一种应用尾矿砂来进行道路施工的方法与流程

1.本发明涉及尾矿砂应用技术领域，特别涉及一种应用尾矿砂来进行道路施工的方法。


背景技术：

2.随着我国道路的修建以及公路维护需求，对于碎石的需求量始终处于一个持续增加的状态，碎石主要通过开采山体获取，不仅费用高，且对生态景观和自然环境造成了巨大破坏。同时国家环保政策影响，公路建设中碎石(砂石)材料供应不足的矛盾日益突出。
3.我国每年会产生大量的矿物尾矿，仅仅是铁矿这一项每年会产生约7亿吨铁尾矿其利用率不足10％。目前全国铁尾砂累计堆存量已超过60亿吨。
4.安徽省铁矿储量达29.9亿吨，居全国第7位，矿产开发过程中，不可避免地将产生大量尾矿。尾矿堆存需要占用大量土地，极易产生环境污染，尾矿维护费用高、风险大，处理不好存在严重的安全隐患。
5.为此，解决尾砂在公路工程中应用的技术瓶颈，应用尾矿砂修筑的路面基层在技术性能上达到或超过传统筑路材料、为尾矿砂在公路工程中应用推广提供技术支撑显得特别重要。数量巨大的尾矿在公路工程中进行资源化再利用，可大幅减少矿区对尾矿库在土地占用、环境改善、安全维护等方面的经费长入、间接性经济效益显著。针对矿产资源丰富，特别是对于矿产资源丰富、土地资源紧张的地区，尾矿利用具有重大现实意义。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明旨在提出一种应用尾矿砂来进行道路施工的方法，使用尾砂固化剂对尾矿砂进行固化并加入碎石，以此作为改性铁尾砂稳定碎石新型道路材料进行道路施工。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.一种应用尾矿砂来进行道路施工的方法，包括以下步骤：
9.s1、使用尾砂固化剂对尾矿砂进行固化改性，形成具有足够力学强度的新型道路材料；
10.s2、在新型道路材料中按比例掺入碎石，形成改性铁尾砂稳定碎石新型道路材料；
11.s3、将改性铁尾砂稳定碎石新型道路材料根据施工工艺和强度设计选择掺量和级配并应用在道路施工中。
12.进一步的，所述尾矿砂为粗尾砂：细尾砂为(3
‑
5)：(5
‑
7)的混合料，所述尾砂固化剂：尾矿砂为2％
‑
30％。
13.进一步的，所述尾砂固化剂为dj
‑
6型尾砂专用固化剂。
14.进一步的，所述尾矿砂为粗尾砂：细尾砂为3：7的混合料。
15.进一步的，当所述尾砂固化剂：尾矿砂为2％
‑
4％适用于路基填筑；当所述尾砂固化剂：尾矿砂为6％
‑
20％适用于路面底基层。
16.进一步的，所述碎石与尾砂固化剂、尾矿砂的比例通过改性尾砂稳定碎石试验得出。
17.进一步的，所述碎石与尾砂固化剂、尾矿砂的比例为：(40
‑
60)：(6
‑
15)：(20
‑
30)。
18.进一步的，所述改性尾砂稳定碎石试验包括无侧限抗压强度、弯拉强度、抗裂性能、抗水损坏性能多维参数特征。
19.进一步的，所述道路施工包括以下步骤：
20.s31、拌合：通过拌和机对按比例添加的尾砂固化剂、尾矿砂以及碎石进行搅拌均匀；
21.s32、摊铺：通过摊铺机对搅拌均匀的物料按照摊铺工艺在路面上进行作业；
22.s33、碾压：通过压路机对摊铺后的路面进行碾压密实；
23.s34、养生：采用洒水车对路面进行定期洒水养生。
24.进一步的，在所述道路施工中包括以下检测：edta滴定试验、压实度试验、基层取芯检验
‑
芯样完整性试验以及现场取料无侧线结果检测。
25.有益效果：本发明能够解决尾砂大量占用土地、污染环境、引发安全隐患的难题。本发明能缓解当前公路建设中砂石材料供应不足的难题；碎石主要通过开采山体获取，不仅费用高，且对生态景观和自然环境造成了巨大破坏；国家环保政策影响，公路建设中碎石(砂石)材料供应不足的矛盾日益突出。本发明将尾砂研究成果用于公路工程达到节省施工成本的目的；目前碎石市场价为每吨100元左右，如果用尾砂混合料替代碎石混合料，成本将大大的节省。本发明应用尾矿砂修筑的路面基层在技术性能上达到或超过传统筑路材料、为尾矿砂在公路工程中应用推广提供了技术支撑。
附图说明
