| 标题 | 掺铁尾矿砂的三种典型沥青混合料路用性能试验研究 |
| 范文 | 刘春生 吴进 摘 要：随着钢铁工业的快速发展，铁尾矿砂作为一种选矿后的工业固体废弃物急需进行合理的资源配置与利用。本文分别以90#道路石油沥青及SBS改性沥青作为胶结料，以碎石、石屑、铁尾矿砂、矿粉为矿质原材料，对三种类型的沥青混合料基本性能进行了试验研究。结果表明，以90#道路石油沥青及SBS改性沥青为胶结料的掺加铁尾矿砂的沥青混合料各项性能指标均能满足规范要求，是铁尾矿砂再生利用的有益探索。 关键词：铁尾矿砂；沥青混合料；路用性能；试验研究 1 概述 随着社会经济的高速发展及人民日益增长的美好生活需要，人们对生产生活中离不开的道路的要求也越来越高，追求“畅、安、舒、美”的行车环境，这给道路建设带来了前所未有的发展机遇。但是道路建设必须消耗大量的建筑材料，不可避免的会产生资源的浪费，所以资源的优化利用也是道路工程建设发展的目标之一。其特别是道路面层材料的来源面临短缺紧张的压力，而如果能合理利用矿山尾矿替代现有材料，恰恰满足了我们的要求。尾矿是什么？尾矿是指选矿厂进行矿石的破碎、筛分、研磨、重选等工艺流程，在分选作业的产物中有用目标组分含量较低而无法用于生产的部分。铁尾矿是铁矿生产过程中产生的尾矿，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨。铁尾矿的出现引来了多方面的问题：如造成了严重的环境污染，将尾矿丢弃需要占领大量土地，需要投入大量的处理和维护费用，给生态环境带来严重的损害，安全问题不容易把控、铁尾矿中含有的元素流失严重等。[1-2] 而在公路和城市道路工程建设中，目前只能使用碎石和天然砂砾，不但价格昂贵，而且开采及加工过程中还会破坏并污染自然环境。如将存量巨大的的铁尾矿砂经过特殊处理，应用于道路工程建设中，既可以废物利用消化掉废弃的铁尾矿砂，又可以降低道路工程的基本造价。铁尾矿砂主份为二氧化硅，细度好，不用加工，使用方便，并且价格比较便宜，降低成本、有利于环保，易于推广，有良好的市场前景。[3-6] 2 原材料及性能 2.1 铁尾矿砂的物化性质 试验所用的铁尾矿砂取自鞍钢眼前山铁矿，样品中SiO2的含量达到78.91%，属于高硅型铁尾矿，密度为2.805g/cm3。按照相关规范的要求，以筛分试验测定铁尾矿砂颗粒级配，铁尾矿砂的细度模数按公式（1）计算，精确至0.01。 由公式（1）计算得到铁尾矿砂的细度模数为0.83，按砂的分类归属于特细砂。 2.2 集料性质 试验所用的各种规格集料取自大石桥石场，经检测，各项指标均满足相关规范要求。 2.2.1粗集料质量技术指标 （1）石料压碎值（%），实验结果=（22.3） （2）洛杉矶磨耗损失（%），实验结果=（3.4） （3）表观相对密度（g/cm3），實验结果=（2.753） （4）吸水率（%），实验结果=（0.459） （5）坚固性（%），实验结果=（良好） （6）水洗法<0.075mm颗粒含量，实验结果=（0.01） （7）针片装颗粒含量，实验结果=（8.4） 2.2.2细集料质量技术指标 （1）表观相对密度（g/cm3），实验结果=（2.727） （2）坚固性（>0.3mm部分）（%），实验结果=（良好） （3）含泥量（<0.075mm的含量）（%），实验结果=（0.13） （4）砂当量（%），实验结果=（68.6） 2.2.3矿粉质量技术指标 （1）表观相对密度（g/cm3），实验结果=（2.654） （2）外观，实验结果=（无） （3）含水量（%），实验结果=（0.5） （4）粒度范围<0.6mm（%），实验结果=（100） <0.15mm（%），实验结果=（95） <0.075mm（%），实验结果=（88.1） （5）亲水系数，实验结果=（0.7） 2.2.4 石屑质量技术指标 （1）表观相对密度（g/cm3），实验结果=（2.751） （2）外观，实验结果=（无） （3）含泥量（<0.075mm的含量）（%），实验结果=（0.82） 2.3 沥青性质 试验所用沥青为抚顺市公路沥青厂生产的AH-90#级道路石油沥青和SBS改性沥青。 