[发明专利]基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法

说明书

本发明涉及工业固体废物再利用技术领域，具体公开了一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法。其步骤包括：拟定路面结构组合，确定路面结构中各结构层的材料类型与厚度；计算沥青面层各层对应的最大剪应力；计算沥青稳定铁尾矿层的容许车辙深度[R_r]，确定沥青稳定铁尾矿层的动稳定度容许值[DS]；设计沥青稳定再生集料层的级配组成，确定沥青最佳用量，然后测试沥青稳定铁尾矿的动稳定度DS；当DS[DS]，设计通过；当DS[DS]，重新设计并进行性能验证，使得DS[DS]，完成设计。本发明在设计时充分考虑了路面结构对材料的性能要求，大大提高了沥青路面的使用寿命，延迟维修年限；且有效处置利用了铁尾矿等工业固体废弃物，实现了经济效益与环境效益的协调统一。

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物铁尾矿的再利用技术领域，具体公开了一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法。

背景技术

铁尾矿是冶炼钢铁过程中产生的废弃物，主要成分是二氧化硅和金属氧化物，作为固体废弃物的重要组成部分，因其堆放量大、利用率低而成为工业难题。近年来，业内积极推进固体废弃物的污染整治，通过多种方式推动铁尾矿的资源化利用：一方面，通过提取铁尾矿中的有价元素，利用铁尾矿作为微晶玻璃、建筑陶瓷等的原料，提高资源的综合利用价值，减少了铁尾矿的储存量；另一方面，将其作为矿物采空区的回填材料，不仅消耗了铁尾矿的库存，而且降低了填料的成本，取得了一定的经济效益。但是由于历史积存量大，利用效率低、消耗库存量少，目前仍有大量的铁尾矿未被利用，大规模的铁尾矿堆积会占用大量土地，造成严重的环境污染与资源浪费。

随着我国公路交通事业的迅速发展，交通建设特别是道路建设对砂石材料的需求量与日俱增。由于砂石的大量消耗，且近几年环保政策收紧，很多地方砂石材料面临严重短缺、价格畸高的问题，无材可用、长距离运购成为常态，且砂石材料的开采破坏了生态环境，道路交通绿色高质量发展与砂石材料短缺矛盾日益突出，因此寻求砂石的合适替代材料显得尤为重要。虽然铁尾矿具有多种再利用途径，然而受技术水平、经济性、市场规模与政策等诸多因素的制约，大多数铁尾矿并未被充分再利用，仍有大量存余被露天堆放。倘若将铁尾矿利用于交通工程主体中(道路基层、面层)，不仅能大规模地消纳再利用原尾矿，而且能充分利用经处理过的低品质二次尾矿，实现铁尾矿的高品质多层级的高效再生利用，充分发挥了铁尾矿的应用价值，具有节约资源、保护环境的重要意义。

而现阶段我国尚没有沥青稳定铁尾矿的设计方法，在常规的使用方法中往往是按照现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的方法进行。与天然沥青稳定碎石相比，铁尾矿的二氧化硅含量高且属于酸性材料，且自身的含泥量偏高，随着铁尾矿掺量的不断增加，这些因素都会影响铁尾矿集料与沥青的粘附性，进一步导致铁尾矿沥青混合料的整体稳定性变差；其次，铁尾矿的针片状含量偏高且力学性能较差，集料颗粒之间的嵌挤作用较差，容易出现集料破碎的现象，导致部分集料的抗剪切能力不足，难以抵抗车辆荷载进而部分集料被压碎形成车辙；最后，沥青混合料的用油量随着铁尾矿掺量的增加而增加，当温度不断升高时，容易泛油，产生车辙变形，使动稳定度逐渐减小。以上因素导致沥青稳定铁尾矿与传统的沥青稳定碎石在粘附性、力学特性、路用性能等方面存在较大差异。

因此，针对铁尾矿本身的技术性质，根据各结构层的性能要求有针对性、有侧重地选择原材料并进行混合料的优化设计，并根据交通量、使用环境等进行有针对性的路用性能检验。提出一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法，旨在以科学的理论与方法设计出一种性能优越的材料用于路面结构，在保证路面使用性能的同时也符合环保的理念，对于铁尾矿这种固体废弃物进行有效利用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于结构与材料一体化的沥青稳定铁尾矿抗车辙配合比设计方法。该方法步骤简单，针对工业固体废弃物铁尾矿的技术性质展开合理设计，投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有的沥青稳定铁尾矿设计方法不能实现路面结构与材料一体化控制车辙的缺陷。