0、引言
雅瀘高速公路是國家高速公路網首都放射線北京—昆明公路的重要路段，也是交通運輸部規劃建設的8條西部大通道之一，交通運輸部全國科技示范路。該高速公路經過四川省石棉地區，當地筑路材料嚴重缺乏。創建于20世紀30年代的石棉縣宋家坪石棉礦，每生產1t石棉產生約12m3石棉尾礦，目前在礦區斜坡上堆積的石棉尾礦已超過6×106m3，若能將廢棄石棉尾礦料用作高速公路\\(底\\)基層，不僅可以解決尾礦堆積斜坡穩定、雨水沖刷等問題，而且還可以為治理尾礦污染節省大筆費用，合理利用土地對礦區生態恢復也有積極作用，有利于可持續發展。國內外學者在石棉尾礦用于制備磚瓦、陶瓷等方面進行了大量研究，但將大量石棉尾礦應用于公路工程方面的研究還較少。本文對石棉尾礦在\\(底\\)基層中應用進行了系統的試驗研究。
1、石棉尾礦材料
1．1物理力學性能指標
石棉尾礦是在石棉礦采選中產生的礦物殘渣，從外表上看，石棉尾礦呈致密塊狀、層狀或纖維狀集合體，外觀顏色呈灰綠色，蛇紋石化橄欖巖，質地堅硬，還含有少量滑石、白云石和方解石。蛇紋石主要由含鎂約25%的超基性鎂硅酸鹽組成，密度2．5～2．8g/cm3，莫氏硬度4．0，有脂滑感。蛇紋石變質成纖維狀者稱溫石棉，又稱蛇紋石石棉。
為了解石棉尾礦的表面特性，進行了掃描電子顯微鏡\\(SEM，scanning electron microscope\\)分析，結果見圖1。為合理利用石棉尾礦料，了解石棉尾礦粗、細集料特性，分別對粗集料進行表觀密度、含泥量、針片狀顆粒含量\\(游標卡尺法\\)等試驗，對細集料進行表觀密度、含泥量、液塑限等試驗，結果見表1。
從試驗結果可知，粗集料表觀密度大于2．5g/cm3，吸水率小于3．0%，含泥量小于1．0;細集料表觀密度大于2．5g/cm3，小于0．075mm含量小于3．0%，液限小于28，塑性指數小于6．0，滿足水泥穩定基層集料的基本性能要求，可以作為水穩基層集料使用，但石棉尾礦含有約3%～5%短小石棉纖維，在密實狀態下，纖維將細粒黏結在一起，這將影響壓實最大干密度和最優含水量。從SEM圖片可以看出石棉尾礦含有細小的石棉纖維，這是導致級配石棉尾礦碎石與一般級配碎石相比吸水率偏高的原因，因此要合理利用石棉尾礦碎石作為水穩\\(底\\)基層，應嚴格控制施工含水量和做好施工防排水。
1．2化學成分分析
為充分認識石棉尾礦料的組成成分，采用X射線衍射分析法\\(XRD，X－ray diffraction\\)和X射線熒光光譜法\\(XRF，X Ray Fluorescence\\)對宋家坪石棉尾礦料進行化學成分及元素含量分析。石棉尾礦XRD圖譜見圖2，石棉尾礦化學成分XRF分析實驗室結果見表2。
由XRD和XRF測試結果分析可知，該石棉尾礦結晶較好，其化學成分主要為SiO2和MgO，二者含量約88%，含有少量Fe2O3，可以在高速公路\\(底\\)基層中應用。
1．3環境影響分析
石棉礦開采后，尾礦直接堆放在斜坡上，目前尾礦堆積邊坡最高已達18m左右，基本屬于自然極限堆積狀態，堆存這些尾礦使大面積土地、植被受到破壞，石棉尾礦礦區地形地貌如圖3所示。尾礦堆積體邊坡完全為松散堆積體，一旦條件發生變化，其穩定性將難以保證，容易形成滑坡或泥石流等災害事故，使得更大面積的土地受到破壞，水體遭受污染并可能危及人身和財產安全。
石棉尾礦中含有少量未選出的碎石棉短纖維，隨著建材生產的二次分選，尾礦粒徑基本為0．5cm以下。且石棉尾礦處在自然環境中，長期受到風蝕、氧化、溶濾等過程使尾礦堆場變成一個周期性的塵暴源，對空氣造成污染。石棉尾礦對人體危害主要是因為尾礦中含有少量溫石棉粉塵，主要化學成分為Mg6［Si4O10］［OH］8，該粉塵是塵肺的根源。溫石棉粉塵的濃度、人體在沒有防護的情況下吸入高濃度粉塵的時間，都是影響塵肺病變的關鍵因素，所以合理利用石棉尾礦在施工過程中還要特別注意防護措施。
2、其他試驗材料性質
2．1粉煤灰和水泥
采用Ⅱ級粉煤灰，其活性成分為SiO2+A12O3+Fe2O3，占成分總量的70%以上;水泥為P．O42．5普通硅酸鹽水泥，初凝時間大于45min，終凝時間小于10h，二者化學成分和物理力學性能指標見表4、表5。
2．2外加劑
外加劑采用緩凝減水劑，其主要成分為一萘磺酸鈉甲醛縮合物，按水泥質量的1．0%摻入，減水率為21．4%，泌水率比為70%。
3、石棉尾礦\\(底\\)基層配合比設計
本研究依托雅瀘高速公路P3段路面工程進行，根據石棉尾礦物理化學性質和工程特性以及沿線材料分布，采用水泥穩定石棉尾礦碎石方案。
3．1最優含水量及最大干密度
將石棉尾礦集料，共分19～31．5mm、19～9．5mm、這5檔規格進行混合，級配曲線如圖4所示。以級配石棉尾礦料和水泥為主要材料組成的混合料，采用振動擊實試驗研究水泥摻入量對混合料的最大干密度和最優含水量的影響。水泥摻入量分別為2．5%、3%、3．5%、4%、4．5%，含水量分別為2%，3%，4%、5%、6%。不同水泥含量下，石棉尾礦水泥穩定土的含水量與干密度的關系曲線如圖5所示。
