鐵尾礦瀝青路面路用性能進行研究

于博西 劉寶民 查雨彤 何航鵬

摘 要：尾礦的大量堆存不僅會對環境造成污染還需花費一定的維護費用。因此，鐵尾礦的合理開發利用成為亟待解決的問題。本文主要對鐵尾礦在瀝青路面中的應用進行歸納總結，通過對國內外鐵尾礦在瀝青路面中的性能應用對比分析，研究鐵尾礦代替傳統細集料的可行性，總結出可以通過改變瀝青級配以及改變混合料種類來優化與提升瀝青路面路用性能。

關鍵詞：鐵尾礦;瀝青路面;路用性能

0 引言

在交通強國的號召下，我國的道路交通高速發展，具有振動小、養護維修簡便、耐磨等優點的瀝青路面，成為城市道路與公路路面材料的首選。而在道路建設中，需大量碎石、砂礫等天然材料作為集料，既破壞了自然資源，也打擊了生態系統，道路建設也正在面臨著供需不平衡以及價格居高不下的窘境。

截止2018年我國尾礦總產生量約為12.11億t，其中鐵尾礦產生量最大，約為4.76億t，占尾礦總產生量的39.31%[1]，但綜合利用率僅為27.0%。因此，鐵尾礦的綜合利用研究也應運而生，將鐵尾礦應用于道路工程中，不僅能夠降低鐵尾礦儲存以及維護費用，還能有效地節約土地，并對生態環境起到有效的保護作用。

近年來一些學者對鐵尾礦在道路工程中的應用進行了研究和分析，取得了一些進展。張鐵志等[2]采用摻加聚丙稀纖維的水泥穩定鐵尾礦用于水穩碎石，研究鐵尾礦砂代替傳統細集料的可行性。

1 鐵尾礦在國外瀝青路面中的研究

在國外，對于鐵尾礦的綜合利用起步較早，隨著歐美等國家工業化進程加快，鐵尾礦堆存量也相當巨大。早在上個世紀七十年代，很多公司就采用了一系列的方法進行回收利用。例如美國的Sivas-Divrigi、Sunrise等選礦廠。因此，國外對于鐵尾礦的治理和應用也較早，并為其制定了一系列相關的法律法規[3]。國外對于鐵尾礦，在道路工程等領域的應用也取得了明顯的成效。

巴西通過使用X射線衍射（XRD）的粒度分布，比重和礦物組成來表征IOT，并將其代替沙子。美國針對鐵尾礦自身的硬度、韌性、抗拉強度和耐久性等各項性質進行了大量的研究，系統分析后得出鐵尾礦可用作道路材料的結論。前人研究的水熱結合工藝應用于尾礦團聚體的試驗，強度結果表明其足以使尾礦球團用作瀝青和水泥的集料材料。未來極大可能還會有更多的應用，包括回收更有價值的材料，并將其用作凝聚的路基材料、建筑地基的回填土以及水泥中的沙子和石灰的替代物。

2 鐵尾礦在國內瀝青路面中的研究

相對而言，我國針對鐵尾礦的研究較國外起步較晚。但通過學者的不斷努力，國內針對鐵尾礦在路面中的應用有了較多的研究并取得了一定的進展。

王緒旺[4]等人為探究鐵尾礦是否可以大規模應用到道路上作為道路用料，以商洛典型鐵尾礦砂為試驗材料，對其礦物組成成分、放射性、有害物質含量、泥土石粉含量、砂當量、顆粒級配等進行了系統的試驗研究，結果表明，進行大規模化利用鐵尾礦砂時應嚴格控制硫酸鹽指標，優化級配后可作為環保型道路工程材料。

哈爾濱工業大學的田知文[5]研究了對于瀝青混合料中摻加鐵尾礦這一材料的各項性能，并對比消石灰和硅烷偶聯劑兩種改善方法對鐵尾礦石瀝青混合料路用性能的改善效果，得出兩種改善措施均有積極效果的結論，并且摻加消石灰對該料高溫穩定性有明顯的提升效果，摻加硅烷偶聯劑對該料的低溫抗裂性能提升效果較好。

