（道路与铁道工程专业论文）铁矿渣在道路工程半刚性基层中的应用.pdf

摘要 摘要 工业废渣稳定基层已有许多理论研究并已应用于工程实践。但铁矿石选矿 后的铁矿渣应用于道路工程鲜有报道。铁矿渣是铁矿石选矿后产生的废渣，是 钢铁行业中数量庞大的废弃物之一，随地遗弃既需要空间又造成严重的环境污 染。在道路工程建设中对集料的需求量巨大，通常是通过开山劈石，再经机械 破碎加工才能得到各种规格的集料产品。众多的采石场和集料加工厂虽然促进 了地方经济的发展，但由此带来的环境污染和景观破坏同样不可忽视。因此， 有效合理地利用铁矿渣对于资源利用和环境保护意义重大，符合可持续发展的 基本国策。有鉴于此，本文对将铁矿渣作为集料生产半刚性基层混合料的应用 技术进行探索，为铁矿渣在道路工程水泥混凝土及沥青路面结构中的应用提供 技术支持。 本文以无机结合料稳定材料的强度形成机理为基础，对铁矿渣代替集料作 为道路工程基层用料进行了深入研究。论文分析了铁矿渣的矿物组成、化学组 成及其稳定性，通过试验研究了铁矿渣的路用性能，探讨了以石灰粉煤灰稳定 铁矿渣混合料的组成设计方法，评价了铁矿渣混合料的物理力学性能，编制了 以石灰粉煤灰稳定铁矿渣混合料的施工技术指导意见，阐述以铁矿渣取代集料 对环境保护的作用，及其经济价值。 通过国道2 0 7 线平山段沥青路面改建工程实践的验证和试验检测，并依据 相关的技术规范和标准，认为铁矿渣的相关技术性能可以达到甚至超过石灰岩 碎石的技术性能，完全满足现行工程技术规范对道路工程集料的技术要求，是 一种性能优良的路用材料。研究成果对处在道路工程建设快速发展时期的中西 部地区具有借鉴意义。 关键词：半刚性基层；铁矿渣；试验；施工 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ei n d u s t r i a ls t a b i l i t yb a s i cu n i to fw a s t er e s i d u eh a sa l r e a d yh a dal o to fs t u d y a n da l r e a d ya p p l yt ot h ep r o j e c ta n dp r a c t i s e t h ei r o nm i n er e s i d u ei st h ew a s t e r e s i d u ea f t e rt h ei r o no r ed r e s s i n g p r o d u c e sa n do n eo ft h eq u a n t i t yr e j e c t si nt h es t e e l a n di r o np r o f e s s i o n b o t hn e e d st h es p a c ea l o n gw i t ht h ep l a c ea b a n d o n m e n ta n dt o c a u s et h es e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h ed e m a n dq u a n t i t yo ft h ea g g r e g a ti n r o a de n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ni sh u g e ，u s u a l l yi st h r o u g hq u a r r i e sam o u t a i na n d h e w i n gr o c k s ，e v e ng e t s t h ea g g r e g a t ep r o d u c ts p e c i f i c a t i o n sb ym e c h a n i c a l b r o k e n - p r o c e s s i n ga g a i n a l t h o u g hm a n yo ft h eq u a r r i e sa n da g g r e g a t ep r o c e s s m g p l a n tt op r o m o t et h el o c a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，h o w e v e r , t h i sw i l lb r i n gt h es a m e e n v i r o n m e n t a la n dl a n d s c a p ed a m a g ec a l ln o