鐵尾礦瀝青路面路用性能進(jìn)行研究

于博西 劉寶民 查雨彤 何航鵬

摘 要：尾礦的大量堆存不僅會對環(huán)境造成污染還需花費(fèi)一定的維護(hù)費(fèi)用。因此，鐵尾礦的合理開發(fā)利用成為亟待解決的問題。本文主要對鐵尾礦在瀝青路面中的應(yīng)用進(jìn)行歸納總結(jié)，通過對國內(nèi)外鐵尾礦在瀝青路面中的性能應(yīng)用對比分析，研究鐵尾礦代替?zhèn)鹘y(tǒng)細(xì)集料的可行性，總結(jié)出可以通過改變?yōu)r青級配以及改變混合料種類來優(yōu)化與提升瀝青路面路用性能。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦;瀝青路面;路用性能

0 引言

在交通強(qiáng)國的號召下，我國的道路交通高速發(fā)展，具有振動小、養(yǎng)護(hù)維修簡便、耐磨等優(yōu)點(diǎn)的瀝青路面，成為城市道路與公路路面材料的首選。而在道路建設(shè)中，需大量碎石、砂礫等天然材料作為集料，既破壞了自然資源，也打擊了生態(tài)系統(tǒng)，道路建設(shè)也正在面臨著供需不平衡以及價(jià)格居高不下的窘境。

截止2018年我國尾礦總產(chǎn)生量約為12.11億t，其中鐵尾礦產(chǎn)生量最大，約為4.76億t，占尾礦總產(chǎn)生量的39.31%[1]，但綜合利用率僅為27.0%。因此，鐵尾礦的綜合利用研究也應(yīng)運(yùn)而生，將鐵尾礦應(yīng)用于道路工程中，不僅能夠降低鐵尾礦儲存以及維護(hù)費(fèi)用，還能有效地節(jié)約土地，并對生態(tài)環(huán)境起到有效的保護(hù)作用。

近年來一些學(xué)者對鐵尾礦在道路工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，取得了一些進(jìn)展。張鐵志等[2]采用摻加聚丙稀纖維的水泥穩(wěn)定鐵尾礦用于水穩(wěn)碎石，研究鐵尾礦砂代替?zhèn)鹘y(tǒng)細(xì)集料的可行性。

1 鐵尾礦在國外瀝青路面中的研究

在國外，對于鐵尾礦的綜合利用起步較早，隨著歐美等國家工業(yè)化進(jìn)程加快，鐵尾礦堆存量也相當(dāng)巨大。早在上個(gè)世紀(jì)七十年代，很多公司就采用了一系列的方法進(jìn)行回收利用。例如美國的Sivas-Divrigi、Sunrise等選礦廠。因此，國外對于鐵尾礦的治理和應(yīng)用也較早，并為其制定了一系列相關(guān)的法律法規(guī)[3]。國外對于鐵尾礦，在道路工程等領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了明顯的成效。

巴西通過使用X射線衍射（XRD）的粒度分布，比重和礦物組成來表征IOT，并將其代替沙子。美國針對鐵尾礦自身的硬度、韌性、抗拉強(qiáng)度和耐久性等各項(xiàng)性質(zhì)進(jìn)行了大量的研究，系統(tǒng)分析后得出鐵尾礦可用作道路材料的結(jié)論。前人研究的水熱結(jié)合工藝應(yīng)用于尾礦團(tuán)聚體的試驗(yàn)，強(qiáng)度結(jié)果表明其足以使尾礦球團(tuán)用作瀝青和水泥的集料材料。未來極大可能還會有更多的應(yīng)用，包括回收更有價(jià)值的材料，并將其用作凝聚的路基材料、建筑地基的回填土以及水泥中的沙子和石灰的替代物。

2 鐵尾礦在國內(nèi)瀝青路面中的研究

相對而言，我國針對鐵尾礦的研究較國外起步較晚。但通過學(xué)者的不斷努力，國內(nèi)針對鐵尾礦在路面中的應(yīng)用有了較多的研究并取得了一定的進(jìn)展。

王緒旺[4]等人為探究鐵尾礦是否可以大規(guī)模應(yīng)用到道路上作為道路用料，以商洛典型鐵尾礦砂為試驗(yàn)材料，對其礦物組成成分、放射性、有害物質(zhì)含量、泥土石粉含量、砂當(dāng)量、顆粒級配等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，進(jìn)行大規(guī)模化利用鐵尾礦砂時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制硫酸鹽指標(biāo)，優(yōu)化級配后可作為環(huán)保型道路工程材料。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的田知文[5]研究了對于瀝青混合料中摻加鐵尾礦這一材料的各項(xiàng)性能，并對比消石灰和硅烷偶聯(lián)劑兩種改善方法對鐵尾礦石瀝青混合料路用性能的改善效果，得出兩種改善措施均有積極效果的結(jié)論，并且摻加消石灰對該料高溫穩(wěn)定性有明顯的提升效果，摻加硅烷偶聯(lián)劑對該料的低溫抗裂性能提升效果較好。

