水泥摻量對不同壓實度下水泥改良鐵尾礦干縮性能影響的試驗研究

2020-04-29 12:26:52張會芳白啟敬張海東

河北建筑工程學院學報 2020年4期

趙飛張會芳李凱白啟敬張海東

(河北建筑工程學院，河北張家口 075000)

0 引言

隨著我國工業的迅速發展，越來越多的工業廢棄物也隨之而來，鐵尾礦就是其中之一.鐵尾礦是在開采鐵礦石時，分選出鐵精礦之后剩余的廢棄物，隨著工業對鐵礦石需求量的日益增大，鐵尾礦的產出量也是十分巨大的.一直以來，由于受限于技術，鐵尾礦無法被回收利用，它的處理辦法一般就是堆放、填埋，這樣不僅會污染環境，還會占用大量的土地資源.

鐵尾礦是選礦廠在特定經濟技術條件下，將礦石磨細、選取“有用組分”后所排放的廢棄物，也就是礦石經選出精礦后剩余的固體廢棄物.它是一種復合礦物原料，除了含有少量金屬組分外，其主要礦物組分是脈石礦物，如石英、輝石、長石、石榴石，角閃石及其蝕變礦物：其化學成分主要以鐵、硅、鎂、鈣、鋁的氧化物為主，并伴有少量的磷，硫等[1].國內外學者對鐵尾礦的在公路工程中的應用開展了大量研究，美國的明尼蘇達州的高速公路采用鐵尾礦作為路基填料取得了很好的效果[3].孫吉書[4]、楊青[5]等分別對固化劑改良鐵尾礦的路用性能進行研究，結果表明固化劑改良鐵尾礦的強度和耐久性能取得了良好的效果.陳世忠、時正武等研究結果表明：將一定比例的鐵尾礦、砂礫進行混合，并用水泥與土壤固化劑綜合穩定后應用于各級公路的底基層和低等級公路基層是可行的，這為水泥與土壤固化劑綜合穩定鐵尾礦砂混合料提供了理論依據[6].

上述研究成果中主要是對固化劑改良鐵尾礦的路用性能的研究，未針對固化劑改良鐵尾礦在道路中應用后出現的裂縫開裂等道路病害進行預測和防治.因此本文基于室內試驗，通過采用水泥對鐵尾礦進行改良，研究水泥改良鐵尾礦在不同摻量以及不同壓實度條件下的干縮性能.

1 試驗簡介

1.1 試驗材料

1.1.1 水泥

本試驗采用宣化金隅水泥有限公司生產的強度等級為42.5的普通硅酸水泥.通過試驗測得其技術指標數據見表1-1.

表1-1 P·O42.5水泥技術指標

1.1.2 鐵尾礦

本試驗采用張家口宣化地區的鐵尾礦，其主要礦物組分是脈石礦物，主要包括石英、輝石、長石、石榴石，角閃石及其蝕變礦物，其化學成分主要以鐵、硅、鎂、鈣、鋁的氧化物為主，并伴有少量的磷，硫等.

表1-2 鐵尾礦化學成分分析結果

表1-3 鐵尾礦顆粒組成

1.2 試驗方案設計

1.2.1 試驗目的

公路路面破壞的主要原因之一是由于半剛性基層干縮形成的裂縫導致的，因此，本文主要研究試件成型不同壓實度下對于固化劑改良鐵尾礦干縮性能的影響，以期為公路工程施工提供理論指導.

1.2.2 試驗器材

本試驗所需儀器設備主要有：微機控制壓力試驗機、標準養護室、電子天平、收縮儀等.

1.2.3 試驗內容及方案

本試驗采用水泥的摻量分別為6%、10%、14%、18%，壓實度分別采用93%、95%、97%.根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)的標準制備試件，尺寸為50mm×50mm×200mm.制作試件時，先把配好的料裝入試模，在壓力試驗機上穩壓2分鐘，之后在自然環境中靜置2小時后脫模并用塑料膜包裹后放入標準養護室中養護.養護完成后取出試件并擦干表面測量長度并稱取質量，將試件固定于收縮儀后置于低濕養護室.每組做三個試件用于測定干縮性能指標.

干縮性能指標主要用干縮應變和平均干縮系數表示，公式如下：

式中：εd——干縮應變，×10-6；

δd——試件收縮量，mm；

l——標準試件長度，mm；

αd——干縮系數，×10-6；

Δω——失水率，%；

式中：Δm——試件的質量損失，g；

mp——試件烘干后的質量，g.