本發(fā)明涉及一種高含水率尾礦土路基材料的制作方法，屬于道路工程和環(huán)境巖土工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、尾礦土是鐵礦石選礦工藝的附屬產(chǎn)物，是經(jīng)分選作業(yè)后，目標(biāo)組份含量最低的固體廢物，一般呈細(xì)粉狀，但由于其常年堆積于尾礦庫(kù)中，內(nèi)部黏性顆粒居多，保水能力較強(qiáng)，一旦降水，水分不易流失，因此含水率普遍偏高。目前，尾礦土的存量依然維持在較高水平，一方面，大量尾礦土的堆存使得工廠需要額外承擔(dān)土地征用費(fèi)、運(yùn)費(fèi)、填埋費(fèi)等，增加了生產(chǎn)成本；另一方面，這種堆積的尾礦土不僅需要占用大量的土地資源，而且容易引起環(huán)境污染和安全問(wèn)題，尾礦土沉積過(guò)程中很可能會(huì)形成新的污染物。種種跡象均表明尾礦土的存量消減已然迫在眉睫。

2、道路工程的材料來(lái)源多元化，且具有用量大的特點(diǎn)，其巨額的土石和砂石消耗量給一些砂石原產(chǎn)地造成了巨大的環(huán)境壓力，甚至出現(xiàn)了過(guò)量開(kāi)采的現(xiàn)象，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了破壞。因此，將尾礦土資源化再利用于道路建設(shè)當(dāng)中，既能解決尾礦土現(xiàn)今大量堆積而導(dǎo)致的各項(xiàng)問(wèn)題，又能滿足道路建設(shè)對(duì)于材料的巨大需求，降低道路建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的雙重收益。

3、現(xiàn)有很多專(zhuān)利也針對(duì)尾礦土在道路工程中的再利用方式進(jìn)行了創(chuàng)新，例如專(zhuān)利cn114292064a公開(kāi)了一種水泥穩(wěn)定尾礦路面半剛性基層，利用烘干后的粗粒、細(xì)粒尾礦廢石及粒徑在0.075mm以上的尾礦土進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，摻加水泥制備路面半剛性基層材料。

4、專(zhuān)利cn109020338a公開(kāi)了一種水泥穩(wěn)定類(lèi)尾礦基層材料設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)摻量5～30％干燥尾礦土的混合料進(jìn)行大量7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并利用星點(diǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)表擬合三元二次方程，優(yōu)選最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

5、專(zhuān)利cn104152148a公開(kāi)了一種新型土壤固化劑穩(wěn)定尾礦土制備路面基層材料的方法，在試驗(yàn)室條件下，采用水泥、碎石、干燥后的尾礦土、新型土壤固化劑與聚丙烯纖維混勻得到路面基層材料。

6、綜上所述，尾礦土在道路工程中的再利用方式雖然取得了一定的成果，但對(duì)于大部分粒徑小于0.075mm的尾礦土并無(wú)太大的參考價(jià)值，并且尾礦土在材料中的占比較少，其并不能有效解決尾礦土庫(kù)存大的問(wèn)題。更重要的是，大部分專(zhuān)利強(qiáng)調(diào)的是在試驗(yàn)室條件下烘干尾礦土，再進(jìn)行路面不同層位的材料制作，但是高含水率本就是尾礦土的一個(gè)不可避免的重要特征。同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，目前干燥高含水率尾礦土的方法成本頗高，例如真空抽水、壓濾去水等，都很難在實(shí)際工程中大批量的使用，這也就造成了基于試驗(yàn)室環(huán)境的材料制作無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際工程中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)尾礦土庫(kù)存量大、大量黏性尾礦土再利用的技術(shù)工藝不足以及高含水率在工業(yè)化生產(chǎn)中難以解決的實(shí)際問(wèn)題，提供了一種高含水率尾礦土路基材料的制作方法。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種高含水率尾礦土路基材料的制作方法，路基材料包括高含水率尾礦土、石灰、水泥、水；

4、制作步驟如下：

5、步驟s1：將高含水率尾礦土破碎，并測(cè)得其初始含水率w0；

6、步驟s2：將不同質(zhì)量比的高含水率尾礦土與石灰充分拌和后，進(jìn)行石灰降水試驗(yàn)，以預(yù)設(shè)含水率wset作為主要控制指標(biāo)確定最佳石灰摻量；

7、步驟s3：將經(jīng)石灰反應(yīng)后的尾礦土破碎，并與水泥及水按不同質(zhì)量比充分拌和后，進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得不同水泥劑量下的最佳含水率wopt和最大干密度ρdmax；

8、步驟s4：根據(jù)最佳含水率wopt和最大干密度ρdmax，將經(jīng)石灰反應(yīng)后的尾礦土、水泥及水按不同水泥劑量充分拌和、擊實(shí)后，進(jìn)行加州承載比試驗(yàn)，優(yōu)選最佳水泥摻量；

