摘? 要：為綜合利用鐵尾礦廢渣和工業(yè)粉煤灰，通過摻加不同劑量的水泥和粉煤灰處治鐵尾礦渣用作半剛性路面基層，對(duì)5個(gè)級(jí)配的混合料進(jìn)行抗沖刷性預(yù)測(cè)分析。結(jié)果表明：鐵尾礦砂屬于細(xì)集料，為了提高混合料的密實(shí)性，應(yīng)摻入粉煤灰，隨著水泥劑量由3%逐步提高至7%，沖刷量下降很明顯，當(dāng)水泥摻加計(jì)量為7%時(shí)滿足抗沖刷要求。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦渣;半剛性路面基層;抗沖刷性

Abstract： In order to comprehensively utilize iron tailing waste slag and industrial fly ash， the iron tailings slag was treated as a semi-rigid pavement base by adding different doses of cement and fly ash to predict and analyze the erosion resistance of the five graded mixtures. The results show： iron tailings slag is a fine aggregate. In order to improve the compactness of the mixture， fly ash should be added. As the cement dosage gradually increases from 3% to 7%， the erosion amount decreases significantly; when the cement dosage is at 7%， it meets the anti-scour requirements.

由生態(tài)環(huán)境部公示的 《2019年全國(guó)大、中城市固體廢棄物污染環(huán)境防治年報(bào)》中顯示：2018年重點(diǎn)發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)尾礦產(chǎn)生量為8.8億噸，占重點(diǎn)發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)一般固體廢物產(chǎn)生量的27.4%，綜合利用量為2.4億噸（其中利用往年貯存量1151.6萬噸），綜合利用率為27.1%。尾礦產(chǎn)生量最大的兩個(gè)行業(yè)是有色金屬礦采選業(yè)和黑色金屬礦采選業(yè)，其產(chǎn)生量分別為4.0億噸和3.7億噸，綜合利用率分別為23.4%和26.8%;2018年重點(diǎn)發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)的粉煤灰產(chǎn)生量5.3億噸，占比16.6%，綜合利用量為4.0億噸（其中利用往年貯存量為320.5萬噸），綜合利用率為74.9%，粉煤灰產(chǎn)生量最大的行業(yè)是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，其產(chǎn)生量為4.5億噸，綜合利用率為75.7%;其次是化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)， 造紙和紙制品業(yè)，其產(chǎn)生量分別為2565.3萬噸、1560.9萬噸、887.8萬噸和656.0萬噸，綜合利用率分別為61.8%、62.1%、68.8%和78.2%。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)可見開展礦山尾礦和工業(yè)粉煤灰的資源化利用是礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，也是改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的客觀要求。我國(guó)常用的道路半剛性基層材料主要是以水泥、石灰和粉煤灰等為主的無機(jī)結(jié)合料類穩(wěn)定材料，但半剛性基層材料特別是無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土類半剛性基層材料抗沖刷能力差，在被水沖刷后極易引起道路水損害[1]。國(guó)內(nèi)外很多對(duì)道路半剛性基層材料的抗沖刷性能研究，主要圍繞半剛性基層材料的混合料結(jié)構(gòu)類型[2]、水泥膠結(jié)料含量[3]、含水量及壓實(shí)度[4]等進(jìn)行，都是單因素分析，沒有把諸多因素綜合分析，在利用無機(jī)結(jié)合料處治鐵尾礦渣用作半剛性路面基層時(shí)，應(yīng)考慮其具有足夠的水穩(wěn)定性。根據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)盛燕萍的“基于灰色理論的水泥穩(wěn)定碎石沖刷量模型”[5]可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)半剛性基層材料28d沖刷量值。