tb ei g n o r e d t h e r e f o r ，t h ee f f e c t i v ea n d r a t i o n a lu s eo fi r o nm i n er e s i d u ei ss i g n i f i c a n t t or e s o u r c eu t i l i z a t i o na n d e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n a n dw i t ht h eb a s i cn a t i o n a lp o l i c yo fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t i nv i e w ，t h i sp a p e rw i l le x p l o r a t e st h ea p p l i c a t i o no ft e c h n o l o g i e so f t h ei r o nm i n er e s i d u ea sa g g r e g a tt op r o d u c es e m i - r i g i dm i x t u r e t op r o v i d et e c h n i c a l s u p p o r tf o rt h ea p p l i c a t i o no ft h ei r o nm i n er e s i d u e i nt h ec o n c r e t ea n da s p h a l t p a v e m e n to f t h er o a dp r o j e c t ， t h i sa r t i c l eh a sb e e ni np r o g r e s ss t u d y i n gi nad e e p g o i n gw a ya b o u tu s i n gt h e i r o nm i n er e s i d u ea st h em a t e r i a li n s t e a do fa g g r e g a to ft h er o a dp r o j e c tg r a s s r o o t s u n i t ，a n df o rt h er e l e v a n tt h e o r yo fi n o r g a n i cm a t r i xs t a b i l i z e sm a t e r i a lb e i n g ab a s i s i te x p l a i n e sm i n e r a lc o m p o s i t i o n ，c h e m i s t r yc o m p o s e m e n ta n ds t a b i l i t yo ft h ei r o n m i n er e s i d u e ，s t u d i e so ft h er o a dp e r f o r m a n c eo fi r o nm i n er e s i d u et h r o u g ht e s t s ，t o e x p l o r et h ec o m p o n e n td e s i g nm e t h o do f l i m ea n df l ya s hs t a b i l i t yi r o nm i n er e s i d u e m i x t u r e ，e v a l u a t i o no ft h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi r o nm i n er e s i d u e m i x t u r e ，e s t a b l i s h m e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n i c a lg u i d a n c eo fu s i n gl i m ea n df l ya s h s t a b l ei r o nm i n er e s i d u em i x t u r e ，e x p l a i n e st h er o l eo fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c i o nf o r t h ei r o nm i n er e s i d u et or e p l a c