鋳造废砂和炉渣在道路基层中的应用研究

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1、鋳造废砂和炉渣在道路基层中的应用研究1.绪论1.1引言半刚性基层材料与一般刚性和柔性材料相比，其具有抗冻性好、稳定性好和结构本身自成板体等优点。因此，在一般道路基层或底基层中广泛应用[2]。改革开放以来，铸造业作为装备制造业的基础，得到了前所未有的发展，我国铸件总产量自2000年起一直居世界首位，约占世界总产量的1/3，是德、日、美三个铸件大国的总和[3]。铸造生产在耗用大量资源的同时也产生大量的固体废弃物铸造废砂与炉渣，铸造废砂、炉渣的大量堆积不仅占用土地等自然资源，而且污染周边的环境，如何将铸造废

2、砂、炉渣等废弃物循环综合利用，成为当前铸造行业发展的现实和急需解决的问题。与此同时，在公路、铁路等公共基础设施建设中需耗用大量颗粒状和粉状材材料，造成路用材料供应紧张，工程建设成本的提高，而铸造废砂、炉渣的主要成分为硅质和钙质粒状材料，成本低廉，非常适合公路建设用材的需要。本论文主要是研究用水泥稳定铸造废砂、炉渣等混合料在道路基层方面的应用。本论文从上述研究目的出发，对水泥稳定铸造废砂、炉渣等混合料在道路基层的可行性进行系统的分析研究，通过击实试验、无侧限抗压强度试验、间接抗拉强度试验（劈裂试验）和室

3、内抗压回弹模量试验等一系列的室内试验研究，确定各种混合料的力学性能和工程适用范围，并通过与普通水泥稳定碎石进行技术和经济性的比较，得出技术经济可行的混合料配合比方案[4]。试验及研究结果表明，铸造废砂、炉渣作为路面基层材料是可行的，且具有良好的社会、经济和环境效益。........1.2铸造废砂国内外研究及应用现状目前发达国家由于环保的限制、排放费用的昂贵迫使他们在铸造废砂的循环综合利用方面做了不少工作。国外发达国家对铸造废砂研究与应用比较成熟，成果显著。国外铸造厂对铸造废砂等废弃物的处理方法主要包括

4、以下几个方面：深埋、建筑材料、再生和复合材料[5]。美国铸造协会AFS将铸造废砂作为一种细集料来部分或全部替代水泥混凝土中的相似级配的细集料，研究表明，通过细粒含量来选择铸造废砂的替代量，制备混凝土构件完全满足强度要求[6]。美国普渡大学Javed将铸造废砂用于道路基层的填料，通过对铸造废砂的级配、膨润土含量、液塑限和夯实水平进行测试，发现其性状满足道路基层填料的要求[7]。俄罗斯将铸造废砂作为水泥土的附加料的研究，取得了很好的效果。用90%细砂和10%铸造废砂混合料制备水泥土，其抗压强度和抗拉强度有

5、了一定程度的提高，抗冻系数有了显著性提高[8]。根据法国J.Davidovits的观点，用粉煤灰和铸造废砂来制备CBC复合材料，可以使复合材料具有陶瓷、水泥和高聚物的特性，是一种具有广阔发展前景的新材料[9]。芬兰按照铸造废砂：城市垃圾=1：1比例来制备堆肥复合土，制备的复合土可直接用于草皮植物种植，铸造废砂的这种综合利用不仅能够产生良好的经济效益，而且能够产生很好的环境效益[10]。.........2.原材料的物理化学性质2.1原材料在冶炼和铸造有色金属制品的过程中，需要在铸砂中掺入粘土等胶结材料

6、来制备有色金属制品的模子和核，待有色金属制品冷却成型后，通过振动的方式使模子和核脱离有色金属制品，回收破碎的铸砂，继续掺加胶结材料，经多次铸造冷热循环后，铸砂的颗粒质量不再满足制模的工艺要求，即形成工业中常见的固体废弃物铸造废砂[29]。本试验所用的是鞍山铸造厂产生的铸造废砂，根据生产工艺的不同铸造废砂可分为砂型铸造废砂和精密铸造废砂两种，其中砂型铸造废砂约占其中的70%～80%，砂型铸造废砂主要由硅砂、橄榄砂、铬铁矿砂等组成。铸造废砂的矿物成分经过分析如下表2.1所示。试验开始前，首先用双辊破碎机将

7、铸造厂产生的铸造废砂进行破碎，降低其压碎值，并取其中具有代表性的碎石，测其压碎值为25.6%，满足半刚性基层材料的要求[30]。破碎后的铸造废砂最大尺寸不超过10mm，表观密度为2.08g/cm3，满足规范上的细度要求。铸造废砂经过一系列的破碎、磁选、筛分后，其筛分试验结果如下表2.2所示。...........2.2本章小结本章主要从铸造废砂、炉渣和铁尾矿等原材料物理化学性质出发，分析它们的特性特点，探究它们在道路基层应用的可能性，为铸造废砂、炉渣和铁尾矿的开发利用提供基础资料。原材料的试验分析主要

8、包括矿物成分、表观密度、颗粒级配等，通过试验分析可知原材料具有良好的级配和一定的强度，对照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51-2009），满足半刚性基层材料的技术要求，为后续原材料分类组合和混合料配合比设计做好准备。..........3.水泥稳定混合料配合比设计..........133.1概述.......133.2水泥稳定混合料结构类型及级配类型的选择........133.3水泥稳定混合料配合比设计.........143.4本