1 道路半剛性基層材料

1.1 鐵尾礦廢渣

在柞水木梓溝鐵尾礦庫取樣大致等量的鐵尾礦12份，每份5kg±0.1kg。測(cè)定其化學(xué)組成，結(jié)果見表1所示。

稱量500g鐵尾礦，進(jìn)行篩分析法[6]試驗(yàn)，結(jié)果見表2所示。

由表2可知：鐵尾礦顆粒粒徑在0.15mm～1.18mm之間的比例高達(dá)65.36%，鐵尾礦顆粒較細(xì)。按照公式（1）計(jì)算細(xì)度模數(shù)[7]，根據(jù)細(xì)度模數(shù)？滋f評(píng)定該鐵尾礦顆粒的粗細(xì)程度。

1.2 水泥

采用P.C32.5R水泥，經(jīng)檢測(cè)其化學(xué)成分見表3所示。

1.3 粉煤灰

2 不同鐵尾礦級(jí)配的抗沖刷性分析

2.1 沖刷量預(yù)測(cè)模型

無機(jī)結(jié)合料處治鐵尾礦用作半剛性路面基層材料，無機(jī)結(jié)合料為水泥內(nèi)摻入一定劑量的粉煤灰，按照文獻(xiàn)[5]的沖刷量預(yù)測(cè)模型分析其抗沖刷性。骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石沖刷量的預(yù)測(cè)模型簡(jiǎn)化式為：

2.2 鐵尾礦級(jí)配

鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)為2.19，屬于細(xì)砂，根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》的高速公路和一級(jí)公路的碎石CF-A-2S級(jí)配技術(shù)要求[9]，將鐵尾礦廢渣大量進(jìn)行利用在半剛性路面基層，應(yīng)按照表5的篩孔通過率對(duì)鐵尾礦進(jìn)行改良。骨架密實(shí)型集料分形維數(shù)D的計(jì)算的級(jí)配表，見表6所示。

碎石按照表5的高速和一級(jí)公路的CF-A-2S級(jí)配通過率要求和鐵尾礦進(jìn)行組合配比，其中鐵尾礦位于0.075mm～4.75mm粒徑范圍不能滿足的用機(jī)制砂或河砂進(jìn)行補(bǔ)配，粒徑通過率超過表5中要求的應(yīng)篩出，從而保證集料級(jí)配的用量按照高速和一級(jí)公路的CF-A-2S級(jí)配通過率要求。

水泥劑量按照3%、5%、7%的比例摻加，測(cè)定各配合比下所用的含水量，根據(jù)表5數(shù)據(jù)，按照公式（4）進(jìn)行計(jì)算級(jí)配1～5的集料粒徑分維數(shù)D，公式（2）計(jì)算沖刷量L，計(jì)算結(jié)果見表6所示。

從表5可知，隨著水泥劑量由3%逐步提高至7%，按照預(yù)測(cè)模型計(jì)算的沖刷量下降很明顯，從44.2483g降低到18.4535g，降低率58.3%，足以說明水泥穩(wěn)定鐵尾礦碎石抗沖刷性的使用劑量很重要，為滿足半剛性路面基層混合料的抗沖刷要求，水泥使用比例不少于7%。為了更好地滿足抗沖刷性，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)進(jìn)行合理優(yōu)化水泥劑量和鐵尾礦碎石的級(jí)配，為了提高混合料的密實(shí)性，水泥處治碎石和鐵尾礦的混合料中應(yīng)摻入粉煤灰，添加粉煤灰的比例宜為20%～40%，進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)確定[10]，混合料中粉煤灰的光滑微珠起到了一種類似“滾珠”的促進(jìn)細(xì)小顆粒密實(shí)的“形態(tài)效應(yīng)”[11]。

3 結(jié)論

通過對(duì)鐵尾礦用作半剛性路面基層的抗沖刷性進(jìn)行的分析，得出結(jié)論：

（1）鐵尾礦砂屬于細(xì)集料，為了提高混合料的密實(shí)性，混合料中應(yīng)摻入粉煤灰。

（2）隨著水泥劑量由3%逐步提高至7%，預(yù)測(cè)的沖刷量下降很明顯，為滿足半剛性路面基層混合料的抗沖刷要求，水泥使用比例不少于7%。

（3）用水泥粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦用于道路的路面基層材料，將極大提高粉煤灰和鐵尾礦的固廢資源化利用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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