ea g g r e g a t e ，a n di t se c o n o m i cv a l u e t h r o u g ht e s ta n dv e r i f yo ft h ea s p h a l tp a v e m e n te n g i n e e r i n gp r a c t i c eo f t h es t a t e r o a d2 0 7i np i n g s h a n ，i na c c o r d a n c ew i t ht h er e l e v a n tt e c h n i c a ln o r m sa n ds t a n d a r d s ， t h i n k si r o nm i n er e s i d u et h a tc a nm e e to rs u r p a s st h ep e r f o r m a n c eo ft e c h n o l o g i e s a b s t r a c t r e l a t e dt ot h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c eo fl i m e s t o n eg r a v e l ，f u l l ym e e tt h es p e c i f i c a t i o n s t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so ft h ec u r r e n tr o a dw o r k sp r o j e c to nr o a de n g i n e e r i n g a g g r e g a t e t ob ea i le x e l l e mm a t e r i a lu s e do nt h er o a d 。t h er c s e 鲫c hr e $ u l t si l a s r e f e r a n c ef o r t h ec e n t r a la n dw e s tr e g i o n sa tt h er o a dc o n s t r u c t i o nr a p i dd e v e l o p m e n t p e r i o d k e y w o r d ：s e m i - r i g i db a s eu n i t ；i r o nm i n er e s i d u e ；e x p e r i m e n t ；c o n s t r u c t i o n h i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 一躲旅彩弘 2 0 0 7 年6 月 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 溉， z 口0 7 名 第l 章前言 第1 章前言 随着工业的发展，工业废渣逐渐增多，它的综合利用已成为一个重要课题。 近年来，我国利用工业废渣铺筑路面基层，取得显著成效，不但提高了路面使 用品质，而且降低了工程造价，“变废为宝”，具有显著的社会和经济效益。 1 1 立项依据 钢铁在人类社会生活中起着重要作用，它是人类活动中应用最广泛的金属。 世界各国均把钢产量作为评价国家实力的基本要素之一。我国现代钢铁工业发 展迅速，2 0 0 6 年粗钢产量达到4 1 8 7 8 亿吨( 占世界总产量的3 3 7 9 ) ，居世界 第一位。 石家庄地区有石家庄钢铁公司、敬业集团钢铁公司等大型钢铁企业，对铁 矿石的需求巨人。市场需求刺激本地区铁矿石开采业发展迅猛。石家庄地区铁 矿石多为含铁量在2 5 一3 5 之间的贫铁矿，贫铁矿矿石经破碎磁选后产生大量弃 渣，需占地堆放。平【l j 县下口乡是铁矿石主产区，十几家选矿厂自上世纪八十 年代至今选矿过程中产生的选矿弃渣，堆积如山，不仅占据耕地，而且堵塞河 道，破坏环境。 图卜1平山县下r 地区保存的铁矿废渣 第1 章前言 如何有效利用这些弃渣，成为环保人士和工程人员经常思考的问题。铁矿 渣是铁矿石经机械破碎磁选后的弃渣，它的颗粒形状与粒径分配和公路工程用 碎石集料极为相似。能否将铁矿渣替代碎石作为一种集料应用到公路工程中， 本文将对铁矿石选矿弃渣在道路工程半刚性基层中的应用进行研究。 1 2 国内外研究现状调研分析 经笔者翻阅有关文献以及在网上的搜索调查与铁矿渣有关的信息，搜集结 果包括冶金矿渣( 例如硫铁矿渣) 、钢渣等的相关研究，这些研究既有冶金方面 的分析也有材料路用性能的研究。 