26.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1为本发明实施例所述的应用尾矿砂来进行道路施工的方法的流程图；
28.图2为本发明实施例所述的固化剂的检测参数结果图；
29.图3为本发明实施例所述的粗细尾砂掺配比例选择柱状示意图；
30.图4为本发明实施例所述的选用6个掺配情况进行劈裂试验的劈裂强度曲线图；
31.图5为本发明实施例所述的尾矿混合料化学成分分析结果图；
32.图6为本发明实施例所述的尾矿混合料化学成分的放射性检测结果图；
33.图7为本发明实施例所述的尾砂稳定碎石推荐级配结果图；
34.图8为本发明实施例所述的施工示意图；
35.图9为本发明实施例所述的ed]a滴定试验曲线图。
具体实施方式
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
38.实施例1
39.参见图1：一种应用尾矿砂来进行道路施工的方法，包括以下步骤：
40.s1、使用尾砂固化剂对尾矿砂进行固化改性，形成具有足够力学强度的新型道路材料；所述尾矿砂为粗尾砂：细尾砂为(3
‑
5)：(5
‑
7)的混合料，所述尾砂固化剂：尾矿砂为2％
‑
30％。
41.s2、在新型道路材料中按比例掺入碎石，形成改性铁尾砂稳定碎石新型道路材料，所述碎石与尾砂固化剂、尾矿砂的比例为：(40
‑
60)：(6
‑
15)：(20
‑
30)；
42.s3、将改性铁尾砂稳定碎石新型道路材料根据施工工艺和强度设计选择掺量和级配并应用在道路施工中。
43.具体的，所述尾砂固化剂为dj
‑
6型尾砂专用固化剂。
44.具体的，所述尾矿砂为粗尾砂：细尾砂为3：7的混合料。
45.具体的，当所述尾砂固化剂：尾矿砂为2％
‑
4％适用于路基填筑；当所述尾砂固化剂：尾矿砂为6％
‑
20％适用于路面底基层。
46.在具体实现中，所述碎石与尾砂固化剂、尾矿砂的比例通过改性尾砂稳定碎石试验得出，所述改性尾砂稳定碎石试验包括无侧限抗压强度、弯拉强度、抗裂性能、抗水损坏性能多维参数特征。
47.具体的，所述道路施工包括以下步骤：
48.s31、拌合：通过拌和机对按比例添加的尾砂固化剂、尾矿砂以及碎石进行搅拌均匀；
49.s32、摊铺：通过摊铺机对搅拌均匀的物料按照摊铺工艺在路面上进行作业；
50.s33、碾压：通过压路机对摊铺后的路面进行碾压密实；
51.s34、养生：采用洒水车对路面进行定期洒水养生。
52.具体的，在所述道路施工中包括以下检测：edta滴定试验、压实度试验、基层取芯检验
‑
芯样完整性试验以及现场取料无侧线结果检测。
53.本实施例应用尾矿砂修筑的路面基层在技术性能上达到或超过传统筑路材料、为尾矿砂在公路工程中应用推广提供了技术支撑。
54.实施例2
55.本实施例选用霍邱县周集镇张庄矿铁尾矿砂作为原材料，来对实施例1的方案进行进一步的阐述以及实验数据试验研究。
56.1、尾矿砂与固化剂的试验研究
57.1.1尾矿砂原材试验研究
58.选用霍邱县周集镇张庄矿铁尾矿砂作为原材料。原材外观如下：
59.1)尾矿砂分粗细两种；粗砂呈深灰色，略有光泽；
60.2)由于细砂为全尾尾砂在场外堆放时会出现吸水现象，因此含水量较高，含水率在15％左右，使用前需进行脱水处理。
61.首先对铁尾砂原材进行如下研究：
62.1、级配筛分
[0063][0064]
2、视密度
[0065]
3、含水率
[0066]
4、堆积密度
[0067]
序号试验项目试验结果备注1表观相对密度(g/cm3)2.905 2含水率1(％)0.5干燥状态3含水率2(％)15.7排放后状态4堆积密度(t/m3)1.44 [0068]
cbr、砂当量、塑性指数。
[0069]
试验项目试验结果备注cbr(％)32细尾铁尾砂砂当量(％)84粗铁尾砂液限(％)27细尾铁尾砂塑限(％)17细尾铁尾砂塑性指数10细尾铁尾砂
[0070]
1.2固化剂试验研究
[0071]
固化剂采用的是东巨公司生产的dj
‑
6型尾砂专用固化剂，该固化剂外观为白色粉末状物质，其价格与市场上的po42.5的水泥价格相当，但相同掺量的固化效果高于水泥，固化剂的检测参数如图2所示。
