贵州电解锰渣路面基层材料研究与应用

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金属锰主要以电解法生产,我国电解锰产量占全球产量的97%,是世界电解锰生产、消费和出口大国。我国的锰矿主要多分布于西南锰三角地区,其中贵州铜仁已查明锰矿石资源储量约7.08亿吨,居亚洲第一。目前,电解锰渣的处理方式主要采用填埋或堆放,不仅占用大量土地,而且污染生态环境、危害人体健康,同时也是限制我国锰业发展的重要制约因素之一。随着电解锰渣这种含金属游离锰、氨氮等有毒物质的固体废弃物的大量生产,无害化处理和利用电解锰渣资源成为亟待解决的主要问题。在交通土建工程中,将固化锰渣用作路面基层材料是主要研究方向之一。对水泥锰渣稳定碎石混合料的性能开展相关研究,获得水泥(固化剂)掺量,混合料配合比等一系列参数,为锰渣应用于路面基层提供了技术支撑。
  本文依托贵州省交通厅科技项目“锰渣无害化处理与应用于公路工程关键技术研究”,首先分析了电解锰渣的理化性质、矿物组成、浸出毒性等以此为基础,并研究水泥对锰渣固化效果,根据现行《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)相关要求,进行水泥锰渣稳定碎石配合比设计;并测试了无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量等力学性能。模拟多年降雨以柱浸试验分析基层浸出污染物效果;对水泥锰渣稳定碎石混合料进行了疲劳试验并推荐贵州地区二级公路采用水泥锰渣稳定碎石基层的沥青路面结构形式。
  理化指标试验表明:电解锰渣有浸出毒性、没有胶凝性;浸出试验结果25%~45%水泥对锰渣的固化效果较佳,浸出的Mn2+和氨氮含量低于国家标准限值;6%水泥剂量的混合料的7天无侧限抗压强度能达到规范要求,而混合料的抗压强度随锰渣掺量的增加先提高后降低,劈裂强度随锰渣的增加而降低。对电解锰渣掺量为15%的混合料进行疲劳试验,结果表明水泥锰渣稳定碎石基层在疲劳寿命方面可满足道路耐久性要求。柱浸试验结果表明,模拟20年降雨量,水泥锰渣稳定碎石基层浸出污染物均低于国家标准限值,但在15年时Mn2+出现增加的现象,根据贵州地区土基强度和不同交通量的组合,将水泥锰渣稳定碎石混合料用于贵州地区二级公路的合理厚度为30cm~40cm。
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