1 2 1 严家饭在道路建筑材料中对冶金矿渣集料进行了简述。 书中指出冶金矿渣集料是在冶金生产过程中由矿石、燃料以及助熔剂中易 熔硅酸盐化合而成的副产物。其中黑色金属冶金矿渣分为高炉重矿渣和钢渣两 类。这些冶金矿渣从熔炉排出后，在空气中自然冷却，形成坚硬的材料，是一 种很好的路用人工石料。既可以作为基层材料，又可作为修筑水泥混凝土或沥 青混凝土路面用的集料。并且分析了矿渣的化学和矿物成分以及它的稳定性。 有关矿渣的物理力学性质严家仅指出矿渣的相对密度一般较岩石为大，大 约在2 9 7 - 3 3 2 之间。矿渣堆积密度约为1 9 0 0 k g m 3 。矿渣的耐冻性( 坚固性) 通常能符合路用要求。 矿渣的力学强度较高，与空隙率有关，通常极限抗压强度在5 0 m p a 以上， 甚至达到1 5 0 m p a ，相当于石灰岩甚至花岗岩的强度。其它如压碎值、冲击值、 磨光值和磨耗值等均能符合筑路石料的要求。文中强调了矿渣的稳定性，认为 稳定的冶金矿渣集料可应用于各种路面的基层和面层。但新料源的矿渣必须通 过试验使用，取得经验后才能逐步推广使用。 1 2 2同济大学道路与交通工程系曾从上世纪九十年代开始与安阳钢铁公司 合作进行钢渣路用性能的研究，并且取得了可喜的成果。 高炉矿渣指的是金属冶炼过程中热熔矿渣经自然缓慢冷却，或用极少量水 促其冷却而形成的容重和块度都很大的石质物料。重矿渣经破碎后可代替天然 碎石使用。 在同济课题组与安阳钢铁公司共同主持的安阳钢渣在水泥混凝土道路垫 2 第1 章前言 层的应用研究中对钢渣的路用性能、稳定性、施工特点以及试验路段的修筑 进行了详尽的研究分析，并且编制了钢渣材料的处理及应用钢渣混合料修筑 路面基层施工手册。 它的主要成果是t 安阳钢渣的力学强度满足各类道路底基层、基层用料的 技术要求：经室内试验认为无机结合料的钢渣集料于基层是可行的。对类似的 工业废渣在道路工程中的应用具有指导和借鉴意义。 在同一课题组完成的安钢高炉重矿渣做水泥混凝土骨料及铁路道床的试 验研究中对安钢高炉重矿渣的物理力学性能及做水泥混凝土骨料的适用性进 行了分析；对安钢高炉重矿渣替代水泥混凝土骨料进行试验研究并且编制了试 验工程实施大纲；总结并分析了试验路段和构筑物试验工程施工结果；还对高 炉重矿渣作为铁路道床材料进行了分析探讨。 在该文中从以下几方面具体分析了安钢高炉重矿渣的物理力学性能以及化 学组成分析测试结果： ( 1 ) 筛分试验：( 2 ) 物理试验；( 3 ) 力学试验；( 4 ) 稳定性试验；( 5 ) 化 学分析试验。 与相关技术规范进行对照比较后认为安钢高炉重矿渣各项技术指标完全满 足公路工程对矿渣的使用要求。 1 2 3 邓学钧编著的路基与路面工程对无机结合料路面进行了理论分析。 书中对半刚性材料和半刚性基层进行了定义，对石灰稳定类基层、水泥稳 定类基层、工业废渣稳定类基层等不同类型的半刚性基层强度形成原理、影响 强度的因素、材料要求及混合料组成设计、施工要点进行了阐述。 1 3 研究内容 在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料( 包括水泥、石灰、 工业废渣等) 和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规 定要求的材料称为无机结合料稳定材料，以此修筑的路面为无机结合料稳定路 面。该路面具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点，耐磨性差， 广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。 粉碎的或原状松散的土按照土中单个颗粒( 指碎石、砾石和土颗粒) 的粒 径的大小和组成，将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。不同的土与无机结合料 3 第1 章前言 拌和得到不同的稳定材料，例如石灰土、水泥土、水泥砂砾、石灰粉煤灰碎石 等。 无机结合料稳定材料种类较多，其物理、力学性质各异，使用时应根据结 构要求、掺加剂和原材料的供应情况及施工条件进行综合技术、经济比较后选 定。 根据立项分析确定本文的研究内容为铁矿渣作为一种道路建筑材料的研究 与应用。通过试验分析和试验路的铺筑检验，验证铁矿渣是否满足相关技术规 范所要求的碎石集料的技术性能，能否作为一种集料在道路基层工程中应用。 主要从以下几个方面进行分析： ( 1 ) 铁矿渣化学成分和矿物组成； ( 2 ) 铁矿渣的结构稳定性； ( 3 ) 铁矿渣与常规碎石集料的物理力学性能对比； ( 4 ) 二灰稳定铁矿渣混合料的组成设计方法； ( 5 ) 二灰稳定铁矿渣混合料的物理力学性能； ( 6 ) 二灰稳定铁矿渣混合料的稳定性研究； ( 7 ) 二灰稳定铁矿渣混合料基层的施工工艺及经济性分析。 