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CN108191316B - 一种矿石尾砂水硬性道路材料及其制备方法 - Google Patents

一种矿石尾砂水硬性道路材料及其制备方法 Download PDF

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CN108191316B
CN108191316B CN201810075750.3A CN201810075750A CN108191316B CN 108191316 B CN108191316 B CN 108191316B CN 201810075750 A CN201810075750 A CN 201810075750A CN 108191316 B CN108191316 B CN 108191316B
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Abstract

本发明提供了一种矿石尾砂水硬性道路材料及其制备方法,所述道路材料由以下重量百分比的原料制成:矿石尾砂84%‑91%,粉煤灰0‑8%、石膏0‑5%、水泥3%‑10%,固化剂0.2‑1%,其中固化剂包括以下原料及其质量的百分比为:阴离子螯合物1‑3%、纳米氧化物0.01‑0.035%、交联剂0.1‑0.2%、氧化喹啉0.1‑0.5%、金属盐1‑5%,所述固化剂还包括减水剂、固化促进剂和抗渗剂。本发明利用矿石尾砂进生产道路材料,可代替传统的道路基层和道路水稳层,将其二合一,施工方便,减少对环境的污染,而且变废为宝;形成的道路层抗裂性强、不易腐蚀,使用寿命长。

Description

一种矿石尾砂水硬性道路材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程建设领域,具体是一种矿石尾砂水硬性道路 材料及其制备方法。
背景技术
公路建设行业是经济体的基础产业,在国民经济的发展中起至关 重要的作用。目前,我国公路在客运量、货运量、客运周转量等方面 均遥遥领先于其他运输方式的总和。但是,随着道路尤其是高速公路 建设的迅猛发展,大面积道路过早破坏的问题也非常突出。许多新建 或新近大修的国道、省道都出现过严重的早期破坏,与设计使用年限 相差甚远。混凝土路面过早破坏的原因有设计、施工和使用方面的原 因。
随着生产技术的发展,越来越多的矿产资源被开采,可利用矿产 资源迅速减小,资源需求与资源短缺的矛盾日益突出。目前,我国 尾矿综合回收利用率仅为7%左右,绝大部分以尾矿形式堆存。尾矿 堆存不仅占用大量土地还严重污染环境,主要表现为尾矿中的残留药 剂和尾矿扬尘两个方面。尾矿中含有氰化物、硫化物、表面活性剂、 浮剂、絮凝剂等,若长期堆存将产生酸性水或有毒气体,对下游河流 或环境造成严重危害。另外,由于尾矿颗粒极细,干燥后若遇大风天 气极易扬尘影响周围环境。同时,在矿产资源的开采过程中,造成尾 矿资源的大量堆积,污染环境,给人类的生存带来了严重的威胁,并 且造成矿产资源的浪费。因此,有效开发利用尾矿资源,是减轻环境 污染的压力和缓解矿产资源紧缺问题的重要途径,具有巨大的经济效 益和社会效益。
传统道路基层材料包括水泥稳定土、石灰稳定土和二灰碎石。水 泥稳定土中,水泥作为一种水硬性材料,遇水产生胶体,这些胶体在 土壤中无法形成统一整体,并且还会破坏土壤本身的结构和连结,造 成大量的不稳定空间,这些空间在水的入侵和温度的变化下,会变得 非常脆弱,因此水泥稳定土形成的道路基层极易开裂,抗裂性差。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种矿石尾砂 水硬性道路材料及其制备方法,利用矿石尾砂生产道路材料,可代替 传统的道路基层和道路水稳层,将其二合一,施工方便,减少对环境 的污染,形成的道路基层抗裂性强、不易腐蚀,使用寿命长。