從級配曲線圖可以看出，兩端的集料占的百分含量偏少，這種結果在施工中的表現是具有較好的壓實性。由圖5可以看出，水泥含量為3%時，混合料的最大干密度為2．242g/cm3，最優含水量為6．3%;水泥含量為4%時，混合料的最大干密度為2．255g/cm3，最優含水量為6．4%;水泥含量為5%時，混合料的最大干密度為2．247g/cm3，最優含水量為6．6%。按照每種混合料的最佳含水量和98%壓實度要求成型試件，試件在標準養護室內養生7d后，浸水1d，測試抗壓強度，試驗結果見表5\\(水穩石棉尾礦底基層設計強度為≥2．0MPa。
根據無側限試驗結果，當水泥劑量分別采用2．5%、3．0%、3．5%、4．0%、4．5%時均能滿足強度指標要求，從經濟出發，在滿足強度的前提下，考慮石棉尾礦的表面特性，將水泥穩定石棉尾礦\\(底\\)基層混合料的配合比采用3．0%水泥劑量。
3．2影響強度因素分析
影響水泥穩定石棉尾礦\\(底\\)基層強度的因素較多，如養護齡期、混合料級配、水泥摻入量、含水量等。水泥穩定石棉尾礦\\(底\\)基層強度和穩定性主要由黏聚力和內摩阻力提供，石棉尾礦硬度與砂卵石相比偏大，且集料的表面紋理較為發育，形狀復雜，在施工過程中壓實較難。石棉尾礦水穩\\(底\\)基層強度主要來源于碎石顆粒本身的強度以及粗細集料和水泥之間的粘合力，隨著養護齡期的延長，強度也增長，不同水泥加入量，不同集料級配的混合料在相同齡期內增長存在差異。
3．3優選配合比
通過石棉尾礦不同級配情況下最優含水率和最大干密度，最佳水泥劑量以及強度試驗分析，并結合影響強度的因素分析得到了可用作基層材料的優選配合比為:底基層選用22∶24∶21∶9∶24，基層選用23∶24∶21∶9∶23，最有含水量為4．5%，最佳水泥含量為3．0%，緩凝減水劑按水泥質量的1．0%摻入。
4、工程應用
由于實際工程與室內試驗在工藝、氣候條件等方面存在差異，所以實際應用前應進行現場試驗路段驗證，才能進行推廣使用。雅瀘高速公路P3段\\(K116+800～K174+000\\)位于高中山峽谷區和深切河谷區，全長57．2km，石棉尾礦應用試驗段位于K119+800～K120+300，在C14～C23標段，利用石棉尾礦鋪筑\\(底\\)基層總計約31km，需用石棉尾礦約80多萬m3，既解決了沿線筑路材料稀缺的問題，又節約了土地資源，并有利于環境保護。
4．1施工質量控制
施工應以試驗優選配合比作為依據，嚴格控制最佳含水量和最大干密度。重點控制原材料粒徑、級配，混合料通過0．075mm篩孔的顆粒含量控制在5%以下，塑性指數控制在4．5以下。在拌和時，防止各粒徑分組集料之間發生串料現象，控制水泥穩定石棉尾礦基層材料的強度和水泥用量。嚴格控制施工碾壓時的含水量。碾壓時混合料含水量宜較最佳含水量大0．5%～1．0%，以滿足水泥水化的需要，同時彌補碾壓過程中含水量的損失，但不宜較最佳含水量大1%以上。注意振幅的適應性，確保級配石棉尾礦表面不發生集料振碎現象和結構層表面的松散現象。碾壓段落要求層次分明，設置明顯的分界標志，碾壓要充分，振壓不起浪、不推移。
4．2施工工藝
為保證工程質量，降低工程造價，減少石棉尾礦拌合施工對周圍環境的影響與破壞，采用廠拌法進行基層和底基層施工，施工工藝流程見圖6。
4．3施工注意事項
為避免揚塵及施工污染，拌和場選址應遠離居民區，并設置排污、排水設施及垃圾集中堆放區，材料運輸過程中采用灑水車在沿途灑水，施工過程中嚴禁運輸車將混合料拋灑和傾斜到路基邊坡，對施工范圍內的植被加強保護，嚴禁亂砍亂伐，保護現有的生態環境。
5、結論
通過室內試驗以及現場測試，結合SEM、XRD、XRF微觀分析，研究了石棉尾礦作為高速公路\\(底\\)基層材料的路用特性。得到如下結論:
\\(1\\)采用SEM分析，可知石棉尾礦吸水率較普通碎石高，是因為石棉尾礦中含有少量的石棉纖維。
\\(2\\)由XRD和XRF測試結果分析可知，石棉尾礦結晶較好，其化學成分主要為SiO2和MgO，二者含量約88%。不含銅、鉛等重金屬污染，可以在高速公路\\(底\\)基層中應用。
\\(3\\)通過室內試驗，水泥穩定石棉尾礦碎石底基層選用22∶24∶21∶9∶24，基層選用23∶24∶21∶9∶23，最有含水量為4．5%，最佳水泥含量為3．0%，緩凝減水劑按水泥質量的1．0%摻入，最大干密度可達2．242g/cm3。
\\(4\\)水泥穩定石棉尾礦碎石混合料級配及配比用于高速公路\\(底\\)基層是可行的。在生產施工中取得了良好的經濟效益、社會效益以及環境效益。
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