基于宏-微观测试方法的铁尾矿-沥青界面黏附研究

铁尾矿作为一种新材料加入沥青会产生新的界面,其与沥青的界面黏附性直接影响沥青混合料的路用性能。为揭示铁尾矿-沥青界面黏附的作用机理,通过X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对铁尾矿砂的化学组成和微观形貌进行分析,运用改进的煮沸试验对沥青在铁尾矿表面的黏附率进行定量分析,并利用分子动力学模拟计算铁尾矿-沥青界面的黏附能,最后基于灰色关联法分析微观测试结果与宏观黏附率的关联度。结果表明:铁尾矿砂、石灰岩和玄武岩的主要化学成分、矿物组成差异较大,铁尾矿砂金属氧化物含量较高,表面存在金属光泽,棱角丰富,铁尾矿与沥青的界面黏附能及沥青在铁尾矿表面的黏附率介于石灰岩和玄武岩之间,微观测试结果与宏观黏附率的关联度排序(从大到小)为表观形貌、CaO+MgO含量、钠长石含量、界面黏附能,可见此铁尾矿与沥青黏附性较好,满足工程要求。研究结果可为铁尾矿在沥青面层的应用奠定基础。

铁尾矿沥青混合料的路用性能

为减少大量堆放的固废材料铁尾矿对生态环境的影响,以铁尾矿自身集料特性为基础,探索将铁尾矿用作沥青路面骨料的可行性。以玄武岩矿料为对照组,检测铁尾矿物理指标,更换不同粒径的铁尾矿制备试件,进行车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验及三轮加速磨耗试验评估其路用性能。结果表明:铁尾矿沥青混合料的性能符合沥青路面层的基本要求;与玄武岩沥青混合料相比,掺加粒径为4.75~13.20 mm的铁尾矿沥青混合料路用性能改善最明显,高温动稳定度升高16.55%,低温最大拉应变为玄武岩的1.13倍,浸水残留稳定度降低6.58%,冻融劈裂试验的残留强度比降低8.03%,且抗滑性能始终优于玄武岩,各项路用性能均能满足规范要求。

铁尾矿砂在沥青路面预养护中的应用研究

大量铁尾矿的堆积会造成严重的环境污染和安全隐患。若铁尾矿能在公路养护撒砂雾封层中大规模应用,不但可减少路面养护工程中对砂砾的需求,而且可以解决铁尾矿的堆积占地问题。以常见的磁铁矿为例,基于物理、化学等特性分析探讨铁尾矿在沥青路面养护中的应用及效果;从路面局部病害修补和含砂雾封层喷撒两方面介绍了铁尾矿砂在沥青路面预养护施工中的应用技法;最后,对铁尾矿应用在沥青路面的社会、经济效益进行了分析。

铁矿尾矿砂在公路基层中的应用研究

对铁尾矿砂及尾矿砂加入石灰水泥后的物理力学性能进行了试验研究,并与石灰土进行对比。结果表明:铁尾矿砂掺加石灰、水泥后,其强度随着龄期而增长,具有半刚性材料的特性,用石灰、水泥稳定尾矿砂作为路面基层材料具有很好的路用性能,同时用石灰和水泥稳定的效果更佳。

铁尾矿碎石沥青混凝土的低温抗裂性能试验研究

为了考察铁尾矿碎石沥青混凝土的低温抗裂性能规律,通过低温弯曲试验和劈裂试验,系统分析了铁尾矿碎石掺量对沥青混凝土弯拉强度、劈裂强度、最大弯拉应变等指标的影响规律。试验结果表明,铁尾矿碎石沥青混凝土的弯拉强度、劈裂强度和最大弯拉应变均随着铁尾矿碎石的掺量增大而减小,因而铁尾矿碎石替代粗集料的比例不宜大于50%,以便保持沥青混凝土的低温抗裂能力。

掺铁矿尾砂的沥青混合料的路用性能

铁矿尾砂利用于沥青路面工程既环保又经济。通过高温车辙试验、蠕变试验和低温弯曲试验评价了掺铁矿尾砂的沥青混合料的路用性能。结果表明,掺铁矿尾砂能够明显提高沥青混合料的高温和低温性能,对混合料水稳定性影响较小。铁矿尾砂可以在沥青路面工程中大规模推广应用。