一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下重量百分比 的原料制成:矿石尾砂84%-91%、粉煤灰0-8%、石膏0-5%、水泥 3%-10%、固化剂0.2-1%,其中所述矿石尾砂的含水率为5%-15%, 所述固化剂由以下物质按照质量分数配置而成的水溶液:
阳离子螯合物1-3%
纳米氧化物0.01-0.035%
交联剂0.1-0.2%
氧化喹啉0.1-0.5%
金属盐1-5%
减水剂0-5%
固化促进剂0-3%
抗渗剂0-1%
烷基苯磺酸钠0-2%
缓凝剂0-1%
余量为水,
所述阳离子螯合物是由螯合剂与金属离子螯合而成,其螯合剂选 用乙二胺四乙酸(EDTA),二亚乙基三胺五乙酸,葡萄糖酸(GA);
所述纳米氧化物为纳米氧化钴、纳米氧化锆,纳米氧化铈中的一 种或多种组合;
所述交联剂为胺类化合物或醛类化合物,包括乙二胺、丙二胺、 三亚乙基四胺、正丁醛、糠醛、苯甲醛、多聚甲醛中的一种或多种;
所述金属盐为硫酸镁、硫酸锰、硫酸锌、硅酸钠、硫酸铬中的一 种或多种。
进一步的,所述减水剂为萘磺酸甲醛缩合物、三聚氰胺甲醛树脂 中的一种或多种。
进一步的,所述抗渗剂是氯化钙、硅藻土、醋酸乙烯、聚乙烯醇 中的一种或多种。
进一步的,所述固化促进剂为三乙醇胺、二甲基苯胺、2,4,6-三(二 甲基氨基甲基)苯酚、甲基四氢苯酐中的一种或多种。
进一步的,所述缓凝剂为硼砂、磷酸钠、氟化钠、硝酸钙的一种 或几种。
进一步的,所述石膏为包括硬石膏、氟石膏、烧石膏一种或几种。
进一步的,所述矿石尾砂为金矿尾砂、铅锌矿尾砂、铁矿尾砂、 钨矿尾砂中的一种或多种。
一种矿石尾砂水硬性道路材料的制备方法,具体步骤如下:
(1)将常规的含水率为15-25%的矿石尾砂压滤或者自然晾晒2-3 天,使其含水率降为5%-15%,再采用碾压、破碎、研磨处理成为粒度 为200-300目以上的均匀细粉料,
(2)将以下原料按照质量分数配置成水溶液:阳离子螯合物 1-3%、纳米氧化物0.01-0.035%、交联剂0.1-0.2%、氧化喹啉0.1-0.5%、 金属盐1-5%、减水剂0-5%、固化促进剂0-3%、抗渗剂0-1%、烷基苯 磺酸钠0-2%、缓凝剂0-1%、余量为水,得到固化剂,
(3)按照原料的重量配比矿石尾砂84%-91%、粉煤灰0-8%、石 膏0-5%、水泥3%-10%、固化剂0.2-1%,将步骤(1)所得矿石尾砂与 水泥混合均匀,再加入粉煤灰和石膏混合均匀,最后加入固化剂混合, 均匀,得到预混料,并控制预混料的含水率为10%~16%,得到矿 石尾砂水硬性道路材料;
(4)将步骤(3)所得的矿石尾砂水硬性道路材料于混合后0-72 小时内通过压路机压实整平,其压实之后材料的密实度大于 2.10g/cm3
本发明的原料为矿石尾砂、普通水泥、粉煤灰、石膏和固化剂, 在搅拌过程中利用矿石尾砂本身的水分,不需另外加水,使水泥发生 缺水反应,改变水泥的反应路径,利用固化剂的有效激活成分减少硅 酸二钙疏松晶体的大量形成,使硅酸三钙迅速聚晶形成网状结构晶 体,硅酸三钙晶体的强度虽然没有硅酸二钙晶体的强度大,但是其耐 水侵蚀性高;而且硅酸三钙聚晶有序排列性高,其间隙容易被小分子 填充,矿石尾砂中含有大量的非晶、单晶或片晶类小分子化合物, 其分子体积小,化学稳定性高,容易进入硅酸三钙晶体间隙中,增加 其强度,既能达到水稳性要求,也能达到水硬性要求;
本发明固化剂中的阳离子螯合物是由金属阳离子与螯合剂螯合而 成,可以促使水泥中的硅酸三钙聚晶形成;纳米氧化物可以使阳离子 螯合剂从聚晶材料中解脱出来,再次聚晶;交联剂的主要作用是加快 硅酸三钙的聚晶;氧化喹啉可以使整个缺水情况的反应更加稳定,网 络很多水分子,形成水膜,保证晶体反应有足够的时间和空间;金属 盐主要是阻止硅酸三钙在段时间内向硅酸二钙转变。
本发明的有益效果:(1)本发明的整个反应不需要另外加水,处 于缺水反应,与现有水泥反应路径完全不同,在进行施工时,直接采 用干粉压制,简化了施工过程,降低了施工成本,而且该路基材料在 外界压力的作用下,其强度能够快速达到要求,形成的路基材料层既 能达到水稳性要求,也能达到水硬性要求;
