尾礦砂在道路工程中的應(yīng)用

尾礦砂在道路工程中的應(yīng)用

廢物砂是通過球磨機的加工和磁洗而成的產(chǎn)物。級設(shè)備通常相對均勻。主要在0.3.0.75mm之間，平均粒度為0.2mm。尾礦砂的主要化學成份是Fe2O3、Al2O3、FeO2等氧化物和SiO2長石、輝石類。尾礦砂中含有大量的活性鐵、鈣等物質(zhì)。因此,通過選擇合適的穩(wěn)定類材料(或材料組合)激活鐵、鈣等化學成分,可有效提高尾礦砂混合料的強度。鐵礦磁選后的尾礦砂一般作為廢料排放,不僅侵占良田、河道,而且一旦受自然天氣影響,會對周圍的環(huán)境造成嚴重污染,并存在一定的安全隱患,目前我國發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有150多種,已開發(fā)建立了8000多座礦山。冶金礦山企業(yè)每生產(chǎn)1t鐵精礦,產(chǎn)生約2t尾礦廢棄物,其中堆存的鐵尾礦量占全部尾礦堆存總量的近1/3。據(jù)據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,我國年產(chǎn)尾礦砂約4億t,在國外發(fā)達國家尾礦利用率高達60%左右,而目前國內(nèi)尾礦利用率僅為7%。道路工程對尾礦砂的消耗量較大,因此,大力推廣尾礦砂的道路工程應(yīng)用對于尾礦的廢物再利用、實現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著很重要的意義。1尾礦砂路用性能在最近的幾年里,國內(nèi)多家單位及高校針對尾礦砂的路用性能進行了研究,并取得了顯著成果,為尾礦砂的成功應(yīng)用奠定了堅實的理論基礎(chǔ),并且各個試點路段現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)均能達到規(guī)范要求,至今使用狀況良好。1.1路面結(jié)構(gòu)工程野興公路施工中對尾礦砂進行了工程應(yīng)用試驗研究,采用石灰、粉煤灰穩(wěn)定尾礦砂做18cm路面基層試驗段。野興公路設(shè)計等級為平原微丘區(qū)二級公路,路基寬度為9～12m,路面寬度為8.4m,兩側(cè)各設(shè)0.2m水泥混凝土路緣石和0.3m護坡道,路面結(jié)構(gòu)設(shè)計為20cm石灰穩(wěn)定土底基層+16cm二灰碎石基層+5cm粗粒式瀝青混凝土下面層+3cm中粒式瀝青混凝土上面層。穩(wěn)定材料選用當?shù)厣a(chǎn)的水泥、石灰、粉煤灰及早強劑。依據(jù)野興公路設(shè)計等級及周圍尾礦砂生產(chǎn)情況,針對野興公路路面結(jié)構(gòu)分別鋪筑3種不同無機結(jié)合料穩(wěn)定尾礦砂的試驗段:(1)石灰、粉煤灰穩(wěn)定尾礦砂基層試驗段:配合比為,石灰∶粉煤灰∶尾礦砂=5∶15∶80。(2)水泥穩(wěn)定尾礦砂基層試驗段:配合比為,水泥∶尾礦砂=6∶94。(3)石灰、粉煤灰、尾礦砂加固化劑穩(wěn)定混合料作基層試驗段:配合比為,石灰∶粉煤灰∶尾礦砂加固化劑=7∶14∶79。施工中結(jié)構(gòu)成型過程正常、無松散,無沉降現(xiàn)象,經(jīng)檢測強度均達到設(shè)計及規(guī)范要求,如表1所示。通過幾年的通車檢驗和現(xiàn)場觀察,尾礦砂基層路面整體狀況較好,外觀質(zhì)量符合要求,路面無車轍、擁包等病害,僅部分路段出現(xiàn)少量裂縫。從以上結(jié)果可以看出,無機材料穩(wěn)定尾礦砂作為農(nóng)村公路路面基層和高等級公路路面底基層,其各項指標均能達到規(guī)范要求,技術(shù)上具有推廣性。1.2研究施工結(jié)果平青樂線起點為冀蒙界北五十家子村北,終點為平鐵公路的起點,路線全長39.083km。道路等級為二級公路,路面寬11.4m。省道平青樂線改建工程采用水泥穩(wěn)定尾礦砂碎石集料基層,所用集料配比為,10～31.5mm碎石∶5～10mm碎石∶尾礦砂=42.9∶17.4∶39.7,水泥含量為5.0%。施工中壓路機碾壓充分、密實,確保97%的壓實度,并及時灑水養(yǎng)生。7天養(yǎng)生期后,鉆芯取樣得到的芯樣,芯樣高度為20cm,無斷裂、結(jié)合密實。7天無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果如表2。均符合設(shè)計要求。由此可以看出,尾礦砂可以作為添加材料用于路面基層。1.3尾礦砂在低等級道路瀝青路面應(yīng)用可行性老寬線位于建平縣內(nèi),是一條二級省級公路。根據(jù)2007年4月5日省局現(xiàn)場辦公會議精神,老寬線K40+479～K47+959段進行大修。為驗證鐵尾礦砂在低等級道路中應(yīng)用的可行性,在該路上選擇一段100m和一段170m填方處做實驗段。經(jīng)檢測老寬段試驗路得7天無側(cè)限抗壓強度、土基的綜合回彈模量及彎沉值,均能達到規(guī)范要求,道路至今運行狀況良好。尾礦砂的道路應(yīng)用并不僅僅局限于道路的基層,室內(nèi)試驗研究表明尾礦砂在低等級道路瀝青路面面層的應(yīng)用同樣也取得很好的效果,這有待于進一步研究。