郭蓉 張衡

摘 要：文章根據(jù)鐵尾礦砂的特性進(jìn)行水泥穩(wěn)定、石灰穩(wěn)定和水泥、石灰綜合穩(wěn)定配合比設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)混合料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得出滿(mǎn)足規(guī)范要求強(qiáng)度的結(jié)合料摻量。結(jié)果表明：8%水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂，14%石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂，石灰水泥綜合穩(wěn)定鐵尾礦砂（石灰摻量4%，水泥摻量2%）能夠滿(mǎn)足低等級(jí)公路基層強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦砂；水泥穩(wěn)定；石灰穩(wěn)定；石灰水泥綜合穩(wěn)定；配合比設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展，尾礦在工業(yè)固體廢棄物中所占的比例越來(lái)越大。尾礦的存放嚴(yán)重污染環(huán)境、占用大量土地，且處理維護(hù)費(fèi)用高，風(fēng)險(xiǎn)大，因而尾礦的綜合利用已經(jīng)引起人們的高度重視。在我國(guó)常用的半剛性基層瀝青路面或水泥混凝土路面中，基層和底基層主要承擔(dān)承載交通荷載的作用，所以基層和底基層的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性決定了路面的使用性能和壽命。到目前為止，使用最多的是半剛性結(jié)構(gòu)，如果能把鐵尾礦用作筑路材料使用到基層和底基層中，不僅可以有效利用工業(yè)廢渣，大量消耗鐵尾礦，還可以降低工程造價(jià)，減少環(huán)境污染，有效地保護(hù)土地資源。

文章主要以鐵尾礦砂為研究對(duì)象，將其應(yīng)用于道路建筑材料中，替代部分砂石，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析其可行性，為鐵尾礦砂的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1 原材料技術(shù)指標(biāo)

1.1 鐵尾礦砂

文章試驗(yàn)選用的鐵尾礦砂來(lái)自南京市江寧區(qū)吉山鐵尾礦庫(kù)尾礦砂。

（1）鐵尾礦砂的顆粒組成分析。篩分結(jié)果如圖1所示，可計(jì)算其細(xì)度模數(shù)為0.94，屬于特細(xì)砂。

圖1 鐵尾礦砂篩分曲線(xiàn)

（2）鐵尾礦砂的化學(xué)成分分析。通過(guò)對(duì)鐵尾礦砂化學(xué)成分進(jìn)行分析，可見(jiàn)鐵尾礦砂的主要化學(xué)成分為SiO2、Fe2O3、Al2O3和CaO。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果SiO2的含量可初步判斷，鐵尾礦砂來(lái)源于堿性集料。

1.2 水泥

文章選用的水泥來(lái)自南京中聯(lián)水泥有限公司，是強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥。

1.3 石灰

文章選用的石灰為鈣質(zhì)消石灰，CaO和MgO含量為78.0%，符合規(guī)范Ⅰ級(jí)灰的標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗(yàn)方案

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）相關(guān)試驗(yàn)要求，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定水泥穩(wěn)定類(lèi)、石灰穩(wěn)定類(lèi)和石灰（或水泥）粉煤灰穩(wěn)定類(lèi)材料的最佳含水量和最大干密度。并在最佳含水量和最大干密度條件下成型規(guī)定尺寸的試件，在溫度為20℃±2℃，濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室里養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期的前一天，浸水24h。測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。確定滿(mǎn)足規(guī)范要求7天強(qiáng)度的結(jié)合料用量。材料組合方案為：水泥+鐵尾礦砂、石灰+鐵尾礦砂、水泥+石灰+鐵尾礦砂。

3 結(jié)果及分析

3.1 水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂

3.1.1 擊實(shí)試驗(yàn)。分別選取 4%、6%、7%、8%、9%、10%、12%的水泥摻量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果得出，鐵尾礦砂摻加水泥最佳含水量在9.8%～10.1%之間，含水量并無(wú)明顯差異，最大干密度在2.204g/m3～2.282g/m3之間；隨著含水量的變化其干密度變化較大。