(2)本发明以矿石尾砂为主要原料,通过添加一定量的有机/无机 结合料固化矿石尾砂,改善了矿石尾砂的吸水性、稳定性和铺筑材料 强度,从而达到公路路面基层的施工条件,使有害物质浸出量符合环 保标准,利用矿石尾砂中的小分子晶体或片晶物质的性能,使其在外 界压力作用下,快速进入了水泥缺水反应形成的硅酸三钙网状晶体 内,对其间隙进行填充,增加了材料的强度,使整个路基层不需要添 加不任何骨料便可达到强度要求;
(3)本发明将矿石尾砂作为道路基层材料的主要原料,使矿石尾 砂的利用率超过85%,变废为宝,解决了现有矿石尾砂大量堆放占用 空间,且污染环境的问题;
(4)本发明中的中的固化剂可有效固化主废料中的有害成分,不 需要不需要对废料进行任何特殊处理,经过水分调整后直接利用,而 且水分调整可以采用常规的方式进行调整,不需要单独的设备,整个 工艺简单;
(5)本发明中的路基材料施工得到的路基层只有一层,可代替 传统的道路基层和道路水稳层,将其二合一,其结构简单,缩短了公 路的施工周期,铺好的路基材料层只需要24小时便可以铺面料层,并 能防止面料层出现开裂现象,施工方便,减少对环境的污染,形成的 道路基层抗裂性强、不易腐蚀,使用寿命长。
(6)本发明中施工的路基层具有柔性、反弹性,其强度达到了现 有公路路基的设计要求,并具有抗压性,对水具有很强的抵御能力, 能够使公路的寿命延长5-10年。
(7)缓凝剂、抗渗剂及减水剂能够改善产品的抗压、抗渗、强度 等性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
以下实施中的矿石尾砂在生产出来是其水分含量为15-25%,在 使用之前,可以通过压滤装置在压滤过程中直接将其水分调整为 5-15%;或者将矿石尾砂堆放晾晒一段时间,然后将取表层较干的矿 石尾砂与新鲜的矿石尾砂进行搅拌,并在搅拌过程中监控其水分,将 其水分调整至5-15%。
实施例一:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以 下重量百分比的原料制成:金矿尾砂91%、水泥8.5%、固化剂0.5%, 所述固化剂由以下物质按照质量分数配置而成的水溶液:
阳离子螯合物3%
纳米氧化锆0.02%
纳米氧化铈0.01%
乙二胺0.03%
正丁醛0.1%
氧化喹啉0.2%
硫酸锰3%
硫酸锌1.5%
萘磺酸甲醛缩合物2%
聚乙烯醇0.8%
二甲基苯胺2%
硝酸钙0.8%
烷基苯磺酸钠0.5%
余量为水,
其中,所述阳离子螯合物是由镁离子与乙二胺四乙酸(EDTA)螯 合形成的金属离子螯合物。
实施例二:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:铅锌矿尾砂90%、粉煤灰4%、水泥5.8%、 固化剂0.2%,所述固化剂由以下物质按照质量分数配置而成的水溶 液:
阳离子螯合物3%
纳米氧化锆0.035%
乙二胺0.2%
氧化喹啉0.1%
硫酸锰4%
萘磺酸甲醛缩合物3%
氟化钠1%
烷基苯磺酸钠1%
余量为水,
其中,所述阳离子螯合物是由镁离子与二亚乙基三胺五乙酸螯合 形成的金属离子螯合物。
实施例三:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:铁矿尾砂89%、硬石膏4%、水泥6.6%、 固化剂0.4%,所述固化剂由以下物质按照质量分数配置而成的水溶 液:
阳离子螯合物2.5%
纳米氧化锆0.01%
纳米氧化钴0.01%
乙二胺0.05%
多聚甲醛0.07%
氧化喹啉0.25%
硫酸锰2%
硫酸铬3%
醋酸乙烯1%
甲基四氢苯酐1%
磷酸钠1%
烷基苯磺酸钠1%
余量为水,
其中,所述阳离子螯合物是由钙离子与乙二胺四乙酸(EDTA)螯 合形成的金属离子螯合物。
实施例四:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:金矿尾砂88%、粉煤灰1%、烧石膏1%、 水泥9.4%、固化剂0.6%,所述固化剂由以下物质按照质量分数配置 而成的水溶液:
阳离子螯合物2%
纳米氧化锆0.03%
乙二胺0.1%
氧化喹啉0.1%
硫酸锰4%
三乙醇胺1%
氯化钙0.5%
余量为水,
