一种全结构使用铁尾矿的沥青路面结构及其施工方法与流程

本发明属于道路建设及工业固废处理，具体涉及一种全结构使用铁尾矿的沥青路面结构及其施工方法。

背景技术：

1、铁尾矿作为一种广泛存在的工业废弃物，是炼铁工业中选矿工艺的副产品，为矿山开采的原铁矿石经过选矿或者其他工艺回收精铁矿后排放的废弃固体物料。不断增多的废弃尾矿造成了一系列的社会问题。一方面，大量的铁尾矿被堆积在尾矿坝中，占用了大量建筑或农业用地，给政府和管理企业带来了沉重的财政负担，造成了一系列如土壤污染、水污染的生态问题；另一方面，尾矿颗粒间得吸附力一旦减小，在堆积的过程中可能会发生流动和滑塌破坏等现象，尾矿坝坍塌的潜在风险可能危及周围居民的人身安全。种种迹象表明，目前对于铁尾矿的处理仍处于一种低效、非环保且不经济的阶段。

2、在传统的沥青路面建设中，使用的材料主要包括天然砂石、碎石等。然而，所有这些矿物皆属于不可再生资源，给自然环境带来了巨大的负担。随着自然资源的日益紧张和环境保护的重视，寻找替代传统材料的新型材料成为了道路建设领域的重要课题。根据铁尾矿的物理和化学成分分析，以及相关理论和实验数据，可以推论铁尾矿具备作为道路材料使用的二次资源潜力。

3、因此，开发一种全结构使用铁尾矿的沥青路面结构型式，不仅可以优化道路建设材料的选择，还能提升道路性能，同时具有重要的环保和经济价值。然而，现有技术中对铁尾矿的利用多集中在其作为路基土部分替代材料的应用，而对于其在全路面结构的全面利用尚未形成系统的应用方案，特别是关于如何在各层道路结构中应用铁尾矿的具体方法。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种全结构使用铁尾矿的沥青路面结构及其施工方法，利用铁尾矿作为主要材料，替代传统沥青路面中的路基土、细粒径水稳碎石，以及沥青碎石中的矿粉，改变了传统沥青路面对天然砂石的依赖，实现了铁尾矿的全面高效应用，大幅度减少工业废弃物的堆积，同时，还能优化路面的稳定性、耐久性和环境适应性，在经济和环保方面带来显著的益处。

2、技术方案：一种全结构使用铁尾矿的沥青路面结构，包括从下而上摊铺的路基层、路面基层和面层，路面基层包含水稳碎石，面层包括沥青混合料，所述路基层为由石灰稳定铁尾矿土完全替代传统石灰稳定土的石灰稳定铁尾矿土层；路面基层为用铁尾矿等比例替代水稳碎石中的2mm以下细粒径碎石后所形成的水稳碎石尾矿层；面层为采用铁尾矿代替沥青混合料中的矿粉而形成的铁尾矿沥青混合料层。

3、作为优选，所述铁尾矿为最大粒径不大于2mm，粒径在0.075mm的铁尾矿颗粒占总质量的70％以上，塑性指数范围在16-20间，有机质含量在5％以下的铁尾矿颗粒。

4、进一步地，所述铁尾矿对于要求浓度限值较低的重金属元素铬、镉、铅，铁尾矿浸出液中含量分别为2.28μg/l、0.27μg/l、0.20μg/l，远低于标准限制，可用于道路建设。

5、所述铁尾矿颗粒铁元素(fe)占比为20％-23％，硅元素(si)占比为11％-13％，钙元素(ca)占比为10％-12％，铝元素(al)占比为5％-6％，其余各元素占比均在5％以下，含量较小，且不含重金属等土壤污染物。

6、作为优选，所述路基层按重量份计，其原料包括800～900份铁尾矿、30～40份石灰和80～110份蒸馏水。石灰稳定铁尾矿土路基层所应用铁尾矿土通过特定工艺进行处理，利用石灰作为稳定剂，通过cbr试验调整石灰的添加量，以优化其压实性能和承载能力，保证路面的整体稳定性和耐久性。

7、作为优选，所述路面基层按重量份计，其原料包括200份铁尾矿、800份水稳碎石、50份水泥。铁尾矿的细粒径物料在路面基层的使用量、粒径和混合比例根据路面使用环境和负荷要求，通过抗压回弹模量、无侧限抗压强度实验，根据抗压强度进行优化配置，确保路面基层在具有良好的性能表现。

