一种高等级路面半刚性基层材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高等级路面半刚性基层材料及其制备方法。本发明专利技术充分利用铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石和铁尾矿砂，通过添加磷石膏、生石灰、水泥、粉煤灰、生物凝聚酶和聚丙烯纤维，给出各种材料的最佳配合比范围。将生石灰和磷石膏拌合闷料16小时后磨细，可以大幅度提高它们的活性，能激发铁尾矿和粉煤灰中的活性成分，加快火山灰反应的进行。对鞍山式、岩浆型、火山型、矽卡岩型四种典型铁尾矿进行稳定，均能满足高等级路面半刚性路面基层的要求。本发明专利技术的目的是解决铁尾矿大量堆积、减少砂石建筑材料开发，减少工业废渣磷石膏的大量堆积，充分利用工业废渣粉煤灰，可以大幅度减少筑路成本，对于实现循环经济，实现可持续发展具有重要意义。

A semi rigid base material for high grade pavement and its preparation method

The invention provides a semi rigid base material for high-grade pavement and a preparation method thereof. The invention makes full use of iron tailings, waste rock, tailings and waste rock crushing iron tailings, by adding phosphorus gypsum, lime, cement, fly ash, biological coagulation enzyme and polypropylene fiber, the best fit given various material ratio range. After mixing lime and phosphogypsum for 16 hours, the activity of activated lime and phosphogypsum can be greatly improved, the active components in iron tailings and fly ash can be excited, and the pozzolanic reaction can be accelerated. Four kinds of typical iron tailings, such as Anshan type, magmatic type, volcanic type and skarn type, are stable and meet the requirements of semi rigid pavement base of high grade pavement. The purpose of this invention is to solve the large accumulation of iron tailings, reduce sand building material development, reduce the accumulation of a large number of industrial waste phosphogypsum, make full use of industrial waste fly ash, can greatly reduce the cost of road construction, for the realization of circular economy, has important significance to realize the sustainable development.

【技术实现步骤摘要】
一种高等级路面半刚性基层材料及其制备方法
本专利技术涉及一种路面基层材料领域，具体是一种高等级路面半刚性基层材料及其制备方法。
技术介绍
