摻鐵尾礦砂的三種典型瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究

劉春生 吳進(jìn)

摘 要：隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，鐵尾礦砂作為一種選礦后的工業(yè)固體廢棄物急需進(jìn)行合理的資源配置與利用。本文分別以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、礦粉為礦質(zhì)原材料，對(duì)三種類型的瀝青混合料基本性能進(jìn)行了試驗(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，是鐵尾礦砂再生利用的有益探索。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦砂；瀝青混合料；路用性能；試驗(yàn)研究

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人民日益增長的美好生活需要，人們對(duì)生產(chǎn)生活中離不開的道路的要求也越來越高，追求“暢、安、舒、美”的行車環(huán)境，這給道路建設(shè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。但是道路建設(shè)必須消耗大量的建筑材料，不可避免的會(huì)產(chǎn)生資源的浪費(fèi)，所以資源的優(yōu)化利用也是道路工程建設(shè)發(fā)展的目標(biāo)之一。其特別是道路面層材料的來源面臨短缺緊張的壓力，而如果能合理利用礦山尾礦替代現(xiàn)有材料，恰恰滿足了我們的要求。尾礦是什么？尾礦是指選礦廠進(jìn)行礦石的破碎、篩分、研磨、重選等工藝流程，在分選作業(yè)的產(chǎn)物中有用目標(biāo)組分含量較低而無法用于生產(chǎn)的部分。鐵尾礦是鐵礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾礦，堆存的鐵尾礦量高達(dá)十幾億噸。鐵尾礦的出現(xiàn)引來了多方面的問題：如造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，將尾礦丟棄需要占領(lǐng)大量土地，需要投入大量的處理和維護(hù)費(fèi)用，給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的損害，安全問題不容易把控、鐵尾礦中含有的元素流失嚴(yán)重等。[1-2]

而在公路和城市道路工程建設(shè)中，目前只能使用碎石和天然砂礫，不但價(jià)格昂貴，而且開采及加工過程中還會(huì)破壞并污染自然環(huán)境。如將存量巨大的的鐵尾礦砂經(jīng)過特殊處理，應(yīng)用于道路工程建設(shè)中，既可以廢物利用消化掉廢棄的鐵尾礦砂，又可以降低道路工程的基本造價(jià)。鐵尾礦砂主份為二氧化硅，細(xì)度好，不用加工，使用方便，并且價(jià)格比較便宜，降低成本、有利于環(huán)保，易于推廣，有良好的市場前景。[3-6]

2 原材料及性能

2.1 鐵尾礦砂的物化性質(zhì)

試驗(yàn)所用的鐵尾礦砂取自鞍鋼眼前山鐵礦，樣品中SiO2的含量達(dá)到78.91%，屬于高硅型鐵尾礦，密度為2.805g/cm3。按照相關(guān)規(guī)范的要求，以篩分試驗(yàn)測定鐵尾礦砂顆粒級(jí)配，鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)按公式（1）計(jì)算，精確至0.01。

由公式（1）計(jì)算得到鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)為0.83，按砂的分類歸屬于特細(xì)砂。

2.2 集料性質(zhì)

試驗(yàn)所用的各種規(guī)格集料取自大石橋石場，經(jīng)檢測，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.2.1粗集料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

（1）石料壓碎值（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（22.3）

（2）洛杉磯磨耗損失（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（3.4）

（3）表觀相對(duì)密度（g/cm3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（2.753）

（4）吸水率（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（0.459）

（5）堅(jiān)固性（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（良好）

（6）水洗法<0.075mm顆粒含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（0.01）

（7）針片裝顆粒含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（8.4）

2.2.2細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

（1）表觀相對(duì)密度（g/cm3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（2.727）

（2）堅(jiān)固性（>0.3mm部分）（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（良好）

（3）含泥量（<0.075mm的含量）（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（0.13）

（4）砂當(dāng)量（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（68.6）

2.2.3礦粉質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

（1）表觀相對(duì)密度（g/cm3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（2.654）

（2）外觀，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（無）

（3）含水量（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（0.5）

（4）粒度范圍<0.6mm（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（100）

<0.15mm（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（95）

<0.075mm（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（88.1）

（5）親水系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（0.7）

2.2.4 石屑質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

（1）表觀相對(duì)密度（g/cm3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（2.751）

（2）外觀，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（無）

（3）含泥量（<0.075mm的含量）（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（0.82）

2.3 瀝青性質(zhì)

