羅翱　文遠(yuǎn)松　楊昌盛

摘要：目的：為了保護(hù)環(huán)境，充分將鐵尾礦資源變廢為寶。方法：本文通過(guò)對(duì)鐵尾礦作為路面基層材料路用性能進(jìn)行了研究，試驗(yàn)包括無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、回彈模量、抗沖刷性能、干縮性能、疲勞性能，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。結(jié)果：通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及擬合可以看出強(qiáng)度與回彈模量、干縮性能、疲勞性能呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，與抗沖刷系數(shù)之間存在一個(gè)指數(shù)函數(shù)關(guān)系。結(jié)論：鐵尾礦在貴州地區(qū)應(yīng)用能夠體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；回彈模量；抗沖刷性能；干縮性能；疲勞性能

中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）30-0112-03

0引言

鐵尾礦是選礦廠將鐵礦石磨細(xì)、提取有用成分后所排放的廢棄物，是一種復(fù)合礦物原料，鐵尾礦除了含有少量其他金屬成分外主要礦物成分為脈石礦物，化學(xué)成分以鐵、硅、鎂、鈣、鋁氧化物為主并伴有少量磷、硫等。隨著礦產(chǎn)資源不斷開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了大量尾礦粉，存儲(chǔ)尾礦粉不僅占用大量土地、覆蓋大量植被、長(zhǎng)期堆放尾礦逐漸成為具有威脅力的地質(zhì)災(zāi)害源。另外，在干旱季節(jié)，貴州是沙塵暴的多發(fā)地，其周邊的生態(tài)環(huán)境時(shí)時(shí)刻刻遭受著威脅，使得商業(yè)旅游效益受到影Ⅱ向。因此本文通過(guò)對(duì)鐵尾礦作為路面基層材料路用性能進(jìn)行了研究，對(duì)尾礦粉作為路面基層材料設(shè)計(jì)與施工提供一定參考。

1原材料分析及配合比設(shè)計(jì)

1.1水泥

本試驗(yàn)采用水泥為425普通硅酸鹽水泥。

1.2鐵尾礦

鐵尾礦取自于貴州省某鐵礦，通過(guò)對(duì)尾礦粉進(jìn)行化學(xué)試驗(yàn)，成分見(jiàn)表1所示。

1.3碎石

碎石材料是路面基層的“骨架”。為了確?；鶎訌?qiáng)度達(dá)標(biāo)，施工時(shí)必須保證碎石材料級(jí)配優(yōu)良。表2為碎石級(jí)配組成。

1.4基層材料配合比

為了分析尾礦粉在混合料中所占比例大小對(duì)路用性能影響，以常規(guī)無(wú)機(jī)結(jié)合料施工中水泥劑量占5%計(jì)，擬定配合比如表2所示。分析尾礦粉劑量與混合料強(qiáng)度、抗壓回彈模量、抗沖刷性能、干縮性能試驗(yàn)、抗疲勞性能之間關(guān)系，表3給出了具體的配合比。

2路用性能參數(shù)試驗(yàn)分析

2.1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

強(qiáng)度是路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)驗(yàn)算重要參數(shù)，路面基層材料強(qiáng)度直接決定道路的使用性能，為了分析齡期及不同配合比對(duì)混合料強(qiáng)度性能的影響，本文對(duì)養(yǎng)生齡期7d、28d、90d鐵尾礦混合料成型試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1所示。

從圖1可以看出在水泥劑量不變情況下，混合料強(qiáng)度隨著齡期逐步增長(zhǎng)：在相同齡期內(nèi)混合料強(qiáng)度隨著礦粉劑量增加碎石減少呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，水泥劑量不變、28d齡期前水泥礦粉碎石強(qiáng)度要比水泥碎石強(qiáng)度偏低，28d齡期后水泥礦粉碎石強(qiáng)度比水泥碎石強(qiáng)度偏高，水泥礦粉碎石強(qiáng)度形成呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)。

水泥劑量不變、齡期相同情況下水泥礦粉碎石強(qiáng)度略低于水泥礦粉粉煤灰碎石強(qiáng)度。

2.2抗壓強(qiáng)度與抗壓回彈模量試驗(yàn)

通過(guò)抗壓回彈模量試驗(yàn)對(duì)養(yǎng)生齡期滿90d的試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)和抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)擬合后得到一個(gè)粉（礦粉+粉煤灰）劑量、強(qiáng)度與模量關(guān)系曲線（詳見(jiàn)圖2）。

圖2中R²為確定性系數(shù)，表示礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)回彈模量影響程度。R²值越大表明擬合曲線中礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)回彈模量影響能力越強(qiáng)。隨著礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量的增多，回彈模量不斷增大，相同的狀態(tài)下水泥礦粉粉煤灰碎石混合料比水泥礦粉碎石混合料的回彈模量大，礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量與回彈模量之間呈現(xiàn)良好正向線性關(guān)系，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與回彈模量之間呈現(xiàn)良好反向線性關(guān)系。