國內(nèi)在尾礦砂道路應(yīng)用方面的成功經(jīng)驗還有很多,這些成功經(jīng)驗為尾礦砂的大力推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2尾礦砂處理能力分析尾礦砂的應(yīng)用帶來的經(jīng)濟效益主要包括兩方面:第一尾礦砂的應(yīng)用減少了礦方處理尾礦砂的投資;第二尾礦砂替代其他集料應(yīng)用于道路建設(shè)降低了道路建設(shè)成本。以河北省某尾礦庫為例,詳細分析尾礦砂的處理成本。該尾礦庫估算總投資為2270.55萬元,其中:工程費用為1836.0萬元;其他費用為162.08萬元;預(yù)備費為272.47萬元。該尾礦庫的有效庫容為5724.09萬m3,堆積密度按1.87kg/m3計,該庫堆存尾礦砂量約為1億t。所以每使用1t尾礦砂可以為礦方節(jié)約廢料處理費2270.55×104/1×108≈0.23元。以野興公路為例進行成本分析:因為二灰碎石、石灰粉煤灰及水泥穩(wěn)定尾礦砂的攤鋪、碾壓程序基本相同,故在此只考慮材料價格變化。2.1材料的成本見表32.2計算混合混合材料的不同配合比(1)骨二甲酯混合料的比例為5:10085，每噸混合材料的成本為白灰310×5%+粉煤灰28×10%+碎石26×85%=40.4元/t(2)石灰和碳灰粉穩(wěn)定尾礦砂的基本試驗單元比例為5.18。80，每噸混合材料的成本為石灰310×5%+粉煤灰28×15%+尾礦砂0×80%=19.7元/t(3)水泥固定尾礦砂試驗的組成為6.94，每噸混合材料的成本為6.94水泥315×6%+尾礦砂0×94%=18.9元。(4)水泥穩(wěn)定粉的配合比為6.94，每噸混合材料的成本為水泥315×6%+碎石26×94%=43.34元/t。(5)石灰、粉煤灰和含砂泥漿的穩(wěn)定基礎(chǔ)比為7.14.79，固結(jié)量低，暫時不包括價格石灰310×7%+粉煤灰28×14%+尾礦砂0×79%=25.62元/t比較如表4。2.3直接經(jīng)濟效益分析野興公路北段大修工程全長12.66km,路基寬度9.6～16m,路面底基層為2×16cm石灰土。工程部根據(jù)2001年度石灰穩(wěn)定尾礦砂的成功經(jīng)驗,決定在野興線北段底基層施工中,全部使用石灰穩(wěn)定尾礦砂作底基層。施工自2002年4月18日開始至6月19日結(jié)束,共完成底基層247596m2,較原計劃提前近1個月。按照2010年建材價格進行施工成本分析,該項目所創(chuàng)直接經(jīng)濟效益為(247596m2×0.32m×1.87kg/m3×0.8×40.4元/t-47596m2×0.32m×1.87kg/m3×0.8×19.7元/t)2453553.55元,同時還為礦方節(jié)省了(247596m2×0.32m×1.87kg/m3×0.8×0.23元/t)27261.70元的尾礦處理費用。節(jié)約土地(247.596m2×0.32畝/km2)79.2畝,工期提前1個月,經(jīng)濟效益和社會效益均非常顯著。2.4尾礦砂的危害尾礦砂對社會造成的危害非常大,首先尾礦堆存需要占用大量土地。截至2005年,我國尾礦堆放占用土地達1300多萬畝,隨著老的尾礦庫畢庫,新的尾礦庫不斷增加,必將占用更多的土地。其次,尾礦砂對環(huán)境造成極大污染,礦石選礦過程中有的需要加入藥劑,這些藥劑會殘留在尾礦中。尾礦所含重金屬離子,甚至砷、汞等污染物質(zhì),會隨尾礦水流入附近河流或滲入地下,嚴重污染河流及地下水源。自然干涸后的尾礦砂,遇大風形成揚塵,吹到周邊地區(qū),對環(huán)境造成危害。第三,尾礦存在很大的安全隱患,很多尾礦庫超期或超負荷使用,甚至違規(guī)操作,使尾礦庫存在極大安全隱患。一旦發(fā)生事故,必將對下游地區(qū)人民的生命和財產(chǎn)造成巨大危害,對環(huán)境造成嚴重污染。建國以來,我國多次發(fā)生過尾礦庫潰壩事故,造成大量人員傷亡。因此合理地利用尾礦砂不僅有良好的經(jīng)濟效益,而且有著很大的社會效益,可以減少占地,改善環(huán)境;同時解決因場地堆放帶來的安全隱患問題,最重要的是,可以消除環(huán)境污染,對社會的環(huán)境建設(shè)有著重大的意義。3尾礦砂在道路、政策、環(huán)境發(fā)展中的應(yīng)用國家的金屬尾礦綜合利用專項規(guī)劃中明確提出:隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,傳統(tǒng)粗放型的經(jīng)濟增長方式使得我國資源短缺的矛盾越來越突出,環(huán)境壓力越來越大。走中國特色新型工業(yè)化道路、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、提高資源利用率,是解決當前我國資源、環(huán)境對經(jīng)濟發(fā)展制約的必由之路。用尾礦砂代替石屑,應(yīng)用于道路建設(shè)中,對于采礦業(yè)來說能夠降低污染,提高資源利用率,同時還能減少對廢棄物的處理成本,對于道路建設(shè)來說不僅能夠解決材料緊缺的問題,加快工期,而且還能降低建設(shè)成本,因此,尾礦砂的應(yīng)用是落實國家“十二五”規(guī)劃具體方針的體現(xiàn)?！笆濉逼陂g,我國的交通建設(shè)必將又要迎來一個新的熱