2.3.1 90#道路石油沥青的试验结果 （1）针入度（25℃，5s，100g）/0.1mm，实验结果=（90） （2）软化点（R&B）/（℃），实验结果=（46） （3）延度（10℃，5cm/min，）/（cm），实验结果=（47） （4）闪点/（℃），实验结果=（251） （5）密度（15℃）/（g/cm3），实验结果=（1.0127） 2.3.2 SBS改性沥青的试验结果 （1）针入度（25℃，5s，100g）/0.1mm，实验结果=（69） （2）软化点（R&B）/（℃），实验结果=（57） （3）延度（5℃，5cm/min，）/（cm），实验结果=（32） （4）闪点/（℃），实验结果=（280） （5）密度（15℃）/（g/cm3），实验结果=（1.035） （6）溶解度/（%），实验结果=（99.8） 2.4 矿料级配组成 本研究首先对各种石料、铁尾矿砂及矿粉进行筛分试验，然后进行级配组成设计。AC-10级配设计曲线见图1；AC-20级配设计曲线见图2；AC-25的级配设计曲线见图3。 3 最佳沥青用量 本研究选用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五种油石比进行马歇尔试验测试与计算，确定了AC-10、AC-20、AC-25的最佳油石比，结果见表1。 4 路用性能试验 4.1 最佳油石比马歇尔试验 在最佳油石比情况下，分别对采用不同沥青的各级配类型的混合料进行了马歇尔试验。试验结果表明，若能将沥青混合料的空隙率控制在3%-4%左右，则沥青混合料对路用性能会发挥最大的作用，而且稳定性和耐久性都比较好。从此次试验的结果可以发现，掺加了铁尾矿砂的各种类型的沥青混合料的空隙率均符合这一要求。 4.2 马歇尔稳定度试验 本研究采用了马歇尔稳定度试验来评价掺加铁尾矿砂的沥青混合料的高温稳定性。采用90#道路石油沥青的混合料及采用SBS改性沥青的混合料的试验结果见表2及表3。从结果可以看出，高温稳定性能良好，稳定度达到规范要求的最小值的1.5-1.8倍，流值也能满足高等级公路的使用要求。 4.3 水稳定性试验 采用浸水马歇尔试验来考察掺加铁尾矿砂的沥青混合料的水稳定性。采用该试验的结果可以计算出掺加铁尾矿砂的沥青混合料的残留稳定度，水稳定性正是通过这一指标来评价，残留稳定度越大的水稳定性越好。掺加铁尾礦砂的沥青混合料浸水马歇尔试验结果见表4及表5。 5 结论 通过以上试验研究可得出结论，利用90#道路石油沥青及SBS改性沥青作为胶结料，铁尾矿砂完全可以作为细集料掺加到沥青混合料中，铁尾矿砂沥青混合料的高温、水稳定性均能满足规范要求，尤其是其高温稳定性良好，稳定度均达到规范要求的最低值的1.5-1.8倍，远远超过普通沥青混合料的性能。所以，如果能利用铁尾矿砂取代砂石料应用于道路工程建设，不仅能减少因铁尾矿砂带来的环境问题，而且可以减少石料的使用，节约资源，提升道路质量，更能带来显著的社会和经济效益。 参考文献： [1]王琰.机结合料稳定铁尾矿砂的疲劳及冻融循环特性的试验研究[D].大连：大连理工大学，2009. [2]王运敏，常前发.当前我国铁矿尾矿的资源状况利用现状及工作方向[J].金属矿山，1999，271（1）：1-6. [3]张杰.矿产资源的立体开发与综合利用[J].国外金属矿山，2001，4：55-58. [4]刘永光，王晓雷.铁尾矿资源化综合利用的发展[J].现代矿业，2010，2（2）：28-30. [5]金明水.鞍山地区铁尾矿综合利用现状及设想[J].有色矿冶，2006，22（3）：22-23. [6]高维越，李景华.我国尾矿再生资源综合利用浅析[J].矿产综合利用，1994，4：42-43. |
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