2.3抗壓強(qiáng)度與抗沖刷性能試驗(yàn)

道路結(jié)構(gòu)層的安全性能主要取決于路面基層材料的抗沖刷特性。下文將通過(guò)抗沖刷率（試件沖刷掉質(zhì)量與試件總質(zhì)量比值）對(duì)混合料抗沖刷性能進(jìn)行綜合評(píng)定。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與抗沖刷率進(jìn)行曲線擬合，見(jiàn)圖3所不。

圖3中R²為確定性系數(shù)，取值越接近1表明曲線中礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)抗沖刷影響能力越強(qiáng)?？箾_刷率隨礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量增加而增加，呈現(xiàn)良好線性變化規(guī)律，強(qiáng)度與抗沖刷率之間存在一種指數(shù)關(guān)系曲線，雖然試驗(yàn)數(shù)據(jù)有些離散，但強(qiáng)度與抗沖刷率之間確實(shí)有所相關(guān)，指數(shù)函數(shù)可以較好描述兩者關(guān)系。同等條件下水泥礦粉粉煤灰碎石混合料抗沖刷性能大于水泥礦粉碎石混合料，說(shuō)明混合料中粉煤灰存在增加了混合料抗沖刷性能。

2.4混合料抗壓強(qiáng)度與干縮性能試驗(yàn)

本文采用干縮系數(shù)（累計(jì)干縮變形/失水量）作為評(píng)價(jià)混合料干縮性能指標(biāo)。測(cè)試不同配合比混合料中梁試件90d干縮變形，根據(jù)累積干縮變形計(jì)算干縮系數(shù)，90d干縮系數(shù)與時(shí)間關(guān)系曲線見(jiàn)圖4所示。

如圖4所示，初期由于試件表面與空氣接觸，水分大量散失，使得試件出現(xiàn)了比較明顯的變形，比如在試驗(yàn)初期干縮系數(shù)大幅度變動(dòng)，后期因?yàn)樗可⑹?，干縮系數(shù)逐漸變平緩。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)混合料初期養(yǎng)生至關(guān)重要。筆者建議施工一周內(nèi)必須保濕養(yǎng)生，再生層表面不宜過(guò)干但是也不能太濕，這樣能使再生層的強(qiáng)度達(dá)到要求。

2.5混合料抗壓強(qiáng)度與疲勞性能試驗(yàn)

對(duì)試件循環(huán)加載最小荷載與最大載荷之比為應(yīng)力比，通過(guò)疲勞試驗(yàn)測(cè)試混合料的抗疲勞特性，針對(duì)疲勞試驗(yàn)作用次數(shù)對(duì)數(shù)值與應(yīng)力比進(jìn)行擬合分析，得到一個(gè)應(yīng)力比和疲勞壽命之間的關(guān)系曲線。疲勞試驗(yàn)作用次數(shù)對(duì)數(shù)值與應(yīng)力比呈線性關(guān)系，圖5是在應(yīng)力比為0.75的條件下對(duì)混合料抗壓強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)作用次數(shù)對(duì)數(shù)值進(jìn)行擬合所得到的曲線圖。

由圖5可以看出應(yīng)力比與疲勞壽命在同一對(duì)數(shù)坐標(biāo)上表現(xiàn)為較好線性關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，擬合方程為：

在上式中，系數(shù)a值表示“擬合直線的斜率”，通過(guò)它可以了解混合料疲勞壽命對(duì)施加應(yīng)力敏感程度，它的數(shù)值越大，曲線就越陡，疲勞壽命對(duì)應(yīng)力比敏感程度就越大。b值為擬合直線在Y軸截距，代表了疲勞曲線位置，b值越大曲線越靠向上方，表明材料抗疲勞性能越好；混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)作用次數(shù)對(duì)數(shù)值擬合曲線y=-2.6x+5.914、y=-2.28x+5.354可以看出，隨著混合料強(qiáng)度的增長(zhǎng)疲勞試驗(yàn)作用次數(shù)對(duì)數(shù)值逐步減小，說(shuō)明混合料強(qiáng)度、疲勞性能與礦粉（礦粉+粉煤灰）劑量呈反方向變化。

3結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)鐵尾礦作為路面基層材料路用性能進(jìn)行了研究，混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量、抗沖刷性能、干縮性能、疲勞性能表現(xiàn)出良好路用性能。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析后得知無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與抗壓回彈模量、干縮性能、疲勞性能呈線性關(guān)系，與抗沖刷性能呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系曲線。即y=213.01e^-0.7626x，說(shuō)明隨著強(qiáng)度增加混合料表現(xiàn)出非線性抗沖刷性能。endprint