利用铁尾矿制备路面基层材料及其应用 |
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| 申请号 | CN202310010979.X | 申请日 | 2023-01-05 | 公开(公告)号 | CN116375397A | 公开(公告)日 | 2023-07-04 |
| 申请人 | 鞍钢集团矿业有限公司; | 发明人 | 熊宏启; 许灏; 杨禹; 徐连生; 谷传宝; 柴青平; 楚长青; 董哲君; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的目的是针对于现有 铁 尾矿 为原料的路基材料存在的问题，提供了一种利用铁尾矿制备路面 基层 材料及其应用。本发明的路面基层材料由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料 质量 比为7:3～9:1；所述胶凝材料由S95矿渣粉与 脱硫 灰组成，S95矿渣粉与脱硫灰的质量比为3:7～7:3。本发明的路面基层材料以脱硫灰、 高炉 矿渣粉和粒度≤150微米的细铁尾矿粉为原料，利用脱硫灰、高炉矿渣粉协同激发细铁尾矿本身的胶凝活性，构成整体胶凝体系，制备成无需额外添加剂的路面基层材料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用铁尾矿制备路面基层材料，其特征在于，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为7:3～9:1； |
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| 说明书全文 | 利用铁尾矿制备路面基层材料及其应用技术领域[0001] 本发明属于路面基层材料技术领域，尤其涉及一种利用铁尾矿制备路面基层材料及其应用。 背景技术[0003] 因此，有必要开发细尾矿再利用的新途径。 [0004] 目前虽已有利用尾矿制备路面基层材料的应用研究，例如《一种新型尾矿混合土道路基层材料及其制备方法》通过将土体固化与石灰、水泥、聚丙烯纤维混拌胶凝相结合，利用材料间相互激发配合，制备新型尾矿混合土道路基层材料，提供了一种铁尾矿砂利用率高、符合规范性能要求的基层材料。《一种尾矿水硬性道路基层材料的制备方法》公开了一种尾矿水硬性道路基层材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：1)纳米前驱体的制备：以质量百分数计，称取85％～92％的尾矿和8％～15％的普硅水泥，混合搅拌均匀，得到尾矿复合组装的纳米前驱体；2)纳米复合材料的制备：以质量百分数计，称取99.2％～99.95％步骤1)所得的纳米前驱体和0.05％～0.8％的尾矿压固成岩剂，混合搅拌均匀，即得到尾矿水硬性道路基层材料；其中，所述尾矿压固成岩剂以质量百分数计由20％～50％的纳米铝溶胶和50％～80％的纳米硅溶胶混合而成。《一种铁尾矿水硬性道路基层材料及其制备方法》提供了一种铁尾矿水硬性道路基层材料,包括按重量份数计的如下组分：铁尾矿33～40份，固化剂4～5份，废石55～66份，水8～10份。该铁尾矿水硬性道路基层材料的制备只需将原料简单的搅拌混合，填充压实成型即可，无需特殊条件环境，采用自然养护即可达到较高的强度。但是上述技术方案都需要在路基材料中加入提高其性能的各类添加剂，导致路基材料成本提高。 发明内容[0005] 本发明的目的是针对于现有以铁尾矿为原料的路基材料存在的问题，提供了一种利用铁尾矿制备路面基层材料及其应用。本发明的路面基层材料以脱硫灰、高炉矿渣粉和粒度≤150微米的细铁尾矿粉为原料，利用脱硫灰、高炉矿渣粉协同激发细铁尾矿本身的胶凝活性，构成整体胶凝体系，制备成无需额外添加剂的路面基层材料。 [0006] 本发明的技术方案之一为，一种利用铁尾矿制备路面基层材料，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为7:3～9:1； [0007] 所述胶凝材料由S95矿渣粉与脱硫灰组成。 [0008] 进一步的，上述路面基层材料，所述胶凝材料的比表面积为550m2/kg～600m2/kg。 [0009] 进一步的，上述路面基层材料，S95矿渣粉与脱硫灰的质量比为3:7～7:3。 [0010] 进一步的，上述路面基层材料，S95矿渣粉符合《GB/T18046‑2000》标准。 [0011] 进一步的，上述路面基层材料，细铁尾矿粒度≤150微米。 [0012] 本发明的技术方案之二为，上述路面基层材料的应用，包括如下步骤： [0013] 步骤1：将S95矿渣粉与脱硫灰按质量比混合配料后，混合粉磨至比表面积550m2/2 kg～600m/kg，得到胶凝材料； [0014] 步骤2：根据不同等级公路的路面基层强度要求，将细尾矿与胶凝材料按质量比混合，并加入水，使路面基层材料(又称为路面基层材料拌合料，简称拌合料)含水率在7％‑20％； [0015] 步骤3：将拌合均匀并调整好水分的拌合料分层均匀摊铺在路基之上，并将第一层摊铺的拌合料作为找平层；第一层摊铺的拌合料松散厚度最厚部分不大于30cm，最薄部分不小于5cm；经过初碾后对第一层摊铺的拌合料找平，然后碾压5‑10遍，形成第一层路面基层材料； [0016] 步骤4：进行第二层及上面各层路面基层材料铺装和碾压；每层松散铺设厚度不大于10cm，依次对各层碾压，直至达到路面工程设计厚度要求； [0018] 进一步的，上述路面基层材料的应用，所述步骤2，拌合后的拌合料中，不含尾矿的胶凝材料中最大团聚体尺寸不大于0.5mm，不含胶凝材料的细尾矿最大团聚体尺寸不大于2mm。 [0019] 进一步的，上述路面基层材料的应用，所述步骤5，完成铺装碾压最后一层路面基层材料后的养护方式为覆膜养护或喷水碾压养护。 [0020] 进一步的，上述路面基层材料的应用，所述步骤5，完成铺装碾压的路面基层材料各龄期钻芯取样无侧限抗压强度分别为：1天0.6～3.6兆帕，7天5.5～8.9兆帕，56天19～28.4兆帕。 [0021] 与现有技术相比，本发明的优势在于： [0022] 1、鞍山式铁矿床是产于太古界沉积变质磁铁石英岩型建造中的典型矿床。选矿后得到的细尾矿中的矿物成分以微粒石英和含铝、含铁硅酸盐矿物为主，具有在强化的复盐效应条件下自身参与水化胶凝反应的特征。 [0023] 2、本发明的技术核心是细尾矿颗粒借助于“复盐效应”和“硅的匹配位效应”参与胶凝反应并对其进行调控，同时借助于脱硫灰的亚微米‑纳米颗粒特征，结合胶凝材料制备技术制备成具有强化水化胶凝特征的水化胶凝硬化前驱体。并利用路基料制备与施工技术，解决细尾矿与脱硫灰和矿渣微粉三者协同反应调控的瓶颈难题，取得可以取代水泥稳定碎石层的实质性技术进步，并能大幅度降低路面基层建设成本和提高性能。 [0024] 3、本发明的路面基质材料通过碾压铺筑制备成可以代替水泥稳定碎石的高强度、高稳定性路面基层材料，不仅对于增加特细铁尾矿消纳量，减少地表堆存，保护生态环境具有重要意义，并且能够使高等级公路路面基层不再使用高二氧化碳排放的普通硅酸盐水泥。 具体实施方式[0026] 以下实施例中采用的S95矿渣粉为市购，符合《GB/T18046‑2000》标准。脱硫灰取自某烧结厂。细尾矿取自某尾矿库，按质量分数计，其化学成分为：SiO2为71.68％，Fe2O3为12.57％，CaO为5.47％，MgO为4.81％，Al2O3为3.31％，K2O为0.71％，SO3为0.40％，Na2O为 0.30％，MnO为0.29％，P2O5为0.25％，TiO2为0.12％。 [0027] 实施例1 [0028] 一种利用铁尾矿制备路面基层材料，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为7:3； [0029] 所述胶凝材料由S95矿渣粉与脱硫灰以质量比为1:1组成。 [0030] 其应用方法为： [0031] 步骤1：将S95矿渣粉与脱硫灰按质量比进行混合配料后，在高效粉体超细粉磨的2 管磨机中进行混合粉磨至比表面积580m/kg，得到的混合粉体既是用于细尾矿路面基层材料的胶凝材料。 [0032] 步骤2：对于最高强度等级公路(如高速公路，或大量重载车辆通过的路面)的路面基层强度要求，路面基层材料的配合比为细尾矿：胶凝材料质量比＝7：3，并加入水，路面基层材料拌合料含水率控制在16.8％。路面基层材料的拌合采用强制式工程土搅拌机。拌合后的路面基层材料拌合料中，不含细尾矿的胶凝材料中最大团聚体尺寸不大于0.5mm，不含胶凝材料的尾矿最大团聚体尺寸不大于2mm。 [0033] 步骤3：将拌合均匀并调整好水分的路面基层拌合料分层均匀摊铺在路基之上，并将第一层摊铺的路面基层拌合料作为找平层。第一层摊铺的路面基层拌合料松散厚度最厚部分不大于30cm，最薄部分不小于5cm。经初步碾压后所出现的明显凹陷和较松散部位用找平尺或找平线作为参照，在凹处人工进行填平补齐，新填的松散拌合料其高度应略高于找平尺或找平线允许的高度，再次采用大型震动式压路机碾压10遍后，其表面平整程度应符合相应等级公路路面基层施工规范的国家标准。 [0034] 步骤4：带有找平层功能的第一层路面基层材料完成碾压后，立即进行第二层及以上各层路面基层材料铺装和碾压，一直铺设到设计厚度，总共需铺设2‑8层。每一层铺设完成后，采用大型震动式压路机碾压10遍。每层松散铺设厚度不大于10cm。铺设碾压完成后，局部可见孔隙水饱和现象。 [0035] 步骤5：对于最上一层铺设完毕和进入养护阶段的路面基层材料按照现有等级公路施工规范国家标准的规定，进行表面平整度修整，直至达到相关施工规范的要求。完成铺装碾压最后一层路面基层材料的养护方式采用铺设塑料薄膜密封养护，养护24小时后钻芯取样，无侧限抗压强度2.8兆帕。经过1天的养护，硬化后铺设C40钢筋混凝土路面。 [0036] 该路面基层材料后续各龄期钻芯取样无侧限抗压强度如表1所示。 [0037] 表1、实施例1钻芯取样各龄期强度 [0038] 钻芯取样龄期/天 抗压强度/兆帕1 2.8 7 8 56 25 [0039] 实施例2 [0040] 一种利用铁尾矿制备路面基层材料，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为8:2； [0041] 所述胶凝材料由S95矿渣粉与脱硫灰以质量比1：1组成。 [0042] 其应用方法为： [0043] 步骤1：将S95矿渣粉与脱硫灰进行混合配料后，在高效粉体超细粉磨的管磨机中2 进行混合粉磨至比表面积600m /kg，得到的混合粉体既是用于细尾矿路面基层材料的胶凝材料。 [0044] 步骤2：对于较高强度等级公路(如国道一级公路，或省道一级公路)的路面基层强度要求，路面基层材料的配合比为细铁尾矿：胶凝材料＝8：2，并加入水。路面基层材料的拌合采用强制式工程土搅拌机。在干热气候，并且尾矿粒径小于20微米的条件下，路面基层材料拌合料含水率控制在16.8％。拌合后的路面基层材料中，不含尾矿的胶凝材料中最大团聚体尺寸不大于0.5mm，不含胶凝材料的尾矿最大团聚体尺寸不大于2mm。 [0045] 步骤3：将拌合均匀并调整好水分的路面基层拌合料分层均匀摊铺在路基之上，并将第一层摊铺的路面基层拌合料作为找平层。第一层摊铺的路面基层拌合料松散厚度最厚部分不大于30cm，最薄部分不小于5cm。经初步碾压后所出现的明显凹陷和较松散部位用找平尺或找平线作为参照，在凹处人工进行填平补齐，新填的松散拌合料其高度应略高于找平尺或找平线允许的高度，再次采用大型震动式压路机碾压10遍后，表面平整程度应符合相应等级公路路面基层施工规范的国家标准。 [0046] 步骤4：带有找平层功能的第一层路面基层材料完成碾压后，立即进行第二层及以上各层路面基层材料铺装和碾压，一直铺设到设计厚度，总共需铺设2‑8层。每一层铺设完成后，采用大型震动式压路机碾压10遍。每层松散铺设厚度不大于10cm。铺设碾压完成后，局部可见孔隙水饱和现象。 [0047] 步骤5：对于最上一层铺设完毕和进入养护阶段的路面基层材料按照现有等级公路施工规范国家标准的规定，进行表面平整度修整，直至达到相关施工规范的要求。