所述阳离子螯合物是由二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)与镁离子螯 合形成的金属离子螯合物;
实施例五:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:钨矿尾砂87%、粉煤灰6%、氟石膏2%、 水泥4.4%、固化剂0.4%,所述固化剂是由以下物质按照质量分数配 置而成的水溶液:
阳离子螯合物1.5%
纳米氧化钴0.02%
纳米氧化锆0.01%
三亚乙基四胺0.03%
丙二胺0.1%
氧化喹啉0.2%
硫酸锰5%
醋酸乙烯0.5%
聚乙烯醇0.3%
三乙醇胺2%
氟化钠1%
烷基苯磺酸钠1%
余量为水,
所述阳离子螯合物是由铁离子与乙二胺四乙酸(EDTA)螯合形成 的金属离子螯合物。
实施例六:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:金矿尾砂85%、粉煤灰4%、烧石膏1%、 硬石膏2%、水泥7%、固化剂1%,所述固化剂是由以下物质按照质 量分数配置而成的水溶液:
阳离子螯合物2%
纳米氧化锆0.02%
纳米氧化钴0.015%
乙二胺0.1%
丙二胺0.1%
氧化喹啉0.3%
硫酸锰2%
硫酸镁3%
氯化钙0.7%
聚乙烯醇0.2%
2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚2%
氟化钠0.5%
硝酸钙0.4%
烷基苯磺酸钠2%
余量为水,
所述阳离子螯合物葡萄糖酸(GA)与铁离子螯合形成的金属离子螯 合物。
实施例七:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:钨矿尾砂84%、粉煤灰5%、烧石膏5%、 水泥5.5%、固化剂0.5%,所述固化剂是由以下物质按照质量分数配 置而成的水溶液:
阳离子螯合物1.5%
纳米氧化锆0.031%
糠醛0.1%
苯甲醛0.06%
氧化喹啉0.1%
硫酸锰4.5%
萘磺酸甲醛缩合物2%
氯化钙0.5%
三乙醇胺3%
硝酸钙1%
烷基苯磺酸钠1%
余量为水,
所述阳离子螯合物为乙二胺四乙酸(EDTA)与铁离子螯合形成的 金属离子螯合物。
实施例八:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:铁矿尾砂86%、粉煤灰2%、氟石膏5%、 水泥6.6%、固化剂0.4%,所述固化剂是由以下物质按照质量分数配 置而成的水溶液:
阳离子螯合物3%
纳米氧化锆0.01%
乙二胺0.04%
糠醛0.08%
氧化喹啉0.2%
硫酸锰5%
三聚氰胺甲醛树脂1%
聚乙烯醇0.6%
三乙醇胺3%
氟化钠1%
烷基苯磺酸钠1%
余量为水,
所述阳离子螯合物是由钙离子与葡萄糖酸(GA)螯合形成的金属离 子螯合物。
实施例九:一种矿石尾砂水硬性道路材料,所述道路材料由以下 重量百分比的原料制成:铁矿尾砂90%、粉煤灰1%、硬石膏2%、 水泥6.5%、固化剂0.5%,所述固化剂是由以下物质按照质量分数配 置而成的水溶液:
阳离子螯合物2%
纳米氧化锆0.03%
乙二胺0.07%
苯甲醛0.05%
氧化喹啉0.5%
硫酸锰5%
萘磺酸甲醛缩合物3%
聚乙烯醇1%
三乙醇胺3%
磷酸钠1%
烷基苯磺酸钠1%
余量为水,
其中,所述阳离子螯合物是由钙离子与乙二胺四乙酸(EDTA)螯 合形成的金属离子螯合物。
上述实施例1-9的道路材料的制备方法为:(1)将常规的含水率 为15-25%的矿石尾砂压滤或者自然晾晒2-3天,使其含水率降为 5%-15%,再采用碾压、破碎、研磨处理成为粒度为200-300目以上的 均匀细粉料,(2)按照实施例1-9的配比配制固化剂,(3)按照实施 例1-9中原料的配比,将步骤(1)所得矿石尾砂与水泥混合均匀,再 加入粉煤灰和石膏混合均匀,最后加入固化剂混合,均匀,得到预混 料,并控制预混料的含水率为10%~16%,得到矿石尾砂水硬性道 路材料;(4)将步骤(3)所得的矿石尾砂水硬性道路材料于混合后 0-72小时内通过压路机压实整平,其压实之后材料的密实度大于 2.10g/cm3
