[发明专利]一种用铁尾细砂改良膨胀土的方法及其施工方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及的是一种膨胀土的改良及施工方法，具体涉及一种工业废料铁尾细砂的资源化利用，以及其在提高膨胀土强度和减小膨胀土胀缩变形时所需的最优铁尾细砂掺量的方法，属于地质灾害处理及岩土工程技术领域。

二、背景技术

膨胀土是一种特殊的高液限黏性土，具有吸水膨胀崩解、失水收缩、多裂隙、超固结和对环境湿热变化非常敏感等特殊性质。使膨胀土地区的建筑、铁路、公路、机场、水利工程等经常遭受巨大的破坏，造成巨大的经济损失。而我国是世界上膨胀土分布范围最广，面积最大的国家之一。因此，在我国膨胀土地区开展工程建设，寻求一种安全适用、技术先进、经济合理和环境友好(保护环境)的膨胀土处理方法是广大工程参与者亟待解决的问题。

目前膨胀土处理的方法主要有：换填法、保湿法、生物改良法、化学改良法等。换填法是一种将地基下膨胀土挖去而换填成具有强度较高、压缩性较低、性能稳定和无侵蚀性的土类方法。换填法费工费时且换填所需的填土大多数取自于耕地农田，极大浪费了我国的土地资源，与我国现阶段所提倡的“建设资源节约型、环境友好型社会”不相一致；保湿法(俗称包裹法)是利用含水率的变化引起膨胀土干缩湿胀这一原理，采用保持土中的含水率相对不变，从而达到消除膨胀土胀缩变形的目的。通常利用土工布或者粘性土将膨胀土进行包裹，避免膨胀土因与外界接触而引起的含水率变化，此方法处理成本不高，经济性较好。但未从根本上解决膨胀土的胀缩性，且施工过程中不易把握，容易出现质量隐患，因而在实际工程中不易推广应用；生物改良法是利用生物表面活性剂附着在粘土矿物的表面上，可以降低土颗粒液面张力和增强粘土矿物表面的疏水性，破坏或降低了粘土矿物表面水化膜的厚度，从而使土颗粒间的粘结力变大，土的抗剪强度提高，胀缩性减小。该种生物表面活性剂因其本身易老化、不经济性和施工中的不易操作性等，因而在实际工程推广应用中受到制约；化学改良法就是通过改良剂与膨胀土中的引发胀缩的粘土颗粒发生一定的化学反应或离子交换，最终使膨胀土膨胀潜势降低，同时能提高强度和水稳定性增强的目的。常用的化学改良法包括石灰改良、工业废渣(粉煤灰)改良、水泥改良等。石灰能够明显降低膨胀土的胀缩性，但石灰改良膨胀土不仅存在石灰改良膨胀土施工周期长、长期稳定性差等缺点，而且施工过程中还存在石灰对周围环境和地下水的污染。水泥改良膨胀土具有凝结硬化快及施工速度快等优点，但改良土易产生干缩裂缝、施工质量难以控制以及处理费用较高等缺点。粉煤灰改良膨胀土能够提高膨胀土的抗剪强度，降低液限，但是对胀缩性改良效果不明显，且成本相对较高，现场施工难以控制。综上所述，目前膨胀土改良方法的效果并不理想。因此，寻求一种安全适用、技术先进、经济合理和环境友好(保护环境)的膨胀土处理方法有待进一步研究。

尾矿是选矿和工业生产中形成的细颗粒的、采用水力输送排放，可用土的特征描述的固体物质。砂性尾矿中粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量85％的尾矿称为尾细砂。矿山企业在选矿完成后排放的尾矿砂，多以泥浆形式外排，日积月累形成尾矿库。尾矿库占地面积大，而且极具安全隐患，另外在尾矿库中富含的选矿药剂尾矿的水渗透到地下，对环境、地下水也会造成极大的污染。据统计，2000年以前，我国矿山产出的尾矿总量为50.26亿吨，其中，铁矿尾矿量为26.14亿吨，有色金属的尾矿量为21.09亿吨，黄金尾矿量为2.72亿吨，其他0.31亿吨。据调查，2000年我国矿山年排放尾矿达到6亿吨，按此推算，现有尾矿的总量80亿吨左右。然而我国的铁尾矿库中的尾矿多以铁尾细砂的形式存在。因此，在目前的技术条件下，研究如何充分利用丰富的铁尾细砂资源具有重要意义。

对铁尾细砂的处理方法一般是作为矿山地下开采采空区的充填料，即水砂充填料或胶结充填的集料；或者直接在铁尾矿堆积场上覆土造田，种植农作物或植树造林；而目前最具经济效益的处理方法是尾矿制砂和作为建筑材料的原料，如用于制作水泥、尾砂砖瓦、玻璃等以及用于公路填筑等。但由于技术、经济方面的原因，目前铁尾细砂采用以上处理方法的较少，大多数铁尾细砂还是采用露天堆放。因此，寻求一种工业废料铁尾细砂作为建筑材料的新途径，实现工业废料“资源化利用”将具有明显的经济效益和社会效益。

三、发明内容