8、作为优选，所述面层按重量份计，其原料包括40～60份基质沥青(胶结料)、900～1000份级配碎石(集料)、20～25份铁尾矿(填料)和20～25份石灰岩矿粉(填料)。

9、作为优选，所述石灰稳定铁尾矿土层中石灰掺量与铁尾矿的质量比为4％；所述水稳碎石尾矿层中水泥的掺量为4wt％；所述铁尾矿沥青混合料层中铁尾矿代替沥青混合料中的矿粉的比例为50wt％。铁尾矿在面层中的使用量和混合比例根据道路使用寿命和环境条件，通过马歇尔试验进行调整，达到最优的耐久性和性能。

10、作为优选，所述沥青路面结构为城市道路。

11、作为优选，针对不同设计速度下不同道路等级的城市道路，全结构使用铁尾矿的沥青路面结构各层厚度所对应厚度的取值范围(单位：mm):

12、

13、具体如下：

14、1)当道路等级为快速路或主干路时，面层厚度为250～100mm，路面基层包括基层和底基层，其中基层厚度为450～200mm，底基层厚度为200～150mm；

15、2)当道路等级为支干路时，面层厚度为200～100mm，路面基层包括基层和底基层，其中基层厚度为400～150mm，底基层厚度为200～150mm；

16、3)当道路等级为支路时，面层厚度为150～20mm，路面基层包括基层和底基层，其中基层厚度为500～200mm，底基层厚度为200～150mm。

17、基于上述一种全结构使用铁尾矿的沥青路面结构的施工方法，步骤如下：

18、s01.按照设计配合比将称量的铁尾矿、石灰和蒸馏水混合搅拌均匀，进行焖灰处理后二次翻拌，制备得到石灰稳定铁尾矿土；

19、s02.在路基地面划分石灰格，将石灰稳定铁尾矿土按照石灰格进行均匀摊铺于道路下承层上，严格控制标高，依次进行粗平、精平与碾压，以达到路基的设计厚度，得到路基层；

20、s03.将铁尾矿、水稳碎石和水泥充分拌合，得到所需路面基层水稳碎石尾矿材料；

21、s04.在路基层上分层进行路面基层施工，所述沥青道路结构的路面基层总厚度为0.3m～0.6m；

22、s05.将基质沥青加热到150～160℃，然后将满足级配要求的碎石、铁尾矿、石灰岩矿粉加入加热后的基质沥青中搅拌均匀，形成铁尾矿沥青混合料；

23、s06.在路面基层上对铁尾矿沥青混合料进行摊铺和压实操作，使得压实完成后的路面面层厚度达到要求，最终完成对于全结构使用铁尾矿的沥青路面结构的施工。

24、作为优选，铁尾矿在混合前进行特殊处理，包括破碎、筛选和干燥，以适应不同粒径要求和提升其与石灰、水泥及沥青的结合效果。

25、有益效果：本发明路基层应用铁尾矿土通过特定工艺进行处理，利用石灰作为稳定剂以掺料添加，石灰与铁尾矿土颗粒反应，可以使铁尾矿土的微细颗粒形成较大的团粒，填充尾矿中的孔隙，增加尾矿的密实性，从而提高了整体强度。

26、通过cbr实验试验调整石灰的添加量，以达到最佳质量比，优化其压实性能和承载能力，保证路面的整体稳定性和耐久性。最终得到对于路基层所需的石灰稳定铁尾矿土材料，石灰掺量与铁尾矿的最佳质量比为4％。

27、本发明路面基层的铁尾矿的细粒径物料在路面基层的使用量、粒径和混合比例根据路面使用环境和负荷要求，通过抗压回弹模量、无侧限抗压强度实验，根据抗压强度进行优化配置，能够确保路面基层具有良好的性能表现。

28、铁尾矿在面层中的使用量和混合比例根据道路使用寿命和环境条件，通过马歇尔试验进行调整，确定最佳替代比例，以达到最优的耐久性和性能。推荐对于铁尾矿沥青混合料，当铁尾矿替代矿粉比例达到50％时，可同时保证路面稳定性与耐久性。

29、综上，本发明所述沥青路面结构改变了传统沥青路面对天然砂石的依赖，实现了铁尾矿的全面高效应用，能够大幅度减少工业废弃物的堆积，同时，还能优化路面的稳定性、耐久性和环境适应性，在经济和环保方面带来显著的益处。