利用铁尾矿渣制作的环保型路基水稳层材料及其制备方法

本发明涉及一种利用铁尾矿渣制作的环保型路基水稳层材料及其制备方法，属于公路路面水稳层材料。

背景技术：

1、铁尾矿渣作为铁矿开采选矿过程产生的一种工业固体废弃物，铁矿石品位低，我国每年排出的尾矿及废石在10亿t以上，综合利用率仅为35％左右。粉煤灰是燃煤电厂静电除尘，排除的主要固体废弃物，目前处于产大于需的态势，亟需一条大规模利用的综合利用手段。

2、在当前的工业生产活动中，铁尾矿渣和粉煤灰是两种主要的工业副产物，它们的有效利用已成为环境保护和资源节约的重要课题。铁尾矿渣是铁矿石选矿过程中产生的固体废弃物，由于铁矿石品位较低，我国每年产生的尾矿及废石量超过10亿吨，而其综合利用率却仅为35％左右。同样地，粉煤灰作为燃煤电厂静电除尘过程产生的固体废弃物，也面临着产出量大于需求量的问题，迫切需要开发一种能够大规模综合利用的方法。

3、在路面工程和路基工程领域，已有一些尝试将工业废渣转化为宝贵的资源。例如，锰尾矿渣、钢渣、石英尾矿渣和电石渣等被用来制备复合胶凝材料，用于路面和路基的铺筑以及填料。然而，这些应用通常存在预处理复杂、实施性不强等问题。特别是对于铁尾矿渣在道路工程中的应用，虽然有研究涉及使用铁尾矿渣、水泥和碱激发剂生成胶凝材料，但这些方法往往需要对矿渣进行粒径分级，增加了工艺的复杂性。此外，现有的研究多集中于材料的强度、弯沉值和抗裂性能，而对于水稳层填料的抗水性参数测试则较少涉及。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明针对铁尾矿渣在路面水稳层材料的应用，提出了一种新的制备方法，该方法不仅关注材料的强度和抗压回弹模量，还特别强调了填料的抗水性，进行了详细的描述和参数测试。通过这种方法，可以更有效地利用铁尾矿渣，减少环境负担，同时为道路工程提供一种性能优良的新型材料。因此，本研究的贡献在于提供了一种具有实际应用价值的铁尾矿渣路面水稳层材料的制备方法，并通过实验验证了该方法的有效性。

2、与现有的技术相比，本发明的特色在于：

3、利用铁尾矿渣和粉煤灰这两种废弃物，既解决了废弃物的处理问题，又降低了公路建设的成本，具有显著的经济和环保效益。通过对铁尾矿渣的激发处理，提高了其活性，使其能够更好地与粉煤灰结合，形成性能优良的复合填料，为公路路面水稳层材料的设计和施工提供科学依据。

4、因此，本发明不仅解决了废弃物的处理问题，而且为公路建设提供了一种经济、环保、高效的路面水稳层材料，以碎石、细粒土、铁尾矿渣、粉煤灰为主要填料，结合氧化钙、水泥、复合稳定剂制备水稳层材料，该路面水稳层材料的制备方法简单，得到水稳层材料的抗压强度、抗压回弹模量可达标。

5、本发明的具体技术方案为：

6、利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，由水泥、氧化钙、碎石、粉煤灰、细粒土、细铁尾矿渣、复合稳定剂和水制备而成；

7、各成分的质量份数为：水泥3-5份，氧化钙4份-6份，50mm以下碎石3-10份，粉煤灰5-10份，60mm以下细粒土40-70份，5mm以下粒径废铁尾矿渣控制在10-30份以内，0.02-0.03份的复合稳定剂，由击实试验得出最佳含水率算出的增湿水用量。

