摻鐵尾礦砂的三種典型瀝青混合料路用性能試驗研究

劉春生 吳進

摘 要：隨著鋼鐵工業的快速發展，鐵尾礦砂作為一種選礦后的工業固體廢棄物急需進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改性瀝青作為膠結料，以碎石、石屑、鐵尾礦砂、礦粉為礦質原材料，對三種類型的瀝青混合料基本性能進行了試驗研究。結果表明，以90#道路石油瀝青及SBS改性瀝青為膠結料的摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料各項性能指標均能滿足規范要求，是鐵尾礦砂再生利用的有益探索。

關鍵詞：鐵尾礦砂；瀝青混合料；路用性能；試驗研究

1 概述

隨著社會經濟的高速發展及人民日益增長的美好生活需要，人們對生產生活中離不開的道路的要求也越來越高，追求“暢、安、舒、美”的行車環境，這給道路建設帶來了前所未有的發展機遇。但是道路建設必須消耗大量的建筑材料，不可避免的會產生資源的浪費，所以資源的優化利用也是道路工程建設發展的目標之一。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？尾礦是指選礦廠進行礦石的破碎、篩分、研磨、重選等工藝流程，在分選作業的產物中有用目標組分含量較低而無法用于生產的部分。鐵尾礦是鐵礦生產過程中產生的尾礦，堆存的鐵尾礦量高達十幾億噸。鐵尾礦的出現引來了多方面的問題：如造成了嚴重的環境污染，將尾礦丟棄需要占領大量土地，需要投入大量的處理和維護費用，給生態環境帶來嚴重的損害，安全問題不容易把控、鐵尾礦中含有的元素流失嚴重等。[1-2]

而在公路和城市道路工程建設中，目前只能使用碎石和天然砂礫，不但價格昂貴，而且開采及加工過程中還會破壞并污染自然環境。如將存量巨大的的鐵尾礦砂經過特殊處理，應用于道路工程建設中，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。鐵尾礦砂主份為二氧化硅，細度好，不用加工，使用方便，并且價格比較便宜，降低成本、有利于環保，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

試驗所用的鐵尾礦砂取自鞍鋼眼前山鐵礦，樣品中SiO2的含量達到78.91%，屬于高硅型鐵尾礦，密度為2.805g/cm3。按照相關規范的要求，以篩分試驗測定鐵尾礦砂顆粒級配，鐵尾礦砂的細度模數按公式（1）計算，精確至0.01。