[0072]
1.3铁尾矿砂混合料掺配比例研究
[0073]
通过研究发现加入同比例的固化剂后粗铁尾矿砂混合料强度优于细铁尾矿砂混合料。因此项目部采用粗细尾砂掺配使用研究思路，希望能达到一个最佳比例效果来满足高等级道路施工的强度要求。
[0074]
当参入10％固化剂，不同粗细砂掺配比例击实试验汇总表
[0075]
粗砂∶细砂最佳含水率(％)最大干密度(g/cm3)3∶79.92.0694∶69.52.0985∶59.22.161
[0076]
粗细尾砂掺配比例选择，如图3所示。
[0077]
由图3的数据统计进行研究可知选用3∶7掺配比例时，7d强度达到期望值，且成本
最低。以此选用3∶7掺配比例进行不同固化剂试验研究。
[0078]
1.4铁尾砂混合料固化剂掺入比例试验研究
[0079]
粗细铁尾砂3∶7掺配，2％、4％、6％、8％、10％、15％、20％七种固化剂掺量进行试验。
[0080]
结果如下：
[0081]
[0082][0083]
无侧限抗压强度试验结果如上：7个固化剂掺量，98％压实标准，不同龄期强度，2％、4％固化剂掺量可用于路基填筑，6％及以上掺量可用于路面底基层、基层。
[0084]“公路沥青路面设计规范
″
(jtg d50
‑
2017)技术要求
[0085]
选用6个掺配情况进行劈裂试验。
[0086]
劈裂试验结果如下表：
[0087]
固化剂含量劈坏荷载(kn)高度(mm)弯拉强度(mpa)4％3.07500.778％3.41500.8510％4.15501.0420％6.43501.6125％7.27501.8225％延时6.23501.56
[0088]
劈裂强度如图4。
[0089]
尾矿混合料的化学分析：
[0090]
该混合料是否能在现实的施工环境中施工，还应该考虑完成的混合料成分是否对环境、人畜造成不良的伤害。
[0091]
为了验证混合料完成后的成分是否对环境、人畜造成不良的伤害，我部对混合料进行了送检分析，如图5为尾矿混合料化学成分分析结果图，如图6为尾矿混合料化学成分的放射性检测结果图，测放射性核素，满足a类装饰装修材料。
[0092]
由此可见，送检进行混合料的浸水水质分析试验，经化测检测检测分析结果为总磷：0.03mg/l，硫化物：未检测出。
[0093]
根据以上结果，可认定该混合材料在施工中安全无污染，不会对环境、人畜造成不良的伤害。
[0094]
2、尾矿砂稳定碎石试验研究
[0095]
2.1研究思路
[0096]
根据前阶段试验成果，将张庄矿尾砂作为细集料，尾砂固化剂作为胶凝材料，用于稳定碎石，混合料对标水泥稳定碎石材料路用性能，试验确定合适的碎石掺量；
[0097]
基本要求：具有足够的强度、适宜的刚度和耐久性、较小的变形(包括温缩和干缩变形)和较强的抗冲刷能力；
[0098]
丰富改性尾砂类型，扩大可应用范围、层位，尤其是高等级道路；
[0099]
基于矿料间隙率不同填充度试验研究，探究半刚性基层材料配合比设计新思路、新方法；
[0100]
改性尾砂稳定碎石试验研究应从无侧限抗压强度、弯拉强度、抗裂性能、抗水损坏性能等方面入手。
[0101]
2.2基于填充密室原理的碎石级配设计研究
[0102]
在级配设计的研究中：级配设计参照公路工程常规的底基层、基层混合料级配范围；设计通过率为体积通过率，考虑不同材料密度差，掺配比例由体积比换算为质量比。
[0103]
各级配不同填充度掺配比例计算如下：
[0104]
[0105][0106][0107]
无侧限抗压强度试验结果如下：
[0108][0109]
2.3基于填充密室原理的碎石级配设计研究结果
[0110]
通过上述的研究，得到研究结果如下：
[0111]
1、不同填充度各龄期强度代表值比较
[0112]
2、相同级配，填充越密实、强度越大；
[0113]
3、相同填充度，级配骨架效果越强、强度越大，
[0114]
4、尾砂稳定碎石推荐级配如图7。
[0115]
3、尾砂基层沥青路面实施
[0116]