1 4 研究方法 ( 1 ) 技术资料的搜集与准备( 国家标准、部颁规范、相关文献与工程实例) ； ( 2 ) 基层施工用料本着就地取材、以地产原材料为主的原则确定采用石灰 粉煤灰稳定铁矿渣混合料作为道路半刚性基层； ( 3 ) 主要工作是研究本地区铁矿渣能否经过加工成为一种工程材料，采取 的技术路线为： 试验室的材料分析一组成设计一试验路段的验证一工程应用 试验室 i 研究内容包括铁矿渣的物理力学性能试验、化学试验： i i 试验不同配比的石灰粉煤灰稳定铁矿渣混合料试件的力学性能，通过一 系列的试验来研究铁矿渣的路用性能； i i i 编写二灰稳定铁矿渣混合料的组成设计文件。 试验路段的组织与实施 4 第1 章前言 ：-通过试验路施工验证并确定以铁矿渣为骨料的石灰粉煤灰稳定材料的组成 设计的正确性以及施工过程中各环节的组织协调，试验路段施工中发现的各种 问题要有记录，反馈到试验室作为设计人员调整设计参数的参考依据。 工程应用 试验路段取得成功后形成的技术文件作为今后施工的指导性文件，以试验 路段的相关资料为依据编$ i j - - 灰稳定铁矿渣混合料基层的施工大纲。 ( 4 ) 其它分析与研究。 一 5 第2 章铁矿渣的组成和性能分析 第2 章铁矿渣的组成和性能分析 2 1 铁矿渣化学成分和矿物组成分析 铁矿石按其矿物组成可分为：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿。由于它 们的化学成分、结晶结构以及生成的地质条件不同，因此各种铁矿石具有不同 的外部形态和物理特性。平山山区蕴藏的铁矿主要是磁铁矿和赤铁矿。 磁铁矿的化学式为f e 3 0 4 ，其中f e o = 3 1 ，f e 2 0 3 = 6 9 9 6 ，理论含铁量为7 2 4 。 这种矿石有时含有t i 0 2 及v 2 0 5 组合复合矿石，分别称为钛磁铁矿或钒钛磁铁 矿。在自然界很少有纯磁铁矿，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变 为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。假象赤铁矿就是磁铁矿( f e 3 0 4 ) 氧化成赤铁矿 ( f e 2 0 3 ) ，但仍保留原来磁铁矿的外形。磁铁矿具有强磁性，晶体常成八面体， 少数为菱形十二面体。集合体常成致密的块状，颜色条痕为铁黑色，半金属光 泽，相对密度4 9 - 5 2 ，硬度5 5 - 6 ，无解理，脉石主要是石英和硅酸盐。还原 性差，一般含有害杂质硫和磷较高。 赤铁矿为无水氧化铁矿石，化学式为f e 2 0 3 ，理论含铁量为7 0 9 6 。这种矿石 在自然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主 要矿石。赤铁矿含铁量一般为5 0 - 6 0 ，含有害杂质硫和磷比较少，还原较磁铁 矿好，因此，赤铁矿是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿具有半金属光泽，结 晶者硬度为5 5 6 ，土状赤铁矿硬度很低，无解理，相对密度4 9 - - - 5 3 ，仅有 弱磁性，脉石为硅酸盐。 铁矿渣中含有s i o 。、h l 。0 。、长石、辉石等矿物质，呈弱酸性。矿渣的酸碱 性可用下列模量表示： 碱性矿渣= ( c a o + m g o ) ( s i o 。+ a 1 。0 3 ) 1 酸性矿渣虬c = ( c a o + m g o + h l 。o 。) s i o 。 2 3 6 m 试样质量 1 9 7 82 0 0 72 6 8 ( g ) 值 压碎集料质量( g ) 7 2 37 3 3 平均值( ) 2 6 7 抗压强度r ( m p a ) 8 59 0 8 7 2 平 冻融质量损失0 球( ) 0 3 1 50 3 6 6 均 o 3 4 值 冻融试验后集料压碎值( ) 2 9 22 9 62 9 4 冻融试验后抗压强度r ( m p a ) 一 8 28 68 4 磨耗值 2 1 22 0 7 82 0 9 9 细度 针片状 有机物质含量( ) 其它项目含泥量( ) 模数 含量( ) 折算s ( h ( ) 1 4 5 3 0 颜色浅于标准 ( 2 ) 铁矿渣作为二灰稳定基层用料的适用性分析 通过试验测得铁矿渣压碎值为2 6 7 ，符合公路路面基层施工技术规范 j t j 0 3 4 2 0 0 0 中石灰工业废渣稳定土对二级和二级以下公路基层碎石或砾石的 压碎值不大于3 5 的要求。 