[發明專利]一種高等級路面半剛性基層材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710438284.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107265951A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 董澤蛟;田知文;楊晨;李新凱;郗鳳明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 范光曄

技術領域

本發明涉及一種路面基層材料領域，具體是一種高等級路面半剛性基層材料及其制備方法。

背景技術

鐵尾礦是指選礦廠運用特殊生產工藝將礦石破碎、篩分、研磨、分級，選出有用金屬后剩余的金屬氧化物和多種礦物成分的固體復合物，我國主要采取堆存的方式處理尾礦，導致鐵礦尾礦的堆存量迅速增加，現在尾礦堆存量已超過100億噸，鐵尾礦的大量堆存帶來以下幾個方面的問題：如占用大量土地、有害元素的流失、造成環境污染嚴重、建設維護尾礦庫費用高、產生滑坡泥石流等安全問題，另一方面，我國公路建設需要消耗巨大的砂石量，導致砂石的過量開采，使得一些砂石的原材料產地環境急劇惡化。

在公路建設中，路基工程所消耗的砂石量最為突出，若能找到合適的方法，將鐵尾礦大量應用于路基工程建設中，既可以減少傳統砂石建筑材料的過度開采，又可以消耗大量的鐵尾礦，使鐵尾礦變廢為寶。

目前，鐵尾礦應用于路面基層的案例不多，且大部分都應用于低等級道路當中，專利CN106316287A公開了一種通過添加無機結合料和外加劑綜合穩定鐵尾礦廢石路面基層的方法，但強度較低，只能滿足規定的二級及二級以下公路的基層強度要求；期刊《低溫建筑技術》2014年第1期《鐵尾礦在道路中的應用研究》中在鐵尾礦砂中加入石灰，當石灰摻量達30％以上可以滿足二級或二級以下道路基層要求；專利CN102992713A公開了一種水泥與土壤固化劑綜合穩定鐵尾礦砂礫路面基層的方法，解決了鐵尾礦帶來的環境污染和砂石材料緊缺的問題，其中，路面基層材料中各原料配合比為：水泥：砂礫：鐵尾礦砂：固化劑＝4：48：48：0.02，可以看出，其鐵尾礦利用率并不高；專利CN104152148A公開了一種運用新型土壤固化劑綜合穩定鐵尾礦制備路面基層材料的方法，提高了鐵尾礦的利用效率，但鐵尾礦利用率仍在70％以下。

而且鐵礦尾礦的化學組成有它自身的特征：鐵礦尾礦是鐵礦石在經過特殊工藝選取鐵精礦后所剩余的廢渣，它是一種復雜的混合物礦物原料，化學構成復雜，不同地區的鐵尾礦礦物組成差距巨大。

表一是我國典型地區的鐵尾礦化學組成：

表一 典型鐵尾礦化學組成

我國每年磷石膏的產量高達幾千萬噸，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，還有害于自然環境，磷石膏中的CaSO₄·2H₂O可與石灰中的Ca(OH)₂共同激發尾礦和粉煤灰中的活性氧化硅和氧化鋁，加快火山灰反應。

以往公開的利用鐵尾礦制備基層材料只是摻加了部分鐵尾礦，鐵尾礦利用率不高。本專利公開一種大量利用鐵尾礦廢石和鐵尾礦砂制備高等級路面半剛性基層材料方法，最大限度地發揮鐵尾礦利用效益，而且過去公開的綜合穩定鐵尾礦的方法只適用于穩定某一類型或某一地區的鐵尾礦，適用范圍有限。本專利公布的方法對大部分地區的典型鐵尾礦均能綜合穩定并取得優良性能，除此之外，本專利還充分利用了工業廢渣磷石膏，對于解決磷石膏大量堆積、占用土地、污染環境的問題具有重要意義。只有這樣，才能更好更快地發展礦山循環經濟、實現節能減排目標、促進可持續發展、提高環境效益與經濟效益。

石灰、水泥可與活性氧化硅和氧化鋁發生火山灰反應生成水硬性膠凝物質，但此反應過程非常緩慢，導致早期強度生長緩慢，加入堿或堿性金屬鹽可以激發火山灰反應，但其用量大、成本高、且強堿對施工設備腐蝕性較大。另一方面，磷石膏是磷礦石提取磷后排放出的工業廢渣，磷石膏中85～90％以上為二水石膏，我國每年磷石膏的產量高達幾千萬噸，目前，只有少量磷石膏被回收利用，大規模磷石膏的堆放占用了土地，還加劇了環境污染。

表二為某地磷石膏化學組成：

表二 磷石膏化學組成

磷石膏中的CaSO₄·2H₂O可與石灰中的Ca(OH)₂共同激發尾礦和粉煤灰中的活性氧化硅和氧化鋁，促進火山灰反應的快速進行，因此，把磷石膏用于基層材料的制備，既解決了磷石膏大量堆放帶來的一系列問題，又能提高基層性能。

發明內容