张 亮

0 引言

随着国民经济的快速发展，公路基础设施建设取得了长足的发展，截至2009年年底，全国公路总里程达386.08万km，比上年末增加13.07万km［1］。如此巨大的公路里程建设，需要消耗大量的建筑材料。为此，各地纷纷开山劈石，以满足公路建设的需要，这不仅大量消耗资源，造成环境问题，也使得公路工程建设造价居高不下。铁尾矿是铁矿场在开采分选矿石之后排放的固体或粉状废弃物，包括铁尾矿碎石(低品位铁矿石)和铁尾矿砂。钢铁工业的快速发展，使得铁尾矿的排放量越来越大。据中国冶金矿山企业协会2005年统计，我国铁尾矿年产量约4亿t［2］。若能将铁尾矿用作道路建筑材料，既可以解决铁尾矿的合理利用问题，还可以降低公路工程造价，具有重要的经济效益和社会效益。

1 原材料性质

1.1 水泥

本次试验中采用石家庄新生水泥厂生产的P.O32.5普通硅酸盐水泥，其技术指标见表1。

表1 水泥的主要技术指标

1.2 铁尾矿碎石

不同地区的铁尾矿碎石无论在颗粒组成还是力学性质上都有很大的差别，本文采用河北省涞源地区的铁尾矿碎石，其压碎值为26.5%，粉碎大粒径(＞37.5mm)后铁尾矿碎石颗粒组成见表2。

表2 铁尾矿碎石的颗粒组成

从铁尾矿碎石的压碎值和颗粒组成可知，粉碎大粒径(＞40mm)后的铁尾矿碎石自身具有较好的级配组成，压碎值也满足JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范的相关要求［3］。

铁尾矿碎石是铁含量很低的铁矿碎石，就化学成分而言，其主要成分是二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝，铁尾矿碎石的主要化学成分如表3所示。

表3 铁尾矿碎石的主要化学成分

2 水泥稳定铁尾矿碎石的物理力学性能试验

2.1 水泥稳定铁尾矿碎石的无侧限抗压强度试验

根据JTG E51-2009公路无机结合料稳定材料试验规程的相关方法［4］，对不同水泥含量的水泥稳定铁尾矿碎石混合料进行试件制备、养生，测得其各龄期浸水无侧限抗压强度，试验结果见表4。

表4 水泥稳定铁尾矿碎石的无侧限抗压强度

从表4可以看出，水泥稳定铁尾矿碎石的抗压强度随水泥含量的增加而增大，试验配比的水泥稳定铁尾矿碎石的7 d龄期无侧限抗压强度均大于1.5 MPa。根据《公路沥青路面设计规范》［5］对水泥稳定类基层、底基层材料的强度要求，单就抗压强度而言，本文试验配合比的水泥稳定铁尾矿碎石的强度均满足轻交通底基层材料的强度要求，可作为轻交通沥青路面的底基层材料。水泥含量在5.5%以上的水泥稳定铁尾矿碎石的7 d抗压强度均大于2.5 MPa，可以作为轻交通沥青路面的基层材料，以及特重、重、中交通沥青路面的底基层材料。只有当水泥含量达到6%以上时，水泥稳定铁尾矿碎石的7 d抗压强度才大于3.0 MPa，满足重、中交通沥青路面的基层材料的需求，但《公路沥青路面设计规范》［5］要求水泥稳定集料的水泥剂量一般不应超过6%，因此，水泥稳定铁尾矿碎石不宜用作特重、重、中交通沥青路面的基层材料。

类似于其他半刚性基层材料，水泥稳定铁尾矿碎石的强度随龄期而增长，根据表4中数据作出龄期与混合料无侧限抗压强度的关系曲线如图1所示。

除了龄期以外，水泥稳定铁尾矿碎石的抗压强度受压实度的影响显著，压实度每增加1%，混合料7 d龄期抗压强度将增大5.5%左右。

2.2 水泥稳定铁尾矿碎石的劈裂强度与抗压回弹模量试验

分别将不同配比的水泥稳定铁尾矿碎石混合料成型试件，经标准养生后90 d，测试其劈裂强度(间接抗拉强度)与抗压回弹模量值，试验结果见表5。

图1 水泥稳定铁尾矿碎石抗压强度与龄期的关系曲线

表5 水泥稳定铁尾矿碎石的劈裂强度

由表5可见，水泥稳定铁尾矿碎石的劈裂强度值较高，水泥含量为5.0%～6.0%时，其劈裂强度值大于二灰土，与水泥稳定碎石相当。抗压回弹模量值略大于石灰碎石土，稍小于二灰砂砾，刚度也较大。

2.3 水泥稳定铁尾矿碎石的抗冻性能

根据JTG E51-2009公路无机结合料稳定材料试验规程的相关方法，制备试件，养生至28 d龄期，进行冻融试验。以经过5次冻融循环后的浸水无侧限抗压强度与冻前浸水无侧限抗压强度之比来评价混合料的抗冻性能。试验结果见表6。

表6 水泥稳定铁尾矿碎石的抗冻性能试验结果

从表6的试验数据可知，5次冻融循环后，水泥稳定铁尾矿碎石的残余强度在75%以上，可见，水泥稳定铁尾矿碎石具有较高的抗冻性能，可以用作冰冻地区的公路基层或底基层材料。

2.4 水泥稳定铁尾矿碎石的水稳定性

制作两组水泥稳定铁尾矿碎石试件，一组标准养生28 d(包括浸水24 h)，另一组标准养生6 d，之后浸水24 h再在自然条件下风干24 h，干湿循环10次后测定其无侧限抗压强度值，并与标准养生试件的抗压强度值进行对比。以两者之间的比值(干湿循环后/标准养生)来表征混合料的水稳定性，水泥稳定铁尾矿碎石的水稳定性试验结果如表7所示。

表7 水泥稳定铁尾矿碎石的水稳定性

从干湿循环试验结果可知，试验范围内水泥稳定铁尾矿碎石的水稳定系数均在0.9以上，其具有良好的水稳定性。

3 结语

本文通过系统的试验研究，得出了水泥稳定铁尾矿碎石的强度、刚度、抗冻性能、水稳定性等路用性能指标，并通过了实际工程验证，主要结论如下:

1)水泥稳定铁尾矿碎石具有较高的强度、刚度。

2)水泥稳定铁尾矿碎石的水稳定性和抗冻性能良好。

3)水泥含量在5.5%以上的水泥稳定铁尾矿碎石的7 d抗压强度均大于2.5 MPa，可以作为轻交通沥青路面的基层材料，以及特重、重、中交通沥青路面的底基层材料。本文其他配合比的水泥稳定铁尾矿碎石均可作为轻交通沥青路面的底基层材料。

4)应用铁尾矿碎石修筑道路不仅可以节约建材、降低工程造价，还可以减少铁尾矿堆放所需占用的土地，并有利于环保，具有显著的经济效益和社会效益。

［1］ 交通运输部.2009年公路水路交通运输行业发展统计公报［R］.2010:4.

［2］ 王益民.我国铁尾矿资源化利用研究进展［A］.2008年全国金属矿山难选矿及低品位矿选矿新技术研讨与技术成果交流暨设备展示会论文集［C］.2008.

［3］ JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范［S］.

［4］ JTG E51-2009，公路无机结合料稳定材料试验规程［S］.

［5］ JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范［S］.