基于星点设计-响应面法的掺RAP和铁尾矿砂水泥稳定碎石配比优化

为了促进废旧沥青混合料(RAP)和铁尾矿砂的高值化利用,采用星点设计-响应面法对掺有RAP和铁尾矿砂水稳碎石进行配合比设计.其中以水泥、RAP和铁尾矿砂(掺量)为影响因子,抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量为响应值,分析各因素(掺量)及其交互作用对响应值的影响规律,并得到最优配比.结果表明:各因素(掺量)对抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量的影响强弱顺序依次均为水泥>RAP>铁尾矿砂,各因素交互作用对抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量的影响均不显著;最优配比为水泥掺量4.48%,RAP掺量55.08%,铁尾矿砂掺量14.87%,通过换算得到天然集料占比为25.57%,该配比下混合料的7d无侧限抗压强度满足高速公路、一级公路基层的强度要求.通过试验可知,最优配比下试件的抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量的理论值与实测值相接近,说明采用星点设计-响应面法对水稳碎石基层材料进行配比优化是可靠的.抗冻性能试验结果表明最优配比下的水稳碎石基层材料具有较好的抗冻性能.

石灰铁尾矿砂稳定土工程特性研究

对石灰铁尾矿砂稳定土和传统二灰土的物理力学性能进行了对比试验研究,得出了石灰铁尾矿砂稳定土作为路面底基层材料的配合比方案,揭示了石灰铁尾矿砂稳定土的强度形成机理。室内试验和工程检测结果表明:石灰铁尾矿砂稳定土的强度指标随着龄期而增长,满足高等级公路路面底基层的强度要求,其作为路面底基层材料具有良好的适用性。

基于分形理论的二元再生水泥稳定碎石强度性能研究

利用分形理论对规范级配进行了重新划分,然后通过7天无侧限抗压强度确定最优级配,在此基础上研究掺入废旧沥青混合料和铁尾矿砂的水泥稳定碎石力学特征及其应力应变曲线特点。研究发现再生水泥稳定碎石强度随着RAP掺量的增加逐渐降低,但仍然满足高等级公路基层规范要求,随着铁尾矿砂掺量的增加先增大后减小,掺量60%到达峰值;应力应变曲线随着铁尾矿砂掺量变化基本没有影响,随着RAP的增加,越来越平缓。

掺RAP和铁尾矿砂的水泥稳定碎石受力特性试验研究

为研究掺RAP和铁尾矿砂的水泥稳定碎石基层材料受力特性,对17组不同配合比的水泥稳定碎石基层材料进行单轴抗压强度试验,揭示单轴受压下水泥稳定碎石基层材料应力-应变全曲线和变形模量-应变全曲线的变化规律,分析各因素掺量对水泥稳定碎石基层材料的峰值应力、峰值应变、模量、应变能密度和脆性指数的影响规律.结果表明:不同水泥、RAP、铁尾矿砂掺量的水泥稳定碎石基层材料应力-应变全曲线均由上升段和下降段组成,模量-应变全曲线呈先下降后上升再下降的趋势,不同配比下试件的破坏过程也相似;水泥掺量增加,水泥稳定碎石基层材料的峰值应变减小,峰值应力、模量、应变能密度和脆性指数均增大;RAP和铁尾矿砂掺量增加,水泥稳定碎石基层材料的峰值应变增大,峰值应力、模量、应变能密度和脆性指数均减小.

固化铁尾矿砂基层材料的工程应用可行性研究

为提高铁尾矿砂的大规模资源化利用,研究铁尾矿砂掺入基层混合料之中性能及工程应用的可行性。由于铁尾矿砂超细颗粒的材料属性,其与水泥固化作用有限,因此采用“固化剂+铁尾矿砂+铣刨料+水”拌和后作为基层混合料,将其应用到路面基层,并对铁尾矿和含铁尾矿基层混合料进行了一系列试验和分析。研究结果表明,固化铁尾矿砂基层材料工程应用满足国内规范要求,也为铁尾矿砂规模化应用提供了新思路。