由公式（1）計算得到鐵尾礦砂的細度模數為0.83，按砂的分類歸屬于特細砂。

2.2 集料性質

試驗所用的各種規格集料取自大石橋石場，經檢測，各項指標均滿足相關規范要求。

2.2.1粗集料質量技術指標

（1）石料壓碎值（%），實驗結果=（22.3）

（2）洛杉磯磨耗損失（%），實驗結果=（3.4）

（3）表觀相對密度（g/cm3），實驗結果=（2.753）

（4）吸水率（%），實驗結果=（0.459）

（5）堅固性（%），實驗結果=（良好）

（6）水洗法<0.075mm顆粒含量，實驗結果=（0.01）

（7）針片裝顆粒含量，實驗結果=（8.4）

2.2.2細集料質量技術指標

（1）表觀相對密度（g/cm3），實驗結果=（2.727）

（2）堅固性（>0.3mm部分）（%），實驗結果=（良好）

（3）含泥量（<0.075mm的含量）（%），實驗結果=（0.13）

（4）砂當量（%），實驗結果=（68.6）

2.2.3礦粉質量技術指標

（1）表觀相對密度（g/cm3），實驗結果=（2.654）

（2）外觀，實驗結果=（無）

（3）含水量（%），實驗結果=（0.5）

（4）粒度范圍<0.6mm（%），實驗結果=（100）

<0.15mm（%），實驗結果=（95）

<0.075mm（%），實驗結果=（88.1）

（5）親水系數，實驗結果=（0.7）

2.2.4 石屑質量技術指標

（1）表觀相對密度（g/cm3），實驗結果=（2.751）

（2）外觀，實驗結果=（無）

（3）含泥量（<0.075mm的含量）（%），實驗結果=（0.82）

2.3 瀝青性質

試驗所用瀝青為撫順市公路瀝青廠生產的AH-90#級道路石油瀝青和SBS改性瀝青。

2.3.1 90#道路石油瀝青的試驗結果

（1）針入度（25℃，5s，100g）/0.1mm，實驗結果=（90）

（2）軟化點（R&B）/（℃），實驗結果=（46）

（3）延度（10℃，5cm/min，）/（cm），實驗結果=（47）

（4）閃點/（℃），實驗結果=（251）

（5）密度（15℃）/（g/cm3），實驗結果=（1.0127）

2.3.2 SBS改性瀝青的試驗結果

（1）針入度（25℃，5s，100g）/0.1mm，實驗結果=（69）

（2）軟化點（R&B）/（℃），實驗結果=（57）

（3）延度（5℃，5cm/min，）/（cm），實驗結果=（32）

（4）閃點/（℃），實驗結果=（280）

（5）密度（15℃）/（g/cm3），實驗結果=（1.035）

（6）溶解度/（%），實驗結果=（99.8）

2.4 礦料級配組成

本研究首先對各種石料、鐵尾礦砂及礦粉進行篩分試驗，然后進行級配組成設計。AC-10級配設計曲線見圖1；AC-20級配設計曲線見圖2；AC-25的級配設計曲線見圖3。

3 最佳瀝青用量

本研究選用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五種油石比進行馬歇爾試驗測試與計算，確定了AC-10、AC-20、AC-25的最佳油石比，結果見表1。

4 路用性能試驗

4.1 最佳油石比馬歇爾試驗

在最佳油石比情況下，分別對采用不同瀝青的各級配類型的混合料進行了馬歇爾試驗。試驗結果表明，若能將瀝青混合料的空隙率控制在3%-4%左右，則瀝青混合料對路用性能會發揮最大的作用，而且穩定性和耐久性都比較好。從此次試驗的結果可以發現，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 馬歇爾穩定度試驗

本研究采用了馬歇爾穩定度試驗來評價摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料的高溫穩定性。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結果見表2及表3。從結果可以看出，高溫穩定性能良好，穩定度達到規范要求的最小值的1.5-1.8倍，流值也能滿足高等級公路的使用要求。

4.3 水穩定性試驗

采用浸水馬歇爾試驗來考察摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料的水穩定性。采用該試驗的結果可以計算出摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料的殘留穩定度，水穩定性正是通過這一指標來評價，殘留穩定度越大的水穩定性越好。摻加鐵尾礦砂的瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果見表4及表5。

5 結論

通過以上試驗研究可得出結論，利用90#道路石油瀝青及SBS改性瀝青作為膠結料，鐵尾礦砂完全可以作為細集料摻加到瀝青混合料中，鐵尾礦砂瀝青混合料的高溫、水穩定性均能滿足規范要求，尤其是其高溫穩定性良好，穩定度均達到規范要求的最低值的1.5-1.8倍，遠遠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用于道路工程建設，不僅能減少因鐵尾礦砂帶來的環境問題，而且可以減少石料的使用，節約資源，提升道路質量，更能帶來顯著的社會和經濟效益。

參考文獻：

[1]王琰.機結合料穩定鐵尾礦砂的疲勞及凍融循環特性的試驗研究[D].大連：大連理工大學，2009.

[2]王運敏，常前發.當前我國鐵礦尾礦的資源狀況利用現狀及工作方向[J].金屬礦山，1999，271（1）：1-6.

[3]張杰.礦產資源的立體開發與綜合利用[J].國外金屬礦山，2001，4：55-58.

[4]劉永光，王曉雷.鐵尾礦資源化綜合利用的發展[J].現代礦業，2010，2（2）：28-30.

[5]金明水.鞍山地區鐵尾礦綜合利用現狀及設想[J].有色礦冶，2006，22（3）：22-23.

[6]高維越，李景華.我國尾礦再生資源綜合利用淺析[J].礦產綜合利用，1994，4：42-43.