尾矿砂在道路工程中的应用

尾矿砂在道路工程中的应用

废物砂是通过球磨机的加工和磁洗而成的产物。级设备通常相对均匀。主要在0.3.0.75mm之间，平均粒度为0.2mm。尾矿砂的主要化学成份是Fe2O3、Al2O3、FeO2等氧化物和SiO2长石、辉石类。尾矿砂中含有大量的活性铁、钙等物质。因此,通过选择合适的稳定类材料(或材料组合)激活铁、钙等化学成分,可有效提高尾矿砂混合料的强度。铁矿磁选后的尾矿砂一般作为废料排放,不仅侵占良田、河道,而且一旦受自然天气影响,会对周围的环境造成严重污染,并存在一定的安全隐患,目前我国发现的矿产有150多种,已开发建立了8000多座矿山。冶金矿山企业每生产1t铁精矿,产生约2t尾矿废弃物,其中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3。据据数据统计,我国年产尾矿砂约4亿t,在国外发达国家尾矿利用率高达60%左右,而目前国内尾矿利用率仅为7%。道路工程对尾矿砂的消耗量较大,因此,大力推广尾矿砂的道路工程应用对于尾矿的废物再利用、实现矿业的可持续发展有着很重要的意义。1尾矿砂路用性能在最近的几年里,国内多家单位及高校针对尾矿砂的路用性能进行了研究,并取得了显著成果,为尾矿砂的成功应用奠定了坚实的理论基础,并且各个试点路段现场检测数据均能达到规范要求,至今使用状况良好。1.1路面结构工程野兴公路施工中对尾矿砂进行了工程应用试验研究,采用石灰、粉煤灰稳定尾矿砂做18cm路面基层试验段。野兴公路设计等级为平原微丘区二级公路,路基宽度为9～12m,路面宽度为8.4m,两侧各设0.2m水泥混凝土路缘石和0.3m护坡道,路面结构设计为20cm石灰稳定土底基层+16cm二灰碎石基层+5cm粗粒式沥青混凝土下面层+3cm中粒式沥青混凝土上面层。稳定材料选用当地生产的水泥、石灰、粉煤灰及早强剂。依据野兴公路设计等级及周围尾矿砂生产情况,针对野兴公路路面结构分别铺筑3种不同无机结合料稳定尾矿砂的试验段:(1)石灰、粉煤灰稳定尾矿砂基层试验段:配合比为,石灰∶粉煤灰∶尾矿砂=5∶15∶80。(2)水泥稳定尾矿砂基层试验段:配合比为,水泥∶尾矿砂=6∶94。(3)石灰、粉煤灰、尾矿砂加固化剂稳定混合料作基层试验段:配合比为,石灰∶粉煤灰∶尾矿砂加固化剂=7∶14∶79。施工中结构成型过程正常、无松散,无沉降现象,经检测强度均达到设计及规范要求,如表1所示。通过几年的通车检验和现场观察,尾矿砂基层路面整体状况较好,外观质量符合要求,路面无车辙、拥包等病害,仅部分路段出现少量裂缝。从以上结果可以看出,无机材料稳定尾矿砂作为农村公路路面基层和高等级公路路面底基层,其各项指标均能达到规范要求,技术上具有推广性。1.2研究施工结果平青乐线起点为冀蒙界北五十家子村北,终点为平铁公路的起点,路线全长39.083km。道路等级为二级公路,路面宽11.4m。省道平青乐线改建工程采用水泥稳定尾矿砂碎石集料基层,所用集料配比为,10～31.5mm碎石∶5～10mm碎石∶尾矿砂=42.9∶17.4∶39.7,水泥含量为5.0%。施工中压路机碾压充分、密实,确保97%的压实度,并及时洒水养生。7天养生期后,钻芯取样得到的芯样,芯样高度为20cm,无断裂、结合密实。7天无侧限抗压强度试验结果如表2。均符合设计要求。由此可以看出,尾矿砂可以作为添加材料用于路面基层。1.3尾矿砂在低等级道路沥青路面应用可行性老宽线位于建平县内,是一条二级省级公路。根据2007年4月5日省局现场办公会议精神,老宽线K40+479～K47+959段进行大修。为验证铁尾矿砂在低等级道路中应用的可行性,在该路上选择一段100m和一段170m填方处做实验段。经检测老宽段试验路得7天无侧限抗压强度、土基的综合回弹模量及弯沉值,均能达到规范要求,道路至今运行状况良好。尾矿砂的道路应用并不仅仅局限于道路的基层,室内试验研究表明尾矿砂在低等级道路沥青路面面层的应用同样也取得很好的效果,这有待于进一步研究。国内在尾矿砂道路应用方面的成功经验还有很多,这些成功经验为尾矿砂的大力推广应用奠定了基础。