王緒旺，張豪

（商洛學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學(xué)院，陜西商洛 726000）

鐵尾礦堆存量的逐年增加需要大量尾礦庫的建設(shè)與運營，不僅需要大量的人力物力和財力，而且尾礦庫本身就是一個巨大的環(huán)境污染源，占用大量土地資源、形成巨大的安全隱患，嚴重威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全，鐵尾礦一般為細粒級，若用以代替級配碎石做路基，則一般不需要再加工，這樣既可以降低工程造價，又能大量利用鐵尾礦，還能創(chuàng)造較高的經(jīng)濟效益和社會效益，是非常值得推廣的技術(shù)[1]。從國內(nèi)外鐵尾礦的室內(nèi)研究和工程應(yīng)用可以看出，鐵尾礦具有作為道路材料的潛力，研究表明，穩(wěn)定的鐵尾礦混合料機械性能夠達到二級及二級以下公路基層或底基層的標準，也可以達到一級及高速公路底基層設(shè)計標準，但要達到一級及高速公路基層設(shè)計標準還有一定的困難[2]。將固體廢棄物再生材料作為道路建設(shè)材料使用，具有降低成本、改善鋪面或鋪裝性能的優(yōu)勢，但再生材料要確保應(yīng)用過程中不會引發(fā)長期的負面影響，如污染物、毒性化學(xué)品向土壤和地下水中浸出，道路工程固體廢棄物產(chǎn)品環(huán)境污染的預(yù)防措施可基于源頭控制和路徑控制[3]。將鐵尾礦資源化利用于綠色道路建設(shè)工程中，通過高效處理大量鐵尾礦固體廢棄物，使鐵尾礦砂的有害物質(zhì)符合規(guī)定外，還應(yīng)符合我國環(huán)保和安全相關(guān)標準和規(guī)范，不應(yīng)對人體、生物、環(huán)境及混凝土、砂漿性能產(chǎn)生有害影響[4]，因此，對鐵尾礦用于道路建設(shè)的環(huán)境安全適應(yīng)性進行研究，是判定鐵尾礦能否作為環(huán)境友好型筑路材料而被大規(guī)?；瘧?yīng)用于道路建設(shè)具有重要的意義。

1 鐵尾礦路用試樣的制備

1.1 鐵尾礦取樣

以商洛小嶺鎮(zhèn)同一廠礦業(yè)公司連續(xù)生產(chǎn)的大西溝鐵尾礦不超過600 t 為一個批次進行取樣研究，在鐵尾礦堆存區(qū)將表層鏟除后抽取鐵尾礦試樣10 份，每份鐵尾礦試樣質(zhì)量為5±0.1 kg。

1.2 鐵尾礦試樣的處理

按各項試驗的標準樣品重量要求，將鐵尾礦試樣采用人工四分法[5]進行制備，制備樣品過程中實驗室環(huán)境溫度保持在20±5 ℃。

2 鐵尾礦路用環(huán)境安全適用性

2.1 礦物化學(xué)組成成分含量的測定

鐵尾礦砂試樣中礦物化學(xué)成分不僅決定于該成分的含量，而且決定于試樣的粒度，標準樣品的粒度要求不超過200 目的約占99%，因此必須使分析試樣與分析標準樣品基本上具有相同粒度或粒度分布[6]。利用勺取法，從混合均勻的樣品中分4 點取樣，將每次小勺中取得的樣品全部導(dǎo)入循環(huán)池中，不得抖出或保留勺中的樣品。用激光粒度儀按照儀器分析軟件中預(yù)先設(shè)置好的折射率和吸收率進行測試，測量3 次取平均值[7]，經(jīng)測定，鐵尾礦砂試樣的粒度分布結(jié)果見表1 所示。