3.1.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。文章中按摻加水泥劑量4%、6%、7%、8%、9%、10%、12%分別制作試件并進(jìn)行了7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂的7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量的增大而增大，且呈線(xiàn)性增長(zhǎng)；當(dāng)水泥摻量達(dá)到8%時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度才能滿(mǎn)足規(guī)范要求的強(qiáng)度值（2.5MPa），水泥用量偏大，一方面不經(jīng)濟(jì)，另一方面，也是最重要的一方面，當(dāng)水泥摻量過(guò)大時(shí)，將會(huì)引起干縮、溫縮裂縫等問(wèn)題。

3.2 石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂

3.2.1 擊實(shí)試驗(yàn)。分別選取10%、12%、14%、15%、16%、18%、20%、25%、30%的石灰摻量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)所得的最大干密度及最佳含水率結(jié)果可以得出：隨著石灰摻量的增加，最佳含水率逐漸增加，而最大干密度逐漸降低。由于石灰的比重小于鐵尾礦砂的比重，混合后灰劑量越大，其干密度自然越小。隨著含水量的變化其干密度變化不大，說(shuō)明其對(duì)水的敏感性不高，在施工過(guò)程中含水量比較便于控制，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工控制。

3.2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。文章中按摻加石灰摻量10%、12%、14%、15%、16%、18%、20%、25%、30%分別制作試件并進(jìn)行了7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。具體試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂的7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨石灰摻量的增大而增大，在石灰摻量小于20%時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)速率較快，當(dāng)石灰摻量大于20%時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)放緩?？傮w上呈線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì)。另外，當(dāng)石灰摻量達(dá)到14%時(shí)，強(qiáng)度基本達(dá)到規(guī)范要求的強(qiáng)度值（0.8MPa）。

3.3 石灰水泥綜合穩(wěn)定鐵尾礦砂

3.3.1 擊實(shí)試驗(yàn)。分別按石灰：水泥：鐵尾礦砂比例為4：2：100、6：2：100、8：2：100、10：2：100、12：2：100的摻量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)所得的最大干密度及最佳含水率結(jié)果可以得出：最大干密度隨石灰摻量的增大而增大；當(dāng)石灰和水泥的摻量比例逐漸增大時(shí)，最大干密度曲線(xiàn)變化趨勢(shì)也越來(lái)越明顯。

3.3.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。文章中分別按石灰：水泥：鐵尾礦砂比例為4：2：100、6：2：100、8：2：100、10：2：100、12：2：100的摻量分別制作試件并進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。具體試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 石灰（2%水泥）綜合穩(wěn)定尾礦無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

由圖4可知，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨石灰摻量的增加而呈現(xiàn)顯著線(xiàn)形增長(zhǎng)趨勢(shì)；且適量加入少許水泥可以大幅度降低石灰劑量。當(dāng)石灰摻量采用4%、水泥摻量采用2%時(shí)，混合料強(qiáng)度即能滿(mǎn)足規(guī)范要求的強(qiáng)度值（0.8MPa）。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)在鐵尾礦砂中加入水泥、石灰等無(wú)機(jī)結(jié)合料，進(jìn)行水泥穩(wěn)定、石灰穩(wěn)定和綜合穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)整不同摻量進(jìn)行擊實(shí)、強(qiáng)度試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)鐵尾礦砂進(jìn)行無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定或綜合穩(wěn)定，均能滿(mǎn)足二級(jí)及其以下等級(jí)的公路基層強(qiáng)度要求。

（2）通過(guò)三種穩(wěn)定方式的鐵尾礦砂混合料的擊實(shí)試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)，得出滿(mǎn)足二級(jí)及其以下公路基層強(qiáng)度要求的配合比方案：水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂（水泥摻量為8%）；石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂（石灰摻量為14%）；石灰水泥綜合穩(wěn)定鐵尾礦砂（石灰摻量4%，水泥摻量2%）。

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