下面针对实施例1-9中制备的混凝土材料进行抗压和水硬性测 试,其测试结果如下:
Figure RE-GDA0001592096140000151
通过上述测试可以看出,本发明中的矿石尾砂水硬性材料可以直 接作为道路路基层达到了常规水泥混凝土的强度要求,并且满足了水 硬性测试要求。
以上所述仅为本发明的具体实施方案的详细描述,并不以此限制 本发明,凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、等同替换和改进 等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述道路材料由以下重量百分比的原料制成:矿石尾砂84%-91%、粉煤灰0-8%、石膏0-5%、水泥3%-10%、固化剂0.2-1%,其中所述矿石尾砂的含水率为5%-15%,所述固化剂是由以下物质按照质量分数配置而成的水溶液:
阳离子螯合物1-3%
纳米氧化物0.01-0.035%
交联剂0.1-0.2%
氧化喹啉0.1-0.5%
金属盐1-5%
减水剂0-5%
固化促进剂0-3%
抗渗剂0-1%
烷基苯磺酸钠0-2%
缓凝剂0-1%
余量为水,
所述阳离子螯合物是由螯合剂与金属离子螯合而成,其螯合剂选用乙二胺四乙酸(EDTA),二亚乙基三胺五乙酸,葡萄糖酸(GA);
所述纳米氧化物为纳米氧化钴、纳米氧化锆,纳米氧化铈中的一种或多种组合;
所述交联剂为胺类化合物或醛类化合物,包括乙二胺、丙二胺、三亚乙基四胺、正丁醛、糠醛、苯甲醛、多聚甲醛中的一种或多种;
所述金属盐为硫酸镁、硫酸锰、硫酸锌、硅酸钠、硫酸铬中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述减水剂为萘磺酸甲醛缩合物、三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述抗渗剂是氯化钙、硅藻土、醋酸乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述固化促进剂为三乙醇胺、二甲基苯胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、甲基四氢苯酐中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述缓凝剂为硼砂、磷酸钠、氟化钠、硝酸钙的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述石膏为包括硬石膏、氟石膏、烧石膏一种或几种。
7.根据权利要求1所述的矿石尾砂水硬性道路材料,其特征在于所述矿石尾砂为金矿尾砂、铅锌矿尾砂、铁矿尾砂、钨矿尾砂中的一种或多种。
8.一种配制权利要求1-7任一项所述的矿石尾砂水硬性道路材料的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将常规的含水率为15-25%的矿石尾砂压滤或者自然晾晒2-3天,使其含水率降为5%-15%,再采用碾压、破碎、研磨处理成为粒度为200-300目以上的均匀细粉料,
(2)将以下原料按照质量分数配置成水溶液:阳离子螯合物1-3%、纳米氧化物0.01-0.035%、交联剂0.1-0.2%、氧化喹啉0.1-0.5%、金属盐1-5%、减水剂0-5%、固化促进剂0-3%、抗渗剂0-1%、烷基苯磺酸钠0-2%、缓凝剂0-1%、余量为水,得到固化剂,
(3)按照原料的重量配比矿石尾砂84%-91%、粉煤灰0-8%、石膏0-5%、水泥3%-10%、固化剂0.2-1%,将步骤(1)所得矿石尾砂与水泥混合均匀,再加入粉煤灰和石膏混合均匀,最后加入固化剂混合,均匀,得到预混料,并控制预混料的含水率为10%~16%,得到矿石尾砂水硬性道路材料;
(4)将步骤(3)所得的矿石尾砂水硬性道路材料于混合后0-72小时内通过压路机压实整平,其压实之后材料的密实度大于2.10g/cm3
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