試驗(yàn)所用瀝青為撫順市公路瀝青廠生產(chǎn)的AH-90#級(jí)道路石油瀝青和SBS改性瀝青。

2.3.1 90#道路石油瀝青的試驗(yàn)結(jié)果

（1）針入度（25℃，5s，100g）/0.1mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（90）

（2）軟化點(diǎn)（R&B）/（℃），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（46）

（3）延度（10℃，5cm/min，）/（cm），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（47）

（4）閃點(diǎn)/（℃），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（251）

（5）密度（15℃）/（g/cm3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（1.0127）

2.3.2 SBS改性瀝青的試驗(yàn)結(jié)果

（1）針入度（25℃，5s，100g）/0.1mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（69）

（2）軟化點(diǎn)（R&B）/（℃），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（57）

（3）延度（5℃，5cm/min，）/（cm），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（32）

（4）閃點(diǎn)/（℃），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（280）

（5）密度（15℃）/（g/cm3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（1.035）

（6）溶解度/（%），實(shí)驗(yàn)結(jié)果=（99.8）

2.4 礦料級(jí)配組成

本研究首先對(duì)各種石料、鐵尾礦砂及礦粉進(jìn)行篩分試驗(yàn)，然后進(jìn)行級(jí)配組成設(shè)計(jì)。AC-10級(jí)配設(shè)計(jì)曲線見圖1；AC-20級(jí)配設(shè)計(jì)曲線見圖2；AC-25的級(jí)配設(shè)計(jì)曲線見圖3。

3 最佳瀝青用量

本研究選用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五種油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)測試與計(jì)算，確定了AC-10、AC-20、AC-25的最佳油石比，結(jié)果見表1。

4 路用性能試驗(yàn)

4.1 最佳油石比馬歇爾試驗(yàn)

在最佳油石比情況下，分別對(duì)采用不同瀝青的各級(jí)配類型的混合料進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，若能將瀝青混合料的空隙率控制在3%-4%左右，則瀝青混合料對(duì)路用性能會(huì)發(fā)揮最大的作用，而且穩(wěn)定性和耐久性都比較好。從此次試驗(yàn)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，摻加了鐵尾礦砂的各種類型的瀝青混合料的空隙率均符合這一要求。

4.2 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

本研究采用了馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)來評(píng)價(jià)摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。采用90#道路石油瀝青的混合料及采用SBS改性瀝青的混合料的試驗(yàn)結(jié)果見表2及表3。從結(jié)果可以看出，高溫穩(wěn)定性能良好，穩(wěn)定度達(dá)到規(guī)范要求的最小值的1.5-1.8倍，流值也能滿足高等級(jí)公路的使用要求。

4.3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)來考察摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料的水穩(wěn)定性。采用該試驗(yàn)的結(jié)果可以計(jì)算出摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，水穩(wěn)定性正是通過這一指標(biāo)來評(píng)價(jià)，殘留穩(wěn)定度越大的水穩(wěn)定性越好。摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表4及表5。

5 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)研究可得出結(jié)論，利用90#道路石油瀝青及SBS改性瀝青作為膠結(jié)料，鐵尾礦砂完全可以作為細(xì)集料摻加到瀝青混合料中，鐵尾礦砂瀝青混合料的高溫、水穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，尤其是其高溫穩(wěn)定性良好，穩(wěn)定度均達(dá)到規(guī)范要求的最低值的1.5-1.8倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通瀝青混合料的性能。所以，如果能利用鐵尾礦砂取代砂石料應(yīng)用于道路工程建設(shè)，不僅能減少因鐵尾礦砂帶來的環(huán)境問題，而且可以減少石料的使用，節(jié)約資源，提升道路質(zhì)量，更能帶來顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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