锌矿渣在道路基层材料中的应用_刘军.pdf

：锌矿渣在道路基层材料中的应用刘军，李健超，毛新亚，赵晶（大连交通大学土木工程学院，大连 ）摘要：将锌矿渣掺入道路基层材料水泥稳定碎石和水泥粉煤灰稳定碎石中，研究了不同的掺量对基层材料的力学性能和抗冻性能的影响。通过击实试验，得出了最佳含水量和最大干密度。由无侧限抗压强度试验发现锌矿渣掺入水泥稳定碎石基层材料中，掺量为 时效果最佳，掺量 以下都能满足规范要求。在水泥粉煤灰碎石基层材料中掺入 的锌矿渣，其无侧限抗压强度最高。冻融试验研究发现掺入锌矿渣的基层材料 下降幅度较小，抗冻性能保持良好。关键词：基层材料；锌矿渣；力学性能；抗冻性 ，（，）：，：；收稿日期：作者简介：刘军（），博士，副教授 ：道路基层形式中的半刚性基层，具有板体性好、强度和承载能力强的优势，其材料是采用无机结合稳定粒料。目前各种工业废渣成功的应用于半刚性道路基层中，降低了工程造价，减少了工业废渣带来的环境负担。论文研究有色金属冶炼废渣锌矿渣应用于道路基层材料中的可行性及最佳的应用途径。实验研究原材料实验采用大连小野田生产的 普通硅酸盐水泥；采用普通石灰石碎石，其压碎值为，碎石的级配接近骨架密实型级配中值进行设计，碎石级配见表。所用锌矿渣性质见表和表。采用大连华能电厂生产的级粉煤灰，其物理力学性能见表。表碎石级配筛孔 通过率 表锌矿渣颗粒通过率粒径 通过率 建材世界 年第 卷第期表锌矿渣的主要化学成分化学组成 其它含量 表粉煤灰物理力学性能等级密度（）细度（方孔筛）含水率需水量比比表面积（）活性指数 级 水泥稳定锌矿渣碎石性能研究击实试验与强度试验结果分析对锌矿渣掺量为、的水泥稳定碎石材料进行了击实试验，得出不同掺量锌矿渣的水泥稳定碎石材料的最大干密度和最佳含水量，测试了不同掺量锌矿渣的水泥稳定碎石材料的无侧限抗压强度，试验结果见表。表锌矿渣掺量与性能的关系锌矿渣掺量最佳含水量最大干密度（）强度 强度 随着锌矿渣掺量的不同，水泥锌矿渣稳定碎石的最佳含水量和最大干密度也随之变化，水泥锌矿渣稳定碎石最佳含水量的变化规律是先升高再降低。当锌矿渣掺量为 时，其和 无侧限抗压强度都达到了最大，分别为 和 。当锌矿渣掺量达到，最大干密度有明显的下降，水泥锌矿渣稳定碎石的和 的无侧限抗压强度都随之下降，见图。水泥稳定碎石材料中水泥作为胶凝材料与一定级配的碎石相互嵌挤经压实形成一定强度的基层材料。向水泥稳定材料中掺入锌矿渣后，首先可以改善材料的级配，使材料之间的嵌挤更充分，密实性更好，无侧限抗压强度有所提高；其次，锌矿渣中的 和 含量高，具有一定的活性，锌矿渣的活性物质在水泥激发下发生水化反应产生水化产物，这些水化产物具有一定的胶凝能力，使集料之间的胶凝作用更好。但是当锌矿渣掺量达到 时，水泥锌矿渣稳定碎石的和 的无侧限抗压强度都随之下降，这是因为其中的碎石掺量降低，集料之间的相互嵌挤作用效果下降，降低了其密实性。根据水泥稳定碎石类公路基层材料的要求（），锌矿渣掺量 的水泥稳定碎石材料均可以应用于重交通的道路基层之中，锌矿渣掺量为 的水泥稳定碎石材料可应用于二级公路基层之中。冻融试验结果分析对锌矿渣掺量为、的水泥稳定碎石材料进行了冻融试验，得出不同掺量锌矿渣的水泥稳定碎石材料 的冻融前后的无侧限抗压强度。