完成铺装碾压最后一层路面基层材料的养护方式采用铺设塑料薄膜密封养护，养护24小时后钻芯取样，无侧限抗压强度1.8兆帕。经过1天的养护，硬化后铺设C40钢筋混凝土路面。 [0048] 该路面基层材料后续各龄期钻芯取样无侧限抗压强度如表2所示。 [0049] 表2、实施例2钻芯取样各龄期强度 [0050]钻芯取样龄期/天 抗压强度/兆帕 1 1.8 7 7 56 22 [0051] 实施例3 [0052] 一种利用铁尾矿制备路面基层材料，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为9:1； [0053] 所述胶凝材料由S95矿渣粉与脱硫灰按质量比1：1组成。 [0054] 其应用方法为： [0055] 步骤1：将S95矿渣粉与脱硫灰进行混合配料后，在高效粉体超细粉磨的管磨机中2 进行混合粉磨至比表面积590m /kg，得到的混合粉体既是用于细尾矿路面基层材料的胶凝材料。 [0056] 步骤2：对于较高强度等级公路(如国道一级公路，或省道一级公路)的路面基层强度要求，路面基层材料的配合比为细铁尾矿：胶凝材料＝9：1，并加入水。路面基层材料的拌合采用强制式工程土搅拌机。在干热气候，并且尾矿粒径小于20微米的条件下，路面基层材料拌合料含水率控制在16.8％。控制拌合后的路面基层材料中，不含尾矿的胶凝材料中最大团聚体尺寸不大于0.5mm，不含胶凝材料的尾矿最大团聚体尺寸不大于2mm。 [0057] 步骤3：将拌合均匀并调整好水分的路面基层拌合料分层均匀摊铺在路基之上，并将第一层摊铺的路面基层拌合料作为找平层。第一层摊铺的路面基层拌合料松散厚度最厚部分不大于30cm，最薄部分不小于5cm。经初步碾压后所出现的明显凹陷和较松散部位用找平尺或找平线作为参照，在凹处人工进行填平补齐，新填的松散拌合料其高度应略高于找平尺或找平线允许的高度，再次采用大型震动式压路机碾压10遍后，其表面平整程度应符合相应等级公路路面基层施工规范的国家标准。 [0058] 步骤4：带有找平层功能的第一层路面基层材料完成碾压后，立即进行第二层及以上各层路面基层材料铺装和碾压，一直铺设到设计厚度，总共需铺设2‑8层。每一层铺设完成后，采用大型震动式压路机碾压10遍。每层松散铺设厚度不大于10cm。铺设碾压完成后，局部可见孔隙水饱和现象。 [0059] 步骤5：对于最上一层铺设完毕和进入养护阶段的路面基层材料按照现有等级公路施工规范国家标准的规定，进行表面平整度修整，直至达到相关施工规范的要求。完成铺装碾压最后一层路面基层材料的养护方式采用铺设塑料薄膜密封养护，养护24小时后钻芯取样，无侧限抗压强度0.6兆帕。按设计厚度完成铺装碾压的路面基层材料，经过1天的养护，硬化后铺设C40钢筋混凝土路面。 [0060] 该路面基层材料后续各龄期钻芯取样无侧限抗压强度如表3所示。 [0061] 表3、实施例3钻芯取样各龄期强度 [0062]钻芯取样龄期/天 抗压强度/兆帕 1 0.6 7 5.5 56 19 [0063] 实施例4： [0064] 一种利用铁尾矿制备路面基层材料，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为7:3； [0065] 所述胶凝材料由S95矿渣粉与脱硫灰以质量比1：1组成。 [0066] 其应用方法为： [0067] 步骤1：将S95矿渣粉与脱硫灰进行混合配料后，在高效粉体超细粉磨的管磨机中2 进行混合粉磨至比表面积600m /kg，得到的混合粉体既是用于细尾矿路面基层材料的胶凝材料。 [0068] 步骤2：对于最高强度等级公路(如高速公路，或大量重载车辆通过的路面)的路面基层强度要求，路面基层材料的配合比为细铁尾矿：胶凝材料＝7：3，并加入水。路面基层材料的拌合采用强制式工程土搅拌机。在干热气候，并且尾矿粒径小于40微米的条件下，路面基层材料拌合料含水率控制在14.5％。控制拌合后的路面基层材料中，不含尾矿的胶凝材料中最大团聚体尺寸不大于0.5mm，不含胶凝材料的尾矿最大团聚体尺寸不大于2mm。 [0069] 步骤3：将拌合均匀并调整好水分的路面基层拌合料分层均匀摊铺在路基之上，并将第一层摊铺的路面基层拌合料作为找平层。第一层摊铺的路面基层拌合料松散厚度最厚部分不大于30cm，最薄部分不小于5cm。经初步碾压后所出现的明显凹陷和较松散部位用找平尺或找平线作为参照，在凹处人工进行填平补齐，新填的松散拌合料其高度应略高于找平尺或找平线允许的高度，再次采用大型震动式压路机碾压10遍后，其表面平整程度应符合相应等级公路路面基层施工规范的国家标准。 [0070] 步骤4：带有找平层功能的第一层路面基层材料完成碾压后，立即进行第二层及以上各层路面基层材料铺装和碾压，一直铺设到设计厚度，总共需铺设2‑8层。每一层铺设完成后，采用大型震动式压路机碾压10遍。每层松散铺设厚度不大于10cm。铺设碾压完成后，局部可见孔隙水饱和现象。 [0071] 步骤5：对于最上一层铺设完毕和进入养护阶段的路面基层材料按照现有等级公路施工规范国家标准的规定，进行表面平整度修整，直至达到相关施工规范的要求。完成铺装碾压最后一层路面基层材料的养护方式采用铺设塑料薄膜密封养护，养护24小时后钻芯取样，无侧限抗压强度3.6兆帕。按设计厚度完成铺装碾压的路面基层材料，经过1天的养护，硬化后铺设C40钢筋混凝土路面。。 [0072] 该路面基层材料后续各龄期钻芯取样无侧限抗压强度如表4所示。 [0073] 表4、实施例4钻芯取样各龄期强度 [0074] 钻芯取样龄期/天 抗压强度/兆帕1 3.6 7 8.9 56 28.4 [0075] 实施例5 [0076] 一种利用铁尾矿制备路面基层材料，由胶凝材料和细铁尾矿组成，细铁尾矿：胶凝材料质量比为9:1； [0077] 所述胶凝材料由S95矿渣粉与脱硫灰按质量比1：1组成。 [0078] 其应用方法为： [0079] 步骤1：将S95矿渣粉与脱硫灰进行混合配料后，在高效粉体超细粉磨的管磨机中2 进行混合粉磨至比表面积570m /kg，得到的混合粉体既是用于细尾矿路面基层材料的胶凝材料。 [0080] 步骤2：对于较高强度等级公路(如国道一级公路，或省道一级公路)的路面基层强度要求，路面基层材料的配合比为细铁尾矿：胶凝材料＝9：1，并加入水。路面基层材料的拌合采用强制式工程土搅拌机。在干热气候，并且尾矿粒径小于40微米的条件下，路面基层材料拌合料含水率控制在14.5％。控制拌合后的路面基层材料中，不含尾矿的胶凝材料中最大团聚体尺寸不大于0.5mm，不含胶凝材料的尾矿最大团聚体尺寸不大于2mm。 [0081] 步骤3：将拌合均匀并调整好水分的路面基层拌合料分层均匀摊铺在路基之上，并将第一层摊铺的路面基层拌合料作为找平层。第一层摊铺的路面基层拌合料松散厚度最厚部分不大于30cm，最薄部分不小于5cm。经初步碾压后所出现的明显凹陷和较松散部位用找平尺或找平线作为参照，在凹处人工进行填平补齐，新填的松散拌合料其高度应略高于找平尺或找平线允许的高度，再次采用大型震动式压路机碾压10遍后，其表面平整程度应符合相应等级公路路面基层施工规范的国家标准。 [0082] 步骤4：带有找平层功能的第一层路面基层材料完成碾压后，立即进行第二层及以上各层路面基层材料铺装和碾压，一直铺设到设计厚度，总共需铺设2‑8层。每一层铺设完成后，采用大型震动式压路机碾压10遍。每层松散铺设厚度不大于10cm。铺设碾压完成后，局部可见孔隙水饱和现象。 [0083] 步骤5：对于最上一层铺设完毕和进入养护阶段的路面基层材料按照现有等级公路施工规范国家标准的规定，进行表面平整度修整，直至达到相关施工规范的要求。完成铺装碾压最后一层路面基层材料的养护方式采用铺设塑料薄膜密封养护，养护24小时后钻芯取样，无侧限抗压强度0.7兆帕。按设计厚度完成铺装碾压的路面基层材料，经过1天的养护，硬化后铺设C40钢筋混凝土路面。 [0084] 该路面基层材料后续各龄期钻芯取样无侧限抗压强度如表5所示。 [0085] 表5、实施例5钻芯取样各龄期强度 [0086] [0087] |
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