9、步驟s5：根據(jù)最佳石灰摻量、最佳含水率及最佳水泥摻量確定路基材料的配合比，進(jìn)行一種高含水率尾礦土路基材料的生產(chǎn)。

10、本發(fā)明所述的高含水率尾礦土路基材料的制作方法，高含水率尾礦土路基試驗(yàn)方法包括以下步驟：

11、步驟s1：將高含水率尾礦土破碎，并測(cè)得其初始含水率w0；

12、步驟s2：將不同質(zhì)量比的石灰摻入高含水率尾礦土中，充分拌和，以常見(jiàn)黏性土體擊實(shí)試驗(yàn)所得的最佳含水率wopt為預(yù)設(shè)含水率wset；

13、步驟s3：進(jìn)行為期4天，共96h的靜置降水，期間每隔12h測(cè)量一次含水率，分別測(cè)量尾礦土堆表面的含水率和尾礦土堆內(nèi)部的含水率，并取平均值為含水率數(shù)據(jù)；

14、步驟s4：整理步驟s3所獲得的數(shù)據(jù)，高含水率尾礦土的含水率下降曲線應(yīng)遵循基本土壤蒸發(fā)理論，以black蒸發(fā)模型擬合分析數(shù)據(jù)，如若顯著性檢驗(yàn)未通過(guò)，則需重新進(jìn)行試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，以black蒸發(fā)模型擬合分析數(shù)據(jù)，black蒸發(fā)模型如下：

15、e＝f+bt01/2

16、其中，e為累積蒸發(fā)量(g)；t0為蒸發(fā)歷時(shí)(h)；f和b為蒸發(fā)參數(shù)；

17、步驟s5：步驟s5：將步驟s4中通過(guò)black蒸發(fā)模型所獲得的數(shù)據(jù)繪制進(jìn)不同石灰摻量下高含水率尾礦土含水率隨時(shí)間的變化情況曲線圖，以進(jìn)行石灰劑量的優(yōu)選。

18、本發(fā)明所述的高含水率尾礦土路基材料的制作方法，高含水率尾礦土的路用基本性能參數(shù)，最大粒徑不大于4.75mm；

19、粒徑在0.075mm以下的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于60％，塑性指數(shù)為17～19，有機(jī)質(zhì)含量低于5％。

20、本發(fā)明高含水率尾礦土的礦相組分為：尾礦土中的各項(xiàng)礦物包括白云石(camg(co3)2)18～22％、菱鐵礦(feco3)18～22％、石英(sio2)15～16％、方解石(caco3)12～13％、赤鐵礦(fe2o3)11～12％、高嶺石(al4[si4o10](oh)8)9～10％、白云母(kal2[alsi3010](oh)2)8～9％和黃鐵礦(fes2)2～3％。

21、本發(fā)明所述的高含水率尾礦土路基材料的制作方法，用于試驗(yàn)的高含水率尾礦土中的銅元素的浸出濃度小于26.77μg/l，鋇元素小于61.61μg/l，鉻元素小于2.28μg/l、鎘元素小于2.28μg/l、鉛元素小于0.20μg/l。

22、本發(fā)明所述的高含水率尾礦土路基材料的制作方法，由制作方法所制備的高含水率尾礦土路基材料，應(yīng)用的道路類(lèi)型、等級(jí)為主干路、次干路及以下各級(jí)的城市道路。

23、本發(fā)明所述的高含水率尾礦土路基材料的制作方法，由制作方法所制備的高含水率尾礦土路基材料應(yīng)用的道路層位為上、下路床層、下承層。

24、本發(fā)明所述的高含水率尾礦土路基材料的制作方法，其特征在于：所述路基材料中的石灰為生石灰，等級(jí)為ⅱ級(jí)灰及以上；水泥為普通硅酸鹽水泥，等級(jí)為42.5及以上。

25、有益效果

26、1、本發(fā)明采用生石灰對(duì)高含水率尾礦土進(jìn)行降水預(yù)處理，相比于試驗(yàn)室的烘干法，在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中的可行性更高。同時(shí)，本發(fā)明直面尾礦土含水率高這一工程問(wèn)題，相比于試驗(yàn)室的理想環(huán)境，更符合實(shí)際工程需要。

27、2、本發(fā)明采用尾礦土完全替代傳統(tǒng)工藝中的粘土及砂石，尾礦土的再利用率更高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能更有效地緩解尾礦土堆積對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也解決了優(yōu)質(zhì)筑路資源短缺的問(wèn)題，減少了天然碎石的開(kāi)采，具有良好的環(huán)境效益。

28、3、從經(jīng)濟(jì)性角度看，尾礦土為選礦作業(yè)中所產(chǎn)生的固體廢物，除了運(yùn)輸成本以外，用于道路建設(shè)的其余費(fèi)用基本為零。同時(shí)，采用生石灰進(jìn)行降水這一預(yù)處理工藝，相比于現(xiàn)有大規(guī)模干燥方法成本更低，可有效降低道路建設(shè)的造價(jià)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

29、與傳統(tǒng)的石灰、水泥復(fù)合穩(wěn)定黏土相比，本發(fā)明所提出的尾礦土路基材料，其加州承載比更高，在路床層鋪筑后，具有更優(yōu)質(zhì)的承載能力。