试件的冻融循环试验结果如表所示。建材世界 年第 卷第期表冻融循环试验结果锌矿渣掺量冻前强度 冻后强度 式中，为经次冻融循环后试件的抗压强度损失，；为对比试件的抗压强度，；为次冻融循环后试件的抗压强度，。锌矿渣掺量不同的水泥稳定碎石材料，在经过冻融循环后，无侧限抗压强度都有一定的损失，强度损失不大，且 差别也不大。水泥稳定碎石材料中掺入锌矿渣，并没有降低，说明锌矿渣的掺入，其抗冻性能仍保持良好。水泥粉煤灰稳定锌矿渣碎石性能研究击实试验与强度试验结果分析试验采用的水泥剂量为，水泥粉煤灰比为（粉煤灰剂量为）。水泥粉煤灰稳定碎石基层材料中锌矿渣掺量为、。不同掺量锌矿渣的水泥粉煤灰稳定碎石材料的最大干密度、最佳含水量及无侧限抗压强度见表及图。表锌矿渣掺量与性能的关系锌矿渣掺量最佳含水量最大干密度（）强度 强度 向水泥粉煤灰稳定碎石材料掺入 的锌矿渣，其、无侧限抗压强度有明显提升，分别增长了 和。当锌矿渣的掺量为 时，其无侧限抗压强度达到最大 ，比未掺锌矿渣的水泥粉煤灰稳定碎石材料增长了，无侧限抗压强度增长了。锌矿渣掺量为 的水泥稳定碎石材料，其 无侧限抗压强度比无侧限抗压强度增长了。说明锌矿渣的活性在后期逐渐发挥，使其强度大幅度提升。水泥粉煤灰稳定锌矿渣碎石中的锌矿渣发挥了重要作用，良好的级配和活性物质的共同作用，使其密实效果达到最佳，无侧限抗压强度达到最大。当锌矿渣掺量为 时，其和 无侧限抗压强度都开始下降，当水泥粉煤灰稳定碎石材料中锌矿渣掺量为 时，其和 无侧限抗压强度继续下降。冻融试验结果分析试验对锌矿渣掺量为、的水泥粉煤灰稳定碎石材料进行了冻融试验，得出了不同掺量锌矿渣的水泥粉煤灰稳定碎石材料的 的冻融前后的无侧限抗压强度，试验结果如表所示。建材世界 年第 卷第期表冻融循环试验结果锌矿渣掺量冻前强度 冻后强度 锌矿渣掺量不同的水泥粉煤灰稳定碎石材料，在经过冻融循环后，无侧限抗压强度都会减小，强度损失不大。水泥粉煤灰稳定锌矿渣碎石材料经过次冻融循环，无侧限抗压强度下降了。当水泥粉煤灰稳定碎石材料中掺入 锌矿渣，经过次冻融循环，其 比水泥粉煤灰稳定碎石材料提高，抗冻性能提升。当水泥粉煤灰稳定碎石材料中掺入 锌矿渣，经过冻融循环，无侧限抗压强度下降。当水泥稳定碎石材料中继续掺入锌矿渣，其 和掺量 的水泥粉煤灰稳定碎石材料基本持平，抗冻性能保持良好。结论有色金属冶炼排放的锌矿渣应用在道路基层材料上，吃进量大，减排效果明显。经过试验研究将锌矿渣应用在水泥稳定碎石和水泥粉煤灰稳定碎石材料中是可行的。水泥稳定碎石材料中掺入锌矿渣，可以改善材料的强度性能，掺入 的锌矿渣的水泥稳定碎石材料的无侧限抗压强度最高，抗冻性能保持良好，锌矿渣掺量 以下的水泥稳定碎石材料都能满足规范要求。在水泥粉煤灰稳定碎石材料中掺入 的锌矿渣，其无侧限抗压强度最高，抗冻性能保持良好。参考文献郭双祯，张璠，李现龙湿法冶锌废渣中有价金属回收研究进展化工环保，（）：王戬高炉冶炼炼铁技术工艺及应用研究黑龙江冶金，（）：孙燕，刘和峰，刘建明，等有色金属尾矿的问题及处理现状金属矿山，（）：，赵武，霍成立，刘明珠，等有色金属尾矿综合利用的研究进展中国资源综合利用，（）：，：，（）：建材世界 年第 卷第期