邵彩[6]研究了加入鐵尾礦砂的瀝青混合料的各項(xiàng)性能，對比分析出鐵尾礦砂瀝青混合料和石灰?guī)r瀝青混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能以及水穩(wěn)定性，從而得出結(jié)論：鐵尾礦砂能夠在保證瀝青混合料具有較高的路用性能的前提下，實(shí)現(xiàn)資源二次利用。

劉春生、吳進(jìn)[7]兩人以90#道路石油瀝青及SBS改性瀝青作為膠結(jié)料，以碎石、石屑、鐵尾礦砂、礦粉作為礦質(zhì)原材料，進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，以90#道路石油瀝青及 SBS 改性瀝青為膠結(jié)料的摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，為鐵尾礦應(yīng)用于道路工程作為道路材料提供了有益參考。

以上均是鐵尾礦代替?zhèn)鹘y(tǒng)集料的研究，一是改變?yōu)r青級配，二是改變混合料種類，試驗(yàn)的加持表明摻加鐵尾礦的瀝青混合料各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求，為今后普及鐵尾礦瀝青路面奠定了前期的試驗(yàn)基礎(chǔ)。

3 鐵尾礦瀝青路面中的分析

鐵尾礦是一種儲量豐富的建筑材料，主要成分是Fe、Al、Si及其復(fù)合物，通過學(xué)者、專家的研究，作為路面材料時(shí)可以與固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膠結(jié)物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度大，抗水性能優(yōu)良，與傳統(tǒng)路面材料相比具有優(yōu)秀的抗車轍性、耐久性和較大的摩擦系數(shù)，不容易開裂。

在鐵尾礦研究中，蘭州交通大學(xué)張智豪[8]等人選用來自巴西米納斯吉拉斯州的尾礦材料進(jìn)行試驗(yàn)，選用水泥、石灰和鋼渣三種無機(jī)結(jié)合料，得到水泥改良后的鐵尾礦性能最佳，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足道路基層材料的要求的結(jié)果。徐帥[9]等人選用來自遼陽市弓長嶺地區(qū)的鐵尾礦砂，實(shí)驗(yàn)選擇水泥5%，鐵尾礦：碎石=2：3組成混合料，抗壓強(qiáng)度代表制為3.98 MPa時(shí)，能滿足規(guī)范要求，建筑成本極低，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

為探究多個(gè)影響路面強(qiáng)度敏感性的相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重值。楊青[10]通過在鐵尾礦中加入石灰、水泥等固化劑對鐵尾礦進(jìn)行改良試驗(yàn)研究，結(jié)果表明這兩種固化劑改良的鐵尾礦滿足相關(guān)規(guī)范要求。時(shí)彥寧[11]總結(jié)了鐵尾礦瀝青混合料的體積設(shè)計(jì)方法，并利用該方法對于混合料組分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)踐檢驗(yàn)證明該理論的合理性。

4 結(jié)語

通過國內(nèi)外學(xué)者對鐵尾礦的研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的鐵尾礦含量成分以及比例不同。應(yīng)用到道路工程中，需對鐵尾礦進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐囊笠约碍h(huán)境影響進(jìn)行測試，找到最優(yōu)級配。同時(shí)，可以加入適量的石屑、礦粉、聚丙烯纖維等物質(zhì)，運(yùn)用控制變量法使鐵尾礦無論當(dāng)作粗、細(xì)集料都可以很好的發(fā)揮性質(zhì)，從而環(huán)保利廢，并代替現(xiàn)有的高成本材料。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾雅鈺瓊，潘建平，楊秀英，等.鐵尾礦在道路基層材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2018，47（2）：358-364.

[2] 張鐵志，于巍，朱峰，等.加筋鐵尾礦用于道路基層的試驗(yàn)研究[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（1）：29-31.

[3]劉愛平，曹苗佳，張雄濤.鐵尾礦規(guī)模化利用研究現(xiàn)狀及其利用途徑[J].中國金屬通報(bào)，2019（11）：279-280.

[4]王緒旺，張豪.基于環(huán)境安全應(yīng)用的鐵尾礦砂路用適應(yīng)性研究[J].商洛學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，34（2）：29-32.

[5]田知文.鐵尾礦瀝青混合料性能評價(jià)及改善措施研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2018.

[6]邵彩.福建地區(qū)鐵尾礦砂瀝青混凝土路用性能研究[J].福建交通科技，2020（2）：46-50.

[7]劉春生，吳進(jìn).摻鐵尾礦砂的三種典型瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究[J].科技風(fēng)，2018（24）：92-93.

[8]張智豪，李波，李鵬，等.改良鐵尾礦用于道路基層材料的研究[J].中外公路，2018，38（3）：274-278.

[9]徐帥.鐵尾礦替代部分石料節(jié)省道路工程造價(jià)試驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2015，36（24）：127-128.

[10]楊青.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定鐵尾礦砂的路用性能研究[D].大連理工大學(xué)，2008.

[11]時(shí)彥寧.鐵尾礦砂在瀝青混合料中的應(yīng)用研究[D].大連理工大學(xué)，2015.