张家口赤城地区尾矿料在高速公路工程中的应用

王宗璞

(邢台道桥建设工程有限公司 邢台市 054001)

0 引言

矿产资源是不可再生的一次性资源。我国目前90%以上的能源和80%左右的工业原料取自矿产资源[1]，而随之而来的原材料污染问题也愈发的凸显。尾矿料的处理问题就是目前国内外学者着重研究的一个重要方向。尾矿料不仅污染周围环境，危害人民生命财产的安全，而且占用大量土地、消耗资金、浪费资源、影响企业经济效益[1]。

尽管近些年我国在铁尾矿料的综合利用方面取得了很大进展，但我国尾矿综合利用率仅为7%左右，相比于国外60%的利用率，差距还很大[2]。目前我国对铁尾矿料的重复利用主要在配制混凝土、作为墙体材料、冶炼水泥、建筑玻璃和建筑陶瓷、制作肥料改良土壤等[2]方面，同时也进行了铁尾矿料在公路行业的利用尝试：鹤大高速公路利用尾矿料进行了路基填筑[3]，河北省平青乐线改建工程、野兴公路、辽宁省老宽线将铁尾矿料进行了基层施工[4]，刘炳华[5]等人对铁矿砂在平原地区路基填筑工程开展了相关研究。相关研究成果表明，铁尾矿料在公路工程中的应用前景广阔。

1 环境背景

河北张家口地区矿产较为丰富，其中赤城县是矿业大县,传统铁矿产业一度是全县的支柱产业,全县现存尾矿料2亿多吨[6]。张家口地区也根据本地情况对尾矿料进行了一系列处理工作，主要应用于开发新型建材产品、生产混凝土等，取得了较为显著的成果，但在公路路基、路面工程对尾矿料的使用率较低。

随着张家口地区高速公路的不断上马，将尾矿料应用于高速公路项目的呼声愈发明显，若将尾矿料应用于高速公路路基、路面工程不仅可以大幅度降低尾矿料对环境的污染，同时对公路行业原材料问题的解决将起到重要的推进作用。笔者对张家口赤城县某尾矿料场进行了取样，并对其开展了一系列路基、路面材料性能研究。

2 尾矿料路基路面应用性能试验检测

笔者对尾矿料岩性、酸碱性进行了分析，分析结果表明，该地区尾矿料岩性为辉石岩，具有铁磁性，并具有弱碱性，同时为研究其在路基、路面工程中的应用前景，又开展了相应的试验检测工作。

2.1 路基工程

对尾矿料进行了加州承载比(CBR)及塑性指数检测，其中承载比最大144.0%，平均值为92%,高于规范要求的不小于8%的技术要求；塑性指数最低2%，平均值2.5%，低于规范要求的不大于26%的技术要求。从承载比数据可以发现尾矿料膨胀性较小，对于路基填筑过程中出现的诸如沉降量过大等问题可以起到良好的改善作用；同时尾矿料又有较小的塑性指数，反映了其对用水量有较强的敏感性，对施工过程中的用水量要求较为严格。此外，结合尾矿料材料特点，要将尾矿料应用于路基工程，需要提高压实功来实现。

2.2 路面工程

2.2.1路面基层原材料试验

对尾矿料进行了压碎值、针片状颗粒含量、0.075mm粉尘含量及软石含量检测，并将检测数据与《公路路面基层施工技术细则》中基层粗集料的技术指标要求进行对比，交通等级为高速公路和一级公路重、中、轻交通Ⅰ类。相关数据见表1。

表1 尾矿料试验数据与规范对比

从试验数据中可以得知，张家口赤城地区尾矿料石料压碎值、针片状颗粒含量、0.075mm粉尘含量及软石含量等相关指标除10～30mm碎石针片状颗粒含量超过规范要求外，其余指标均符合相关规范要求。分析其原因主要为张家口地区碎石压碎值偏低，碎石母岩抗压强度较高、脆性较大，在碎石破碎加工过程中容易造成针片状颗粒含量较高的情况，若将尾矿料应用于路面基层施工，控制10～30mm碎石针片状颗粒含量将是一项重要工作。

同时，对尾矿料用于水泥稳定碎石基层相关指标进行了检测，主要包括最大干密度、最佳含水量等指标，并与行业标准《公路路面基层施工技术细则》相关指标进行对比，相关数据见表2。

表2 尾矿料水泥稳定碎石试验数据与规范对比

从试验数据可知，由于尾矿料碎石母岩密度较大，水稳碎石最大干密度较石灰岩水稳碎石密度大。同时结合尾矿料水稳碎石7d无侧限抗压强度平均值及代表值与高速公路水稳碎石强度要求值对比可知，将尾矿料用于高速公路底基层尚可，但强度偏低；将尾矿料用于高速公路基层，需要增加水泥剂量以提高其强度。

2.2.2路面面层原材料试验

对尾矿料用于高速公路路面工程相关指标进行了检测，主要包括洛杉机磨耗损失、表观相对密度、吸水率、坚固性及粘附性等，并与《公路工程沥青路面施工技术规范》相关指标进行对比，交通等级为高速公路和一级公路重、中、轻交通Ⅰ类，相关数据见表3。

表3 尾矿料路面工程试验数据与规范对比

从试验对比数据中可以看到，尾矿料各项指标均适用于高速、一级公路中下面层及其他等级公路中。

为此，选用该区域不同粒径碎石采用GTM法对AC-20型、ATB-25型沥青混合料成型试件，并对其最佳油石比以及相应的毛体积密度进行检测。其中AC-20型沥青混合料最佳油石比4.2%，GTM法成型试件毛体积密度2.493g/cm3，马歇尔法成型试件毛体积密度2.462g/cm3，相关性系数1.013；ATB-25型沥青混合料最佳油石比3.4%，GTM法成型试件毛体积密度2.753g/cm3；马歇尔法成型试件毛体积密度2.719g/cm3，相关性系数1.013。其他性能指标与《旋转压实剪切实验法(GTM)沥青混合料设计与施工技术规范》要求对比见表4。

表4 不同类型混合料性能

从混合料数据中可知，将尾矿料应用于高速公路中下面层后，其高温抗车辙、低温抗开裂和水稳定性能均符合相关规范要求，说明该地区尾矿料适用于高速公路中下面层。

3 结论

(1)尾矿料具有低收缩性，将其应用于路基工程可以一定程度改善路基沉降问题，应用于路基工程需要提高压实功；同时尾矿料塑性指数较低，对水有较大敏感性。

(2)由于尾矿料强度较高、压碎值偏低，在加工过程中容易造成针片状颗粒含量偏高的问题，应用于高速公路路基、路面工程需要严格控制其针片状颗粒含量。

(3)将尾矿料用于高速公路底基层尚可，但强度偏低；将尾矿料用于高速公路基层，需要增加水泥剂量以提高其强度；将尾矿料应用于沥青路面中下面层符合相关规范要求，同时具有较好的高温抗车辙、低温抗开裂和水稳定性能。