一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法。

背景技术

铜渣是火法炼铜过程中产生的渣料，我国作为世界主要铜生产国, 每年铜渣排放量约2000多万t,渣中含有Fe、Cu、Zn、Pb、Co和Ni 等多种有价金属和Au、Ag等少量贵金属。一方面铜冶炼渣的粉尘容易污染大气，毒害人类和动植物，另一方面铜渣的堆积占用了大量的土地，堆放过程中有害物质会渗入土壤及流入江河，对生态系统造成损害。

路基水稳层是采用水泥、碎石、砂、石粉、水混合搅拌，通过压实，养护完成的路基结构，水稳成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。但目前的方法原料成本高，粉磨能耗较大，且制作步骤复杂，水稳层强度没有很大的提升。

由于铜渣的特性，目前大规模资源化利用途径主要集中在建筑材料技术领域。例如Zhang Zengqi等将铜渣加入磷酸镁钾水泥(MPC) 以增强其早期性能，结果表明40％铜渣的加入可以让MPC砂浆1d抗压强度增长30％以上。MPC与铜渣中的结晶相,特别是铁橄榄石(Fe

但使用该方法增强磷酸镁钾水泥存在着市场容量有限，经济效益低的问题。另外，由于铜渣与硅酸盐微晶玻璃化学成分相近，张翔等通过铜渣碳热还原提铁-熔融尾渣制备微晶玻璃实验，将铜渣中的Fe 回收率提高至98.93％，并将熔融渣制备成物化性能优良、成本低廉的硅酸盐微晶玻璃。与建筑材料相比，装饰用品微晶玻璃存在着更低的市场容量，而且不能够实现铜渣的大规模消纳。

除此之外，专利CN114349406A公开了碱激发铜渣基透水混凝土的制备方法及该碱激发铜渣基透水混凝土，其主要特征包括以下步骤 (1)分别将铜渣、电石渣用滚筒干磨机干磨，得到铜渣粉、电石渣粉；将赤泥用破碎机破碎，再用滚筒干磨机干磨，得到赤泥粉；(2)取 195-205重量份所述铜渣粉、95-105重量份水，加入0.1-0.2重量份减水剂，用立式球磨机湿磨15-25min，得到铜渣浆料，记作浆料A；取80-83重量份所述赤泥粉，160-165重量份水，湿磨20-40min，得到赤泥浆料，记作浆料B；(3)将酒石酸铵、硫酸钠、木质磺酸盐、羟丙基甲基纤维素以及木质纤维按照1:2:3:1:1的比例混合，制备增强剂；(4)分别取步骤(1)中制得的电石渣粉20-40重量份、步骤(2) 中制得的所述A浆料50-60重量份和所述B浆料30-40重量份、碳酸钠2-8重量份、水5-15重量份、步骤(3)中制得的所述增强剂2-3重量份、减水剂1-2重量份、作为细骨料的河沙120-160重量份和铜渣粉40-80重量份、作为粗骨料的煤矸石250-350重量份，搅拌均匀，得到碱激发铜渣透水混凝土，其中河沙和铜渣粉的总量为200重量份。

该方法通过将矿物掺和料与赤泥混合后静置进行碱激发，然后再与其他粗细骨料混合，虽然所获得的透水混凝土强度得到提高，但工艺流程复杂且成本较高，不能实现铜渣大规模消纳。

因此，为了解决上述问题，本文提出一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明设计了一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法，本方法通过使用混合的磷石膏和粉煤灰代替石粉，利用废土石与铜渣制备级配碎石，上述材料均为固废，极大的降低了水稳层的制作成本；此外加入其中的磷石膏、粉煤灰和铜渣均含有可以与水泥发生反应的活性组分，能够极大的提高水稳层的力学性能，增强水稳层的抗渗度和抗冻性。

为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：将磷石膏与粉煤灰按1：1混合均匀，混合后进行粉磨制成混合材料；

Step2：将铜渣与废土石按3：1混合破碎筛分，制成级配碎石；

Step3：将Step1、Step2中制备的原料与水泥混合，加入3-6％水搅拌均匀，制成水稳材料；

Step4：将Step3中匀化后的水稳材料匀速摊铺在平整好的场地上，铺平碾压并养生。

进一步的，所述Step1中，石膏与粉煤灰混合后粉磨的粒径＜ 0.075mm。

进一步的，所述Step2中，铜渣与碎土石混合后破碎筛分粒径为 0.075-31.5mm；所述的级配碎石分为0.075-2.57mm、2.57-4.86mm、 4.86-9.8mm、9.8-31.5mm四种规格，混合比例为23：14：4：9。