9 第2 章铁矿渣的组成和性能分析 铁矿渣筛分试验结果及筛分曲线见如下图表： 表2 - 3 铁矿渣筛分记录 筛孔尺寸筛余重( g )分计筛余( g )累计筛余( 9 0通过率 ( ) 6 3 00 00 0o 01 0 0 0 5 3 0 1 2 3 01 8 1 8 9 8 2 3 7 52 7 4 o4 o5 79 4 3 3 1 52 7 9 o4 09 89 0 2 1 91 4 8 2 02 1 43 1 26 8 8 9 51 3 6 1 01 9 75 0 84 9 2 4 7 5 3 3 4 0 4 85 5 74 4 3 2 3 68 8 0 21 2 76 8 43 1 6 1 1 87 4 1 01 0 77 9 12 0 9 o 64 3 0 0 6 2 8 5 3 1 4 7 0 0 7 58 6 6 01 2 59 7 82 2 底盘1 5 2 0 2 21 0 0 00 0 总重 6 9 2 2 2 ，芜二二； - 。一 y 7 o i ， ? 幻一 4 l ? 二乡 二下 - 一l1 筛孔孔径( 衄) 图2 - 1 铁矿渣筛分曲线图 96v诗求陋唧峰裂暇 第2 章铁矿渣的组成和性能分析 通过筛分试验结果可以看出铁矿渣混合料粒径在0 - 6 3 m 之间。依据相关规 范要将铁矿渣在半刚性基层混合料中替代碎石，必须将铁矿渣中不符合规范要求 的粒径大于3 1 5n l m 的废渣去除，并在4 7 5 m m - 9 5 m m 范围内对铁矿渣进行级配调 整。 2 3 4 铁矿渣与常规碎石集料的物理力学性能对比 表2 - 4公路工程用石料等级和技术标准 技术标准 石料 岩石类别主要岩石名称 磨耗率( )磨耗率( ) 等级 饱水极限抗压强度( m p a ) 洛杉矶法狄法尔法 1 1 2 0 2 5 1 0 0 3 0 1 0 0 2 3 6 n 试样质量( g ) 2 1 4 52 1 7 0 1 8 1 碎 一 压碎集料质量( g ) 5 0 5 4 8 0 平均值佴) 。 1 8 6 值 从表3 3 看出5 - 1 0 r a m 碎石压碎值试验结果为1 7 ，小于3 0 的规定值，质 量符合公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 2 0 0 0 ) 要求。 第3 章铁矿渣混合料组成设计 3 4 组成设计1 3 4 1 基层采用密实式二灰粒料结构 以石灰、粉煤灰作为无机结合料稳定铁矿渣，即基层为二灰稳定铁矿渣混 合料，集料级配范围采用公路路面基层施工技术规范表5 2 6 2 中1 号级 配范围，见表3 4 。 表3 4 二灰级配碎石中集料的颗粒组成范围 筛孔尺寸( 皿) 0 0 7 50 6 01 1 82 3 64 7 59 5 01 9 0 3 1 53 7 5 通过质量百分( )0 - 76 - 2 01 0 2 71 8 - 3 83 0 - 5 04 8 - 6 87 2 - 9 09 0 一1 0 01 0 0 3 4 2 铁矿渣级配处理 根据规范集料级配范围，最大粒径不能大于3 7 5 m m ，用3 7 5 m m 筛将铁矿渣 大于3 7 5 m m 的粒料筛除，进行筛分结果见表3 - 5 和图3 - i 。 表3 - 5 铁矿渣过筛后筛分表 筛孔尺寸 筛余重( g ) 分计筛余( )累计筛余( )通过率( ) 3 7 50 o0 oo 01 0 0 0 3 1 52 7 9 04 34 39 5 7 1 9 1 4 8 2 02 2 72 7 07 3 o 9 51 3 6 1 02 0 94 7 85 2 2 4 7 53 3 4 05 15 3 o4 7 o 2 3 68 8 0 21 3 56 6 53 3 5 1 1 8 7 4 1 01 1 47 7 82 2 2 o 64 3 0 06 68 4 41 5 6 。0 ，0 7 5 8 6 6 01 3 3 一 9 7 72 3 底盘1 5 2 02 31 0 0 00 o 总重 6 5 2 5 2 1 7 第3 章铁矿渣混合料组成设计 图3 - 1 过筛后铁矿渣筛分曲线图 从过筛后铁矿渣的筛分结果看出，过筛后铁矿渣在4 7 5 9 5 m m 粒径范围 的粒料含量较少，需要采用单级配碎石进行调整。用o 5 一l c m 碎石对过筛后铁 矿渣的级配进行调整。0 5 - 1 c m 碎石筛分记录及级配曲线见表3 - 6 和图3 - 2 。 