表1 鐵尾礦砂粒度組成

由表1 可以看出，鐵尾礦砂樣品的粒度不超過200 目（0.074 mm）的約占29.8%，沒有達到標準樣品的粒度要求。為保證鐵尾礦砂試樣中礦物化學(xué)成分檢測的精確性，應(yīng)先將鐵尾礦砂試樣磨細至規(guī)范要求，再用礦石X 射線熒光光譜定性半定量分析鐵尾礦廢渣各化學(xué)成分含量。在環(huán)境溫度23 ℃，相對濕度50%的試驗環(huán)境下，用X 射線熒光光譜儀（PW4400/40）測定其化學(xué)組成，結(jié)果見表2 所示。

表2 鐵尾礦砂礦物主要化學(xué)組成成分

表2 中所測定鐵尾礦砂中的硫化物及硫酸鹽（按照SO3質(zhì)量計）含量為2.89%，大于鐵尾礦砂硫化物及硫酸鹽（按照SO3質(zhì)量計）含量不得大于0.5%的要求[8]。

2.2 放射性物質(zhì)的檢測

檢測儀器為高純鍺多道γ 能譜儀GEM-30P，天平（感量0.1 g），隨機抽取樣品兩份，試樣處理后每份質(zhì)量為2.2 kg。將檢驗樣品破碎磨細至粒徑不大于0.16 mm，稱質(zhì)量（精確至0.1 g）、密封。密封靜置20 d 至待檢試樣中天然放射性衰變基本達到平衡穩(wěn)定后，在環(huán)境溫度22.4 ℃，濕度30%的試驗條件，檢測 Ra-226、Th-232、K-40 比活度（kg），計算內(nèi)照射指數(shù) IRa和外照射指數(shù) Iγ[9]，如表 3 所示。

表3 鐵尾礦砂放射性物質(zhì)檢測

根據(jù)文獻[9]中規(guī)定，建筑主體材料應(yīng)同時滿足 IRa≤1.0 和 Iγ≤1.0；裝飾裝修材料 A 類同時滿足 IRa≤1.3 和 Iγ≤1.9；C 類滿足 Iγ≤2.8。

2.3 有害物質(zhì)和泥土石粉含量的測定

鐵尾礦砂中的有害物質(zhì)主要是氯化物（以氯離子質(zhì)量計）、硫酸鹽、有機質(zhì)、泥土石粉，測定以上有害物質(zhì)含量的試驗依據(jù)為《建設(shè)用砂》《公路工程集料試驗規(guī)程》[10-11]。

表4 有害物質(zhì)和泥土石粉的含量

表4 中所測定鐵尾礦砂中氯離子含量、有機質(zhì)含量、 泥土石粉含量滿足環(huán)境安全應(yīng)用指標，可以充當細集料用于工程建設(shè)； 但硫酸鹽含量2.89%，超過細集料中硫酸鹽指標限量的6 倍，當用作筑路材料時，應(yīng)采取措施控制硫酸鹽含量不超過0.50%。

2.4 亞甲藍值和砂當量的測定

對鐵尾礦砂試樣采用四分法進行縮分，干燥后稱量200 g 鐵尾礦（精確至0.1 g），按照文獻[11]的要求進行亞甲藍試驗，計算出亞甲藍值MBV；將通過4.75 mm 方孔篩的鐵尾礦砂試樣采用四分法進行縮分并干燥，稱量120 g 鐵尾礦（精確至0.1 g），同樣按照文獻[11]的要求進行砂當量試驗，計算出砂當量值SE，結(jié)果見表5 所示。

表5 亞甲藍值和砂當量的測定

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對高速、一級公路瀝青混合料用細集料的砂當量、亞甲藍值分別提出了不小于60%、不大于25 g·Kg－1的要求[12]，由表5 可知，所測定的鐵尾礦砂亞甲藍值為 0.5 g·Kg－1、砂當量 89%，砂當量、亞甲藍值均能夠滿足細集料的指標要求，所以本組試樣所代表的鐵尾礦砂能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)細集料應(yīng)用于高速、一級公路中的瀝青混合料中。