2尾矿砂处理能力分析尾矿砂的应用带来的经济效益主要包括两方面:第一尾矿砂的应用减少了矿方处理尾矿砂的投资;第二尾矿砂替代其他集料应用于道路建设降低了道路建设成本。以河北省某尾矿库为例,详细分析尾矿砂的处理成本。该尾矿库估算总投资为2270.55万元,其中:工程费用为1836.0万元;其他费用为162.08万元;预备费为272.47万元。该尾矿库的有效库容为5724.09万m3,堆积密度按1.87kg/m3计,该库堆存尾矿砂量约为1亿t。所以每使用1t尾矿砂可以为矿方节约废料处理费2270.55×104/1×108≈0.23元。以野兴公路为例进行成本分析:因为二灰碎石、石灰粉煤灰及水泥稳定尾矿砂的摊铺、碾压程序基本相同,故在此只考虑材料价格变化。2.1材料的成本见表32.2计算混合混合材料的不同配合比(1)骨二甲酯混合料的比例为5:10085，每吨混合材料的成本为白灰310×5%+粉煤灰28×10%+碎石26×85%=40.4元/t(2)石灰和碳灰粉稳定尾矿砂的基本试验单元比例为5.18。80，每吨混合材料的成本为石灰310×5%+粉煤灰28×15%+尾矿砂0×80%=19.7元/t(3)水泥固定尾矿砂试验的组成为6.94，每吨混合材料的成本为6.94水泥315×6%+尾矿砂0×94%=18.9元。(4)水泥稳定粉的配合比为6.94，每吨混合材料的成本为水泥315×6%+碎石26×94%=43.34元/t。(5)石灰、粉煤灰和含砂泥浆的稳定基础比为7.14.79，固结量低，暂时不包括价格石灰310×7%+粉煤灰28×14%+尾矿砂0×79%=25.62元/t比较如表4。2.3直接经济效益分析野兴公路北段大修工程全长12.66km,路基宽度9.6～16m,路面底基层为2×16cm石灰土。工程部根据2001年度石灰稳定尾矿砂的成功经验,决定在野兴线北段底基层施工中,全部使用石灰稳定尾矿砂作底基层。施工自2002年4月18日开始至6月19日结束,共完成底基层247596m2,较原计划提前近1个月。按照2010年建材价格进行施工成本分析,该项目所创直接经济效益为(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,同时还为矿方节省了(247596m2×0.32m×1.87kg/m3×0.8×0.23元/t)27261.70元的尾矿处理费用。节约土地(247.596m2×0.32亩/km2)79.2亩,工期提前1个月,经济效益和社会效益均非常显著。2.4尾矿砂的危害尾矿砂对社会造成的危害非常大,首先尾矿堆存需要占用大量土地。截至2005年,我国尾矿堆放占用土地达1300多万亩,随着老的尾矿库毕库,新的尾矿库不断增加,必将占用更多的土地。其次,尾矿砂对环境造成极大污染,矿石选矿过程中有的需要加入药剂,这些药剂会残留在尾矿中。尾矿所含重金属离子,甚至砷、汞等污染物质,会随尾矿水流入附近河流或渗入地下,严重污染河流及地下水源。自然干涸后的尾矿砂,遇大风形成扬尘,吹到周边地区,对环境造成危害。第三,尾矿存在很大的安全隐患,很多尾矿库超期或超负荷使用,甚至违规操作,使尾矿库存在极大安全隐患。一旦发生事故,必将对下游地区人民的生命和财产造成巨大危害,对环境造成严重污染。建国以来,我国多次发生过尾矿库溃坝事故,造成大量人员伤亡。因此合理地利用尾矿砂不仅有良好的经济效益,而且有着很大的社会效益,可以减少占地,改善环境;同时解决因场地堆放带来的安全隐患问题,最重要的是,可以消除环境污染,对社会的环境建设有着重大的意义。3尾矿砂在道路、政策、环境发展中的应用国家的金属尾矿综合利用专项规划中明确提出:随着我国经济快速发展,传统粗放型的经济增长方式使得我国资源短缺的矛盾越来越突出,环境压力越来越大。走中国特色新型工业化道路、大力发展循环经济、提高资源利用率,是解决当前我国资源、环境对经济发展制约的必由之路。用尾矿砂代替石屑,应用于道路建设中,对于采矿业来说能够降低污染,提高资源利用率,同时还能减少对废弃物的处理成本,对于道路建设来说不仅能够解决材料紧缺的问题,加快工期,而且还能降低建设成本,因此,尾矿砂的应用是落实国家“十二五”规划具体方针的体现。“十二五”期间,我国的交通建设必将又要迎来一个新的热