表3 - 60 5 - 1 c m 碎石筛分记录 筛孔尺寸筛余重( g )分计筛余( )累计筛余( )通过质量百分率( ) 】9 oo 00 o1 0 0 o 9 59 4 62 6 62 6 27 3 4 4 7 52 2 0 16 1 88 8 41 1 6 2 3 6 2 8 98 19 6 53 5 1 1 8 00 o9 6 53 5 o 6oo 0 9 6 5 3 5 0 0 7 5o0 09 6 53 5 底盘 1 2 5 3 51 0 0 o0 0 总重 3 5 6 1 第3 章铁矿渣混合料组成设计 1 0 0 9 0 8 0 邑7 0 茎： 栅4 0 鬟3 0 鼎2 0 l o 0 ， jr 一。 厂j | 。 厶 碾压注意事项： 压路机不得停留在未压实的基层上，不准在基层上急刹车、急转弯和调 头。 - 一 振动压路机前进、后退换档时，应先停振再换档；若需停机时，应先停 振再停机。 终压前应检测一次标高，若发现高程超标，应先用平地机刮至规定值再 整平碾压。 5 3 6 养生 碾压完成后第二天开始洒水养生，每天撒水次数视气候条件而定，应始终 保持表面潮湿。洒水养生时，喷出的水应成雾状，不得用水直接喷射冲击二灰 铁矿渣基层表面，否则容易将表面冲成松散状态或产生新的集料窝( 带) 。养 生期为1 4 天，养生期结束后在修筑面层前应用轻型车辆行驶或其它方法去除半 刚性基层表面的浆层。 5 3 7 质量标准与检查验收 ( 1 ) 施工中建立、健全工地检验、质量检查及工序之间的交接验收等项制 度。试验检验应做到原始记录齐全、数据真实可靠。每道工序完工后检查验收 合格方可进行下一道工序。 第5 章铁矿渣混合料的工程应用 图5 6 试验室人员进行二灰稳定铁矿渣基层钻芯检查 ( 2 ) 工地试验室配备必要的试验设备。试验室在摊铺过程中要在施工现场 取样，制作1 5 a m 1 5 a m 无侧限抗压试件，养生7 天后进行强度检测。在碾压完 成后立即用灌砂法进行压实度检测。由于铁矿渣密度大和离析原因，个别检测 点的压实度会超1 0 0 。 ( 3 ) 按公路工程检测评定标准规定的检测频率进行厚度、平整度、宽 度、纵断高程、横坡等基层质量控制项目的检测。质量控制标准如表5 1 。 表5 - 1 质量控制标准 序号 项目 质量标准与允许误差抽查频率 l 压实度 9 7 1 0 0 0m 2 不少于3 处 2 纵断高程+ 5 。一1 7 每2 0 ml 点 3 厚度均值一1 0 ，单值一2 5 15 0 0 - 2 0 0 0 m 2 6 个点 4 宽度 不小于设计值每5 0 m 处 5 横坡度 0 5每1 0 0 m 检查3 处 6 平整度 l o m m每5 0 m 检查2 处 7 击实试验 施工开始前次 第5 章铁矿渣混合料的工程应用 图5 - 7二灰稳定铁矿渣基层芯样 5 3 8 铺筑水泥混凝土面层 试验路段施工完成并养生期结束后，同时修筑水泥混凝土面层。目的是观 察两种不同的路面基层对面层的影响。 面层为厚度2 4 c m 的c 。水泥混凝土，半幅连续浇注，面板宽度为3 5 m ，弯 道加宽，纵缝设传力杆，面层完工后切割伸缩缝。 5 3 9 试验路段的观测与评价 水泥混凝土面层养生期结束后开放交通。该路段是晋煤东运的主干道，车 流量很大，在试验路段工程竣工后的半年内按每月一次的频率进行了路面观测。 分别观察了路而裂缝、板边高差、高程等，两个试验路段均没有发现异常。说 明将铁矿渣混合料作为建筑材料应用于道路工程基层施工取得成功，为道路建 设找到一种新型的建筑材料。 总结试验路段的施工资料数据，并结合第四章的相关内容决定将第三章的 组成设计2 作为本项目二灰稳定铁矿渣混合料基层施工的组成设计，在试验路 段取得成功经验和并编制相关指导文件后，将研究成果在2 0 7 线大修工程中付 诸实施，工程于2 0 0 4 年顺利竣工，经验收合格后投入使用。 5 6 第5 章铁矿渣混合料的工程应用 5 4 工程应用总结 铁矿渣作为一种道路建筑材料具有如下几个特点： ( 1 ) 原材料供应充足f 在铁矿渣存放地安装破碎和振动筛设备将铁矿渣筛分后，只需简单加工就 可用于工程实际。 、 ( 2 ) 符合规范中关于集料性能的各种要求。 经过级配调整的铁矿渣混合料的物理力学性能优于碎石集料，这是由铁矿 渣自身特点所决定的。铁矿渣密度大，颗粒形状特殊，自身所含物质( a 1 ：0 3 、 s i o 。) 参与石灰与粉煤灰的火山灰硬化反应，使基层的力学性能得到提高。 ( 3 ) 经过实际应用，没有检查到铁矿渣崩解等不良现象发生，铁矿渣与石 灰粉煤灰结合良好。二灰稳定铁矿渣混合料基层上修筑水泥混凝土面层后进行 长期观测，无裂缝、板边高差、高程变化等问题出现。 ( 4 ) 经平山县兴通路桥建设有限公司及平山县公路桥梁开发部在工程中的 实际应用反映良好i 现在二灰稳定铁矿渣混合料基层在平山地方道路建设中( 村 村通工程) 得到了广泛的运用，并产生了巨大的经济和社会效益。 