采用马钢张庄矿尾矿砂和安徽东巨新型材料有限公司提供的固化剂进行配比，应周集镇张庄矿请求，将改性尾砂用路路面基层及底基层，在周集镇燎西村农村公路进行了路面基层施工。在施工过程中将路段分为四段，通过不同配比组合，检验尾矿砂水稳配比的性能。通过现场施工，现场检测和相关试验，各项指标均达到公路相关的各项技术要求。通过不同路面基层结构的配比组合，并对不同路面结构进行验算，均满足《公路沥青路面设计规范》对基层设计指标的要求。如图8所示为施工示意图。
[0117]
路面结构材料组成：
[0118][0119]
施工配合比设计
[0120][0121]
施工结果：
[0122][0123]
4、施工方法
[0124]
4.1施工工艺
[0125]
4.11、拌和
[0126]
由于采用的原材料与固化剂为粉末状且较轻为防止粉尘污染，将一套300型强制连续式拌和机进行改装，作为尾砂处理、综合利用的末端环节；
[0127]
4.12、摊铺
[0128]
摊铺工艺与传统的水泥稳定碎石相同，机械也一样，无需更换。
[0129]
4.13、碾压
[0130]
碾压工艺与传统的水泥稳定碎石相同，机械也一样，无需更换。
[0131]
在施工过程中采用单钢轮振动压路机 胶轮压路机的施工机械组合进行碾压密实。
[0132]
4.14、养生
[0133]
施工过程中采用传统的洒水养生。
[0134]
4.2施工注意事项
[0135]
4.21、拌和
[0136]
铁尾砂脱水与含水率控制
[0137]
拌和均匀性及固化剂、含水率控制
[0138]
4.22、摊铺：
[0139]
保证高程控制情况下，摊铺方式可灵活选择；
[0140]
全尾矿砂混合料(细尾矿砂混合料)层厚不宜过厚；
[0141]
4.23、碾压：
[0142]
保证一次碾压成型；
[0143]
对含水率比较敏感，含水率过大压实度难以保证、含水率低表面裂纹严重且不易压实；
[0144]
全尾矿砂混合料(细尾矿砂混合料)有粘轮现象，掺粗砂后有改善，掺碎石后基本可控；
[0145]
4.23、碾压工艺：
[0146]
振动4遍 静压2遍就可以完全消除轮迹印；
[0147]
4.24、养生：土工布覆盖洒水养生；
[0148]
特别重视保水、湿润，有利于强度形成。
[0149]
4.3施工过程中的检测
[0150]
4.31、如图9所示，edta滴定试验：与水泥含量滴定试验操作一样。
[0151]
4.32、压实度试验：与水泥稳定碎石压实度检测操作一样。
[0152]
4.33、基层取芯检验
‑
芯样完整性
[0153]
取芯表观统计表：
[0154][0155][0156]
另外，对取芯厚度检测(薄的部分为尾矿砂底基层采用挖掘摊铺)
[0157]
4.34、现场取料无侧线结果：
[0158]
混合料类型7天无侧限抗压强度代表值(mpa)全尾砂(8％固化剂)4.3改性铁尾砂(10％固化剂)5.4改性全尾砂稳定碎石(6％固化剂、40％碎石)3.6改性铁尾砂(6％固化剂、40％碎石)4.0改性铁尾砂(15％固化剂、60％碎石)7.0
[0159]
4.35、施工总结
[0160]
尾砂稳定材料的强度随固化剂剂量提高而提高。表中实用范围仅针对试验所用固化剂剂量和原材，提高固化剂剂量或优化原材料性能后，铁尾砂稳定材料的适用范围会进一步扩大。
[0161][0162][0163]
综上所述，本实施例的方案实施可具有良好的经济效益以及社会效益。
[0164]
经济效益：节约砂石材料，缓解地方砂石材料供需矛盾。
[0165]
降低工程造价，砂石料价格越来越高，降低砂石料使用比例，降低工程造价。
[0166][0167][0168]
社会效益：将尾矿砂作为筑路材料后变废为宝，大大提高了尾砂废弃物的综合利用率(可实现100％利用)；
[0169]
大规模消耗铁尾砂可以解决全尾铁尾砂的堆存问题方面，为矿山无尾排放，建设绿色矿山创造了条件；
[0170]
成规模消耗铁尾砂，能够逐步减持尾砂库运营规模，降低维护费用；
[0171]
缓解和消除尾砂库带来的占用土地、污染环境、安全隐患等系列社会问题，对矿区可持续发展具有重要的意义。
[0172]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。