铁尾矿是指选矿厂运用特殊生产工艺将矿石破碎、筛分、研磨、分级，选出有用金属后剩余的金属氧化物和多种矿物成分的固体复合物，我国主要采取堆存的方式处理尾矿，导致铁矿尾矿的堆存量迅速增加，现在尾矿堆存量已超过100亿吨，铁尾矿的大量堆存带来以下几个方面的问题：如占用大量土地、有害元素的流失、造成环境污染严重、建设维护尾矿库费用高、产生滑坡泥石流等安全问题，另一方面，我国公路建设需要消耗巨大的砂石量，导致砂石的过量开采，使得一些砂石的原材料产地环境急剧恶化。在公路建设中，路基工程所消耗的砂石量最为突出，若能找到合适的方法，将铁尾矿大量应用于路基工程建设中，既可以减少传统砂石建筑材料的过度开采，又可以消耗大量的铁尾矿，使铁尾矿变废为宝。目前，铁尾矿应用于路面基层的案例不多，且大部分都应用于低等级道路当中，专利CN106316287A公开了一种通过添加无机结合料和外加剂综合稳定铁尾矿废石路面基层的方法，但强度较低，只能满足规定的二级及二级以下公路的基层强度要求；期刊《低温建筑技术》2014年第1期《铁尾矿在道路中的应用研究》中在铁尾矿砂中加入石灰，当石灰掺量达30％以上可以满足二级或二级以下道路基层要求；专利CN102992713A公开了一种水泥与土壤固化剂综合稳定铁尾矿砂砾路面基层的方法，解决了铁尾矿带来的环境污染和砂石材料紧缺的问题，其中，路面基层材料中各原料配合比为：水泥：砂砾：铁尾矿砂：固化剂＝4：48：48：0.02，可以看出，其铁尾矿利用率并不高；专利CN104152148A公开了一种运用新型土壤固化剂综合稳定铁尾矿制备路面基层材料的方法，提高了铁尾矿的利用效率，但铁尾矿利用率仍在70％以下。而且铁矿尾矿的化学组成有它自身的特征：铁矿尾矿是铁矿石在经过特殊工艺选取铁精矿后所剩余的废渣，它是一种复杂的混合物矿物原料，化学构成复杂，不同地区的铁尾矿矿物组成差距巨大。表一是我国典型地区的铁尾矿化学组成：表一典型铁尾矿化学组成我国每年磷石膏的产量高达几千万吨，目前，只有少量磷石膏被回收利用，大批量磷石膏的堆放占用了土地，还有害于自然环境，磷石膏中的CaSO4·2H2O可与石灰中的Ca(OH)2共同激发尾矿和粉煤灰中的活性氧化硅和氧化铝，加快火山灰反应。以往公开的利用铁尾矿制备基层材料只是掺加了部分铁尾矿，铁尾矿利用率不高。本专利公开一种大量利用铁尾矿废石和铁尾矿砂制备高等级路面半刚性基层材料方法，最大限度地发挥铁尾矿利用效益，而且过去公开的综合稳定铁尾矿的方法只适用于稳定某一类型或某一地区的铁尾矿，适用范围有限。本专利公布的方法对大部分地区的典型铁尾矿均能综合稳定并取得优良性能，除此之外，本专利还充分利用了工业废渣磷石膏，对于解决磷石膏大量堆积、占用土地、污染环境的问题具有重要意义。只有这样，才能更好更快地发展矿山循环经济、实现节能减排目标、促进可持续发展、提高环境效益与经济效益。石灰、水泥可与活性氧化硅和氧化铝发生火山灰反应生成水硬性胶凝物质，但此反应过程非常缓慢，导致早期强度生长缓慢，加入碱或碱性金属盐可以激发火山灰反应，但其用量大、成本高、且强碱对施工设备腐蚀性较大。另一方面，磷石膏是磷矿石提取磷后排放出的工业废渣，磷石膏中85～90％以上为二水石膏，我国每年磷石膏的产量高达几千万吨，目前，只有少量磷石膏被回收利用，大规模磷石膏的堆放占用了土地，还加剧了环境污染。表二为某地磷石膏化学组成：表二磷石膏化学组成磷石膏中的CaSO4·2H2O可与石灰中的Ca(OH)2共同激发尾矿和粉煤灰中的活性氧化硅和氧化铝，促进火山灰反应的快速进行，因此，把磷石膏用于基层材料的制备，既解决了磷石膏大量堆放带来的一系列问题，又能提高基层性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种高等级路面半刚性基层材料及其制备方法，大量利用铁尾矿废石和铁尾矿砂制备高等级路面半刚性基层材料并利用工业废渣磷石膏、其他无机结合料和外加剂对其综合稳定的方法，使得高等级路面基层能够最大限度地利用铁尾矿，同时消耗其他工业废渣，使其满足各项力学性能和高等级路面半刚性基层各项技术指标的要求。从而解决铁尾矿堆积带来的严重环境问题以及砂石材料过度开采问题，大大降低道路建设成本。对于发展矿山循环经济、实现节减排目标、促进可持续发展具有重要意义。由于铁尾矿废石粒径较大，粒径分布范围为4.75mm～31.5mm，铁尾矿砂粒径多在0.6mm，可以将铁尾矿废石破碎到一定程度，混合部分铁尾矿和铁尾矿砂制成矿料以满足级配要求(颗粒组成范围见表三)，并与水泥、生石灰、粉煤灰、磷石膏、聚丙烯纤维及外加剂一起形成复合固结材料。表三颗粒组成范围本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高等级路面半刚性基层材料，包括水泥、粉煤灰、生石灰、磷石膏、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂、外加剂，水泥用量1～8％、石灰用量3.5～18％、粉煤灰用量5～25％、磷石膏用量3％～18％、铁尾矿废石和破碎铁尾矿废石用量各为30％～40％、铁尾矿砂用量3％～18％、外加剂为生物凝聚酶为混合料总质量的1.2％～2.8％，聚丙烯纤维掺量为0.9～1.5kg/m3。