2.5 顆粒級配的測定及粗細程度評定

對鐵尾礦砂試樣干燥，稱量500 g 鐵尾礦（精確至0.1 g），按照文獻[11]采用集料篩分析試驗水洗法進行測定鐵尾礦砂的顆粒級配，見表6 所示。

表6 鐵尾礦砂級配組成

由表6 中的數(shù)據(jù)，計算鐵尾礦砂的細度模數(shù)μf，精確至0.01。

式中：A0.15、A0.30、A0.60、…、A4.75分別為各篩上的累計篩余百分率（%）。

按照式(1)進行計算鐵尾礦砂的細度模數(shù)[13]，經(jīng)計算 μf=1.50，滿足 0.7＜μf≤1.5，所以鐵尾礦砂屬于特細砂。

為了更直觀地反映鐵尾礦砂的顆粒級配情況，將表6 的累計篩余百分率數(shù)據(jù)繪制在以累計篩余百分率為縱坐標，篩孔尺寸為橫坐標的標準Ⅰ區(qū)（粗砂）、Ⅲ區(qū)（細砂）級配范圍（表7）的篩分析曲線圖里，如圖1 所示，由此判斷該鐵尾礦砂顆粒級配情況。

在圖1 中，鐵尾礦砂的累計篩余顯示方孔篩篩孔尺寸為 4.75、2.36、1.18、0.6、0.3 mm 時均沒有落在建筑用砂標準Ⅰ區(qū)、 Ⅲ區(qū)級配范圍內(nèi)；篩孔尺寸為0.15 mm 時位于Ⅲ區(qū)砂為細砂區(qū)范圍內(nèi)，顯示鐵尾礦砂屬于特細砂。鐵尾礦砂屬于Ⅲ區(qū)外特細砂，說明鐵尾礦含有細粒過多，細粒含有過多的混合料，密實度降低，變形積累過大，不宜用于修筑路面[14]。用鐵尾礦配制的混凝土和易性里的粘聚性、保水性能夠達到預(yù)期效果，但因顆粒較細使得混凝土表現(xiàn)為干縮性大，容易產(chǎn)生微裂縫[15]，所以在使用時候宜適當控制砂率，最好采用人工級配的方法摻加一定比例的粗砂進行改善顆粒級配，提高路用拌合料細集料的級配良好性。

表7 砂的Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)顆粒累計篩余百分率（GB/T 14684-2001）

圖1 鐵尾礦砂的篩分析

3 討論與結(jié)論

為了能將鐵尾礦資源化應(yīng)用于道路建設(shè)中，對其環(huán)境安全適應(yīng)性進行系列試驗研究，通過各試驗測定的指標數(shù)據(jù)與路用材料的環(huán)境安全應(yīng)用指標要求進行比較分析，得出鐵尾礦砂試樣的筑路環(huán)境安全適應(yīng)性表現(xiàn)如下。

1）鐵尾礦的放射性 Ra-226、Th-232、K-40 活度濃度滿足建筑主體材料、 裝飾裝修材料A 類的要求，可以用于生產(chǎn)各類建筑材料。

2）鐵尾礦砂中氯離子含量、有機質(zhì)含量、泥土石粉含量滿足細集料環(huán)境安全應(yīng)用指標；硫酸鹽含量2.89%，超過細集料中硫酸鹽指標限量的6 倍，當用作筑路材料時，應(yīng)采取措施控制硫酸鹽含量不超過0.50%。

3）鐵尾礦的亞甲藍值和砂當量滿足高速、一級公路中的瀝青混合料中關(guān)于細集料的環(huán)境安全應(yīng)用指標，可用作路用混合料的細集料。

4）鐵尾礦砂屬于Ⅲ區(qū)外特細砂，細粒含有過多將導(dǎo)致混合料的密實度降低，變形積累過大，配制的混凝土和易性里的粘聚性、保水性能夠達到預(yù)期效果，但因顆粒較細使得混凝土表現(xiàn)為干縮性大，容易產(chǎn)生微裂縫，所以在使用時候宜適當控制砂率，最好采用人工級配的方法摻加一定比例的粗砂進行改善顆粒級配，提高路用拌合料細集料的級配良好性。