[00143873]无机结合料稳定铁尾矿砂道路基层的应用研究

1、课题来源与背景 “无机结合料稳定铁尾矿砂道路基层的应用研究”是交通运输部建设科技项目,任务书编号2013 318 773 280,项目研究期限为2013年5月～2015年5月。 尾矿砂是铁矿石经过加工粉碎、选出铁物质后剩余的一种产物,作为一种废弃物大量堆积在河流流域或陆地上,导致大量良田荒芜以及河床的抬高,极易产生扬尘,严重污染环境。项目提出开展利用水泥、石灰等稳定特细铁尾矿砂技术基础研究,是尾矿利用和工程材料发展领域具有一定的前瞻性和原始创新性的研究课题,该研究一方面可以大量消耗现有尾矿砂,降低尾矿大量堆存带来的危害;另一方面,作为一种新型路面基层填料,对缓解基层稳定料的供应、降低道路工程造价意义明显。因此,该项目具有变废为宝、节约资源、保护和改善生态环境、市场需求量大的特点。开展尾矿砂作为路面基层材料的研究,有利于形成更具市场竞争力的尾矿综合利用产业,加速尾矿的综合利用,节约土石资源,带动交通事业发展。 2、技术原理及性能指标 铁尾矿的存放严重污染环境、占用大量土地,且处理维护费用高、风险大,因而铁尾矿的综合应用已引起了人们的高度重视。在铁尾矿砂中加入水硬性胶凝材料（水泥或石灰）,在一定条件下压实成型并养生后可形成板体,其强度和刚度得到明显提高,具有与水泥稳定碎石（砂砾等）相似的半刚性材料的特性,可用于沥青路面基层和底基层,项目研究性能指标如下： （1）使用本项目研究的无机结合料稳定尾矿砂基层7 天无侧限抗压强度大于0.8Ma。劈裂强度大于0.5 MPa,冻融劈裂强度大于 0.4 MPa;经过5次冻融循环后残留强度比达到75%以上; （2）提出了无机结合料稳定铁尾矿砂混合料的配合比设计方法; （3）提出了无机结合料稳定铁尾矿砂的固化机理; （4）提出了铁尾矿砂稳定料在荷载和环境作用下的损伤演化规律; （5）将无机结合料稳定尾矿砂成功应用于普通公路道路基层,降低普通公路路面基层工程造价11.45%。 3、技术的创造性与先进性 （1）从铁尾矿砂矿物组成、颗粒特点出发,采用宏观试验、微细观分析和物化理论相结合的方法,提出了无机结合料稳定铁尾矿砂的固化机理。 （2）以典型铁尾矿砂的矿物成分和颗粒分析为基础,优选无机结合料的类型和掺量,通过力学特性和耐久性能研究,确定了无机结合料稳定铁尾矿砂的配合比设计方法。 （3）针对铁尾矿砂稳定料的结构特点建立相应的路面力学响应模型,计算该种结构在不同荷载、不同环境条件下的力学响应,研究提出了铁尾矿砂稳定料在荷载和环境作用下的损伤演化规律。 （4）将无机结合料稳定尾矿砂成功应用于普通公路道路基层,节约了工程造价。 4、技术的成熟程度,适用范围与安全性 本项目以我省大量堆存的铁尾矿砂作为研究对象,通过系列的分析、试验、数值优化以及工程应用,将铁尾矿砂成功应用于普通公路路面基层中。项目编写了《无机结合料稳定铁尾矿砂基层设计施工技术指南》,能够指导无机结合料稳定铁尾矿砂基层技术在公路建设中的大规模应用。 我国很多地区钢铁产业发达,铁矿石矿藏丰富,每年生产大量尾矿砂,将这种资源应用于公路建设中,开发尾矿砂的再利用技术,能够提高其经济价值,达到降低环境污染、节约矿山资源、减少土地占用的目地,市场需求前景广阔,项目成果在全国范围内均具有广阔的推广应用前景。 5、应用情况及存在的问题 2014年8月,在辽阳市罗铧线大修工程中,在K0+135～K1+225路段1090米路面施工中应用了“无机结合料稳定铁尾矿砂道路基层的应用研究”课题组研究的成果,在半刚性基层和底基层应用了水泥稳定铁尾矿砂混合料,取得了良好的路用效果。