一种高等级路面半刚性基层材料制备方法，其步骤如下：(1)生石灰与磷石膏混合研磨；(2)生石灰与磷石膏粉末后得到的混合磨细料和粉煤灰、生物凝聚酶、铁尾矿废石和破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂按质量比混合均匀；(3)后加入水泥和聚丙烯纤维充分拌合。进一步的，将生石灰和磷石膏拌合闷料后磨细、按比例加入粉煤灰、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂、生物凝聚酶，再加入水泥和聚丙烯纤维制成混合料，其中，粉煤灰5％、生石灰8％、磷石膏10％、铁尾矿废石37％、破碎铁尾矿废石30％、铁尾矿砂5.2％和水泥用量4.8％；生物凝聚酶占混合料总量2％，聚丙烯纤维1.3kg/m3。进一步的，将生石灰和磷石膏拌合闷料后磨细备用、加入粉煤灰、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂、生物凝聚酶并混合均匀，再加入水泥和聚丙烯纤维制成混合料，其中，粉煤灰7％、生石灰9％、磷石膏8.8％、铁尾矿废石35％、破碎铁尾矿废石33％、铁尾矿砂3％和水泥用量4.2％；生物凝聚酶占混合料总量2％、聚丙烯纤维1.5kg/m3。进一步的，将生石灰和磷石膏拌合闷料后磨细、加入粉煤灰、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂、生物凝聚酶，按照比例混合均匀，再加入水泥和聚丙烯纤维制成混合料，其中，粉煤灰7％、生石灰8％、磷石膏11％、铁尾矿废石33.5％、破碎铁尾矿废石33％、铁尾矿砂3％和水泥用量4.5％；生物凝聚酶占混合料总量2％、聚丙烯纤维1.3kg/m3。进一步的，将生石灰和磷石膏拌合闷料16小时后磨细、加入粉煤灰、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂、生物凝聚酶并按照比例混合均匀，再加入水泥和聚丙烯纤维制成混合料，其中，粉煤灰7.2％、生石灰10％、磷石膏9％、铁尾矿废石31％、破碎铁尾矿废石34％、铁尾矿砂3％和水泥用量5.8％；生物凝聚酶占混合料总量2％、聚丙烯纤维1.3kg/m3。本专利技术的有益效果是：通过采用本专利技术的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高等级路面半刚性基层材料，包括水泥、粉煤灰、生石灰、磷石膏、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂和外加剂，其特征在于，水泥用量1～8％、生石灰用量3.5～18％、粉煤灰用量5～25％、磷石膏用量3％～18％、铁尾矿废石和破碎铁尾矿废石用量各30％～40％、铁尾矿砂用量3％～18％制成混合料，外加剂为生物凝聚酶和聚丙烯纤维，生物凝聚酶占混合料总质量的1.2％～2.8％，聚丙烯纤维掺量为0.9～1.5kg/m

【技术特征摘要】
1.一种高等级路面半刚性基层材料，包括水泥、粉煤灰、生石灰、磷石膏、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂和外加剂，其特征在于，水泥用量1～8％、生石灰用量3.5～18％、粉煤灰用量5～25％、磷石膏用量3％～18％、铁尾矿废石和破碎铁尾矿废石用量各30％～40％、铁尾矿砂用量3％～18％制成混合料，外加剂为生物凝聚酶和聚丙烯纤维，生物凝聚酶占混合料总质量的1.2％～2.8％，聚丙烯纤维掺量为0.9～1.5kg/m3混合料。2.一种高等级路面半刚性基层材料制备方法，其步骤如下：(1)生石灰与磷石膏混合研磨；(2)生石灰与磷石膏粉末后得到的混合磨细料和粉煤灰、生物凝聚酶、铁尾矿废石和破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂按质量比混合均匀；(3)后加入水泥和聚丙烯纤维充分拌合。3.根据权利要求2所述的高等级路面半刚性基层材料制备方法，其特征在于，将生石灰和磷石膏拌合闷料后磨细、按比例加入粉煤灰、铁尾矿废石、破碎铁尾矿废石、铁尾矿砂、生物凝聚酶，再加入水泥和聚丙烯纤维制成混合料，其中，粉煤灰5％、生石灰8％、磷石膏10％、铁尾矿废石37％、破碎铁尾矿废石30％、铁尾矿砂5.2％和水泥用量4.8％；生物凝聚酶占混合料总量2％，聚丙烯纤维1.3kg/m3。4.根据权利要求2所述的高等级路面半刚性基层材料制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：董泽蛟，田知文，杨晨，李新凯，郗凤明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23