进一步的，所述的铜渣中SiO

进一步的，所述Step3中，水泥、级配碎石、混合材料、水按照 5：50：50：3的比例混合，搅拌时间为40～60s；制得的水稳材料 7d浸水抗压强度3-3.5MPa。

进一步的，所述的水泥为P.O42.5缓凝水泥，初凝时间＞4小时，终凝时间＞6小时。

进一步的，所述Step4中，水稳材料在初凝时间内匀速摊铺于平整好的场地，速度为3-4m/min，水稳层摊铺完成后进行碾压，碾压厚度14-16cm，按照静压1遍、小振1遍、大振3遍、静压3遍的顺序碾压，速度为2-4km/h。

进一步的，所述碾压完成后洒水养护，水稳层上覆盖一层无纺土工布，进行为期4-7天的养护。

本发明的有益效果是：

1、铜渣中含有的活性成分SiO

2、可以实现铜渣、磷石膏、粉煤灰等多种固废的资源化利用。

3、使用固废代替了混凝材料和级配碎石，拥有来源广泛成本低廉等特点，并且磷石膏与粉煤灰粒径均较细，能够有效减少破碎机的电耗及磨损率；

4、实现了多宗固废的大规模消纳，为实现绿树青山贡献一份力量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法包括以下重量的原料：磷石膏50份，粉煤灰50份，铜渣25份，废土石75份，水泥10份，水6份。

上述水稳层制备方法如下：

(1)将磷石膏与粉煤灰按1：1混合均匀，混合后进行粉磨制成混合材料；

(2)将铜渣与废土石按3：1混合破碎筛分，制成级配碎石

(3)将步骤(1)(2)制备的原料与水泥混合加入3-6％水搅拌均匀，制成水稳材料；

(4)将步骤(3)匀化后的水稳材料匀速摊铺在平整好的场地上，铺平碾压并养生。

表1：实施实例1强度实验结果

实施例2

本实施例提供一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法包括以下重量的原料：磷石膏50份，粉煤灰50份，铜渣50份，废土石50份，水泥10份，水6份。

上述水稳层制备方法如下：

(1)将磷石膏与粉煤灰按1：1混合均匀，混合后进行粉磨制成混合材料；

(2)将铜渣与废土石按3：1混合破碎筛分，制成级配碎石

(3)将步骤(1)(2)制备的原料与水泥混合加入3-6％水搅拌均匀，制成水稳材料；

(4)将步骤(3)匀化后的水稳材料匀速摊铺在平整好的场地上，铺平碾压并养生。

表2：实施实例2强度实验结果

实施例3

本实施例提供一种利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法包括以下重量的原料：磷石膏50份，粉煤灰50份，铜渣75份，废土石25份，水泥10份，水6份。

上述水稳层制备方法如下：

(1)将磷石膏与粉煤灰按1：1混合均匀，混合后进行粉磨制成混合材料；

(2)将铜渣与废土石按3：1混合破碎筛分，制成级配碎石

(3)将步骤(1)(2)制备的原料与水泥混合加入3-6％水搅拌均匀，制成水稳材料；

(4)将步骤(3)匀化后的水稳材料匀速摊铺在平整好的场地上，铺平碾压并养生。

表3：实施实例3强度实验结果

实施例4

实验原理：铜渣中含有的活性成分SiO

对比例1

根据实例一利用铜渣协同多种固废制备路基水稳层的方法，将磷石膏与粉煤灰替换为石粉，废土石与铜渣替换为普通层级碎石，与水泥和水按照50：50：5：3的比例混合，制备成水稳材料，并匀速摊铺在平整好的场地上，铺平碾压并养生4-7天。

表4：对比实例1强度实验结果

实施例1-3中制备的水稳层按照国家标准进行抗压强度与劈裂强度测试结果均高于对比实例1中的结果，实施例1-3中制备的水稳层7d抗压强度均高于《路基水稳层规范要求》中的3.5MPa，说明采用铜渣协同多种固废制备的水稳层不仅仅消耗了大量的铜渣，并且水稳层的强度得到了显著的提高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。