5 5 经济与社会效益评估 下面对比分析铁矿渣、碎石集料分别作为半刚性基层混合料骨料的经济造 价，将铁矿渣替代碎石集料作为半刚性基层混合料的骨料在国道2 0 7 线平山收 费路二期工程中应用，共节约资金4 3 5 3 万元，降低造价1 3 6 万元公里。具 体分析如下。 ，1 5 5 1 原材料单价 表5 - 2 原材料单价 材料单价 合计单价 材料名称供料地点7 运距( k m ) 运费( 元m 3 ) ( 元m 3 )( 元m 3 ) 1 - 3 c m 碎石平山 2 5 6 5o 4 6 5 1 5 = 3 96 4 矿渣下口1 短途运输 45 5 7 第5 章铁矿渣混合料的工程应用 注：表中单价为2 0 0 3 年平均水平。 5 5 2 工程造价对比分析 二灰稳定铁矿渣质量配合比为消石灰：粉煤灰：矿渣：0 5 - 1c l n 碎石= 7 ：9 ： 6 7 2 ：1 6 8 ，最大干密度为2 1 4 0 9 c m 3 。j 经试验测得铁矿渣松方干密度为1 6 4 0 k g m 3 ，碎石松方干密度取为1 4 5 4k g m 3 。每压实l m 3 石灰、粉煤灰稳定铁矿渣需用铁矿渣集料质量= 最大干密度 1 0 0 0 0 6 7 2 = 2 1 4 0 x1 0 0 0 0 6 7 2 = 1 4 3 8k g ，即需要0 8 7 7 m 3 铁矿渣；而用碎石 的话则需要0 9 8 9m 3 碎石。每压实1m 3 二灰稳定铁矿渣节约资金为：0 9 8 9 6 4 一o 8 7 7 x5 = 5 8 9 ( 元) 。 该工程基层总面积为4 6 1 8 6 0m 2 ，折合压实方为4 6 1 8 6 0 x 0 1 6 = 7 3 8 9 7 6 ( m 3 ) ， 共计节约资金为7 3 8 9 7 6 5 8 9 = 4 3 5 2 5 6 8 6 元。该工程全长为3 2 公里，每公里 降低造价为4 3 5 2 5 6 8 6 - - 3 2 = 1 3 6 万元。 5 5 3 社会效益预测 将铁矿渣应用于半刚性基层，废物利用，大大降低公路建设成本。二灰稳 定铁矿渣相对于二灰稳定碎石降低成本约5 0 。在铁矿石产地应用此项目减少了 环境污染，变废为宝，造福社会。 国道2 0 7 线平山收费路二期大修工程中共使用7 3 8 9 7 6 ( 压实方) 2 1 3 5 ( 最大干密度) 0 6 7 2 ( 配比) = 1 0 6 0 2 2 3 7 ( 吨) ，折合方量为1 0 6 0 2 2 3 7 - - 3 0 3 7 = 3 5 万m 3 铁矿渣。 随着我国经济的快速发展，交通、能源等基础设施发展迅猛。到2 0 0 4 年底， 我国公路总里程达1 8 5 6 万公里，其中新增4 6 万公里。根据交通部规划到2 0 1 0 年，全国公路总里程要达到2 1 0 - 2 3 0 万公里。新建道路需要大量的道路建筑材 料，以本地区为例，只是碎石厂就有二、三十家。开山劈石，破坏环境。如果 将铁矿石选矿后的弃渣( 铁矿渣) 安全、经济地用于道路工程上，实在是一件 一举数得的好事。可列举如下： ( 1 ) 由于本地区修路对建材的需求量远大于铁矿渣的生成量，因此可以解 决选矿企业的后顾之忧。 ( 2 ) 减少铁矿渣这一固体废弃物对选矿厂周围环境的污染，改善矿区周边 居民的生存环境。 5 8 第5 章铁矿渣混合料的工程应用 ( 3 ) 为公路与城市道路找到一种廉价而安全的建筑材料，以降低工程造价。 ( 4 ) 减少选矿企业因铁矿渣存放而占用的土地资源，既保护了耕地又减少 了企业的土地占用费、排污费、管理费等。 我国铁矿资源多为贫铁矿，各地选矿厂生产过程中产生大量铁矿渣。将铁 矿渣作为工程集料应用于道路工程不仅满足技术规范的各种要求，而且有效地 利用了工业废弃物，更好的保护了当地环境，节约建设投资，符合当今工程用 料的发展方向。该项目适宜在铁矿周边地区推广，地方道路里程长，资金短缺， 使用铁矿渣作为道路半刚性基层的骨料修建道路，既节约了资金又改善了当地 环境，具有很大的推广意义。 第六章结论与展望 第6 章结论与展望 6 1 结论 本文以铁矿石开采加工过程中产生的铁矿石弃渣为研究对象，通过室内试 验和试验路的铺筑，探讨将其作为道路工程用料的可能性，主要结论如下： ( 1 ) 进行了铁矿渣的矿物组成、化学成分及其稳定性的分析研究，对铁矿 渣的路用性能和力学性能进行了试验研究。试验研究结果表明，铁矿渣的各项 技术性能满足现行技术规范对道路工程集料性能的技术指标要求。 ( 2 ) 本文采用二灰材料作为铁矿渣的稳定材料，并将二灰稳定铁矿渣混合 料作为路面基层