邵彩[6]研究了加入鐵尾礦砂的瀝青混合料的各項性能，對比分析出鐵尾礦砂瀝青混合料和石灰巖瀝青混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能以及水穩定性，從而得出結論：鐵尾礦砂能夠在保證瀝青混合料具有較高的路用性能的前提下，實現資源二次利用。

劉春生、吳進[7]兩人以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、礦粉作為礦質原材料，進行試驗研究，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，為鐵尾礦應用于道路工程作為道路材料提供了有益參考。

以上均是鐵尾礦代替傳統集料的研究，一是改變瀝青級配，二是改變混合料種類，試驗的加持表明摻加鐵尾礦的瀝青混合料各項性能均滿足規范要求，為今后普及鐵尾礦瀝青路面奠定了前期的試驗基礎。

3 鐵尾礦瀝青路面中的分析

鐵尾礦是一種儲量豐富的建筑材料，主要成分是Fe、Al、Si及其復合物，通過學者、專家的研究，作為路面材料時可以與固化劑發生化學反應生成膠結物，結構穩定，強度大，抗水性能優良，與傳統路面材料相比具有優秀的抗車轍性、耐久性和較大的摩擦系數，不容易開裂。

在鐵尾礦研究中，蘭州交通大學張智豪[8]等人選用來自巴西米納斯吉拉斯州的尾礦材料進行試驗，選用水泥、石灰和鋼渣三種無機結合料，得到水泥改良后的鐵尾礦性能最佳，各項指標均滿足道路基層材料的要求的結果。徐帥[9]等人選用來自遼陽市弓長嶺地區的鐵尾礦砂，實驗選擇水泥5%，鐵尾礦：碎石=2：3組成混合料，抗壓強度代表制為3.98 MPa時，能滿足規范要求，建筑成本極低，具有顯著的經濟效益。

為探究多個影響路面強度敏感性的相關指標的權重值。楊青[10]通過在鐵尾礦中加入石灰、水泥等固化劑對鐵尾礦進行改良試驗研究，結果表明這兩種固化劑改良的鐵尾礦滿足相關規范要求。時彥寧[11]總結了鐵尾礦瀝青混合料的體積設計方法，并利用該方法對于混合料組分進行了設計，實踐檢驗證明該理論的合理性。

4 結語

通過國內外學者對鐵尾礦的研究發現，不同地區的鐵尾礦含量成分以及比例不同。應用到道路工程中，需對鐵尾礦進行分析，并結合當地的要求以及環境影響進行測試，找到最優級配。同時，可以加入適量的石屑、礦粉、聚丙烯纖維等物質，運用控制變量法使鐵尾礦無論當作粗、細集料都可以很好的發揮性質，從而環保利廢，并代替現有的高成本材料。

參考文獻：

[1]曾雅鈺瓊，潘建平，楊秀英，等.鐵尾礦在道路基層材料中的應用研究進展[J].應用化工，2018，47（2）：358-364.

[2] 張鐵志，于巍，朱峰，等.加筋鐵尾礦用于道路基層的試驗研究[J].遼寧科技大學學報，2010，33（1）：29-31.

[3]劉愛平，曹苗佳，張雄濤.鐵尾礦規模化利用研究現狀及其利用途徑[J].中國金屬通報，2019（11）：279-280.

[4]王緒旺，張豪.基于環境安全應用的鐵尾礦砂路用適應性研究[J].商洛學院學報，2020，34（2）：29-32.

[5]田知文.鐵尾礦瀝青混合料性能評價及改善措施研究[D].哈爾濱工業大學，2018.

[6]邵彩.福建地區鐵尾礦砂瀝青混凝土路用性能研究[J].福建交通科技，2020（2）：46-50.

[7]劉春生，吳進.摻鐵尾礦砂的三種典型瀝青混合料路用性能試驗研究[J].科技風，2018（24）：92-93.

[8]張智豪，李波，李鵬，等.改良鐵尾礦用于道路基層材料的研究[J].中外公路，2018，38（3）：274-278.

[9]徐帥.鐵尾礦替代部分石料節省道路工程造價試驗研究[J].現代商貿工業，2015，36（24）：127-128.

[10]楊青.無機結合料穩定鐵尾礦砂的路用性能研究[D].大連理工大學，2008.

[11]時彥寧.鐵尾礦砂在瀝青混合料中的應用研究[D].大連理工大學，2015.