8、所述的氧化钙的有效氧化钙含量大于80.0％。

9、所述的铁尾矿渣为洗选或磁选选矿剩下含铁量5％以下的尾矿渣，含水率应控制在10％以内。

10、所述的粉煤灰为gb/t 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的ⅱ级粉煤灰。

11、所述的水泥为p.o42.5硅酸盐水泥。

12、所述的复合稳定剂为2-萘磺酸钠、氧化石墨烯、磺化三聚氰胺甲醛树脂两种及两种以上的混合物。

13、所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料的制备方法，包括以下步骤：

14、步骤一、按比例称取碎石、细粒土、铁尾矿渣、粉煤灰、氧化钙用搅拌均匀；

15、步骤二、按比例称取自来水和复合稳定剂，将复合稳定剂溶于自来水中，搅拌均匀；

16、步骤三、将复合稳定剂与水的混合物倒入步骤一制得的混合物中，用搅拌机搅拌均匀，进行闷料6h；

17、步骤四、按比例称取水泥，与完成闷料的铁尾矿渣、粉煤灰和氧化钙混合物一起倒入机械搅拌机中搅拌均匀成半干填料；

18、步骤五、将半干填料平分三次放入圆柱形模具中，平整表面后用压力机压实，压实后维持压力3min；

19、步骤六、在加入水泥后的40min以内完成静压后脱模。

20、步骤七、标准养护。

21、所述步骤二加入的自来水量为《公路工程无机结合料稳定材料试验规程jtg e51-2009》t 0804-1994击实试验得出的最佳含水率，复合稳定剂掺量为0.02-0.03％。

22、步骤一、步骤二、步骤三、步骤四的混合搅拌时间均为2min；步骤五压实为两端压实。

23、步骤七中养护湿度要求为相对湿度为95％±1％，养护温度20℃±2℃，1个标准大气压。

24、与现有技术相比，本发明具有如下技术优势：

25、(1)本发明所述的方法实现大宗利用铁尾矿渣和粉煤灰，制备方法简单，反应周期短，相较于填方用土，附加值高，减少对环境的破坏。

26、(2)本发明使用的原材料主要为铁尾矿渣、碎石、细粒土、粉煤灰，其价格低廉，储量大，能同时实现多种废弃物的协同综合处理。

27、(3)本发明使用的复合稳定剂为一种抗水剂、减水剂，具有环境友好性，且掺量较小，具有经济、环境优势和工程应用前景。

28、(4)本发明所得底水稳层材料能达到《公路路面基层施工技术细则(jtg/t f20-2015)》对水稳层材料二级及二级以下中、轻型交通对7d龄期无侧限抗压强度标准≥0.5mpa的要求。

技术特征：

1.利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，其特征在于：由水泥、氧化钙、碎石、粉煤灰、细粒土、细铁尾矿渣、复合稳定剂和水制备而成；

2.根据权利要求1所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，其特征在于，所述的氧化钙的有效氧化钙含量大于80.0％。

3.根据权利要求1所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，其特征在于，所述的铁尾矿渣为洗选或磁选选矿剩下含铁量5％以下的尾矿渣，含水率应控制在10％以内。

4.根据权利要求1所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，其特征在于，所述的粉煤灰为gb/t 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的ⅱ级粉煤灰。

5.根据权利要求1所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，其特征在于，所述的水泥为p.o42.5硅酸盐水泥。

6.根据权利要求1所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料，其特征在于，所述的复合稳定剂为2-萘磺酸钠、氧化石墨烯、磺化三聚氰胺甲醛树脂两种及两种以上的混合物。

7.权利要求1到6任一项所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二加入的自来水量为《公路工程无机结合料稳定材料试验规程jtg e51-2009》t 0804-1994击实试验得出的最佳含水率，复合稳定剂掺量为0.02-0.03％。

9.根据权利要求7所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料的制备方法，其特征在于，步骤一、步骤二、步骤三、步骤四的混合搅拌时间均为2min；步骤五压实为两端压实。

10.根据权利要求7所述的利用铁尾矿渣制备环保型路面水稳层材料的制备方法，其特征在于，步骤七中养护湿度要求为相对湿度为95％±1％，养护温度20℃±2℃，1个标准大气压。

技术总结本发明属于环保型路面水稳层材料制备领域，尤其为利用铁尾矿渣制作的环保型路基水稳层材料及其制备方法，按照质量份数，水泥3‑5份，氧化钙4份‑6份，50mm以下碎石3‑10份，粉煤灰5‑10份，60mm以下细粒土40‑70份，5mm以下粒径废铁尾矿渣控制在10‑30份以内，0.02‑0.03份的复合稳定剂，由击实试验得出最佳含水率算出的增湿水用量。本发明的路基水稳层材料能同时实现多种废弃物的综合处理，降低修路成本，同时还具有抗水稳定性，提高水稳层材料强度。技术研发人员：陈月,马双忱,张雷,张锡,孔尧辉,张义,季文凯,马宵颖,潘利军受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）技术研发日：技术公布日：2024/6/13