标，突出本发明的优势，设置三种不同配比的未经改性爆破废石矿山路基材料分别命名为对比例GP1、GP2、GP3。对比例所采用的爆破废石与实施例相同，取自福建龙岩上杭某露天矿山，其粒径小于0.15mm，塑限为11.3％，液限为32.2％，最优含水率为14.1％，最大干密度为1.63g/cm3，GP1、GP2、GP3中粗料与粉料的质量比分别为7:3、6:4、3:7。
性能检测
对实施例1～8中的复合固废改性爆破废石矿山路基材料与对比例GP1、 GP2、GP3未改性爆破废石矿山路基材料分别进行以下试验：
1)无侧限抗压试验，试验标准参考《土工试验方法标准》(GB/T 2050123-2019) 和《公路土工实验规程》(JTGE 40-2007)；
2)改进真空饱水马歇尔试验，试验标准参考《沥青混合料马歇尔稳定度试验》T0709-2000和《土工试验方法标准》(GB/T 2050123-2019)；
3)柔性壁试验，试验标准参考ASTM D5887和ASTM D5084；
4)干湿循环试验，试验标准参考ASTM D4843。
试验结果见表1和表2所示。
表1复合固废改性爆破废石前后的无侧限抗压试验和改进真空饱水马歇尔试验结果
表2复合固废改性爆破废石前后柔性壁试验和干湿循环试验结果
以上试验结果表明，相对于未改性的爆破废石矿山路基材料，本发明所提供的复合固废改性爆破废石矿山路基材料的强度提高，特别是实施例2～4以及实施例6～8饱和后无侧限抗压强度甚至大于初始无侧限抗压强度，水稳性能优异，其经历10次干湿循环后质量损失率明显减小，体现出了良好的水稳、耐久和强度特性。同时，改性后的渗透系数相对于未改性的有不同程度的降低，极大地提升了爆破废石材料的防渗性能。总之，复合固废改性爆破废石矿山路基材料相对于未改性前，其表现出良好的路用性能。
以上所述，仅为本发明较为优选的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员不在脱离本发明原理的前提下，可对本发明做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种复合固废改性爆破废石矿用路基材料，包括复合固废和爆破废石，所述复合固废由水淬钢渣、石灰渣和废弃水泥组成；所述爆破废石级配不同，包括粗料和粉料；所述复合固废的质量为爆破废石总质量的5%~10%；
所述复合固废中各组分质量占比分别为：水淬钢渣75%~85%，石灰渣5%~10%，废弃水泥10%~15%，各组分质量百分数之和为100%；各组分粒径均小于100目；
所述水淬钢渣活性指数不小于90，塑限为15%~25%，液限为25%~35%；所述石灰渣为选矿中萃取步骤产生的废弃物，其pH大于7；所述废弃水泥为建筑或矿山工程中废弃水泥块经粉碎形成的粉末，杂质含量不大于10%，金属含量小于或等于5%，可再利用的水泥含量大于80%；
所述爆破废石为露天矿爆破开采时崩落的品位低于工业利用标准的废弃石料，其中粉料粒径为0~0.5cm，粗料粒径为2~5cm，粗料与粉料的质量比为3:7~7:3。
2.一种根据权利要求1所述复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法，所述制备方法为压实法，包括如下步骤：
1）将水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥块分别依次经破碎、烘干、粉碎、过筛，得到过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥；
2）将步骤1）过筛后的水淬钢渣、石灰渣、废弃水泥按质量比混合，搅拌均匀，得到复合固废；
3）通过击实试验测试爆破废石粉料的最优含水率w op和最大干密度ρ dmax；按质量比将步骤2）复合固废与爆破废石粉料混合，搅拌均匀，得到混合料；
4）按粉料与粗料的质量比向步骤3）得到的混合料中加入爆破废石粗料，加水拌和均匀，得到最终混合料；
5）采用静压制样法将步骤4）得到的最终混合料压实，得到压实样；
6）将步骤5）压实样置于恒温恒湿养护箱中养护，得到复合固废改性爆破废石矿用路基材料。
3.根据权利要求2所述复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，烘干温度为65~80℃，烘干时间为48~72h，筛网孔径为100目；所述步骤2）中，搅拌速度为30~120r/min，搅拌时间为5~60min；所述步骤3）中，搅拌速度为30~120r/min，搅拌时间为10~15min。
4.根据权利要求2所述复合固废改性爆破废石矿用路基材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中，加水量m w控制为m w=（w op±2%）*m 混，其中m 混为步骤3）中所得混合料的质量；所述步骤5）中，压实效果采用压实度进行控制，压实样的压实度应不小于95%；所述步骤6）中，养护温度为22±1℃，湿度大于90%，养护时间为7~14d。
5.一种根据权利要求1所述的复合固废改性爆破废石矿用路基材料在露天矿运输道路基层和面层中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，当所述复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于露天矿运输道路路面基层时，包括如下步骤：
步骤1：根据前期勘察报告结果，设置基层压实后厚度为30~50cm；
步骤2：整平路基，若路基与基层间设置有垫层，则垫层施工完成后表面应拉毛处理；
步骤3：采用路拌法将复合固废按给定掺量与爆破废石粉料均匀拌和，制成混合料；
步骤4：向步骤3的混合料中按粗料与粉料的质量比3:7~7:3加入爆破废石粗料，采用路拌法拌和，拌和过程中加入适量水，加水量m w控制为m w=（w op±2%）*m 混，其中m 混为步骤3中所得混合料的质量；
步骤5：将拌和均匀后的松散复合固废改性爆破废石路基材料均匀铺设在路基或垫层上，采用分层压实法，分3层进行压实，每层松铺系数设置为1.2~1.3，压实后表面拉毛；分层压实法的具体操作为：采用25t轮胎压路机进行压实，先静压后振动压实，压路机行驶速度为1~2.5km/h，行驶过程中保证轮迹重叠1/4~1/3，每层总压实遍数不小于3遍；
步骤6：重复步骤5至改性基层整体压实完成；
步骤7：压实完成后改性基层应养护1~7d，洒水养护，养护期间不开放交通，养护完成后方可施作上层路面结构。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，当复合固废改性爆破废石矿用路基材料用于露天矿运输道路路面面层时，包括如下步骤：
步骤1：根据前期勘察报告结果，设置面层压实后厚度为5~10cm；
步骤2：整平基层，且基层施工完成后表面应拉毛；
步骤3：采用路拌法将复合固废按给定掺量与爆破废石粉料均匀拌和，制成混合料；
步骤4：向步骤3的混合料中按粗料与粉料的质量比3:7~7:3加入爆破废石粗料，采用路拌法拌和，拌和过程中加入适量水，加水量m w控制为m w=（w op±2%）*m 混，其中m 混为步骤3中所得混合料的质量；
步骤5：将拌和好的松散复合固废改性爆破废石路基材料均匀铺设在路基或垫层上，松铺系数为1.3~1.5，采用多次压实法制作路面面层；多次压实法的具体操作为：采用25t轮胎压路机进行压实，先静压后振动压实，压路机行驶速度为1~2.5km/h，行驶过程中保证轮迹重叠1/4~1/3，总压实遍数不小于6遍，压实后表面采用平路机整平；
步骤6：面层压实完成后应洒水养护7~14d，养护期间不开放交通，养护完成后即得到改性面层。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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