鋼渣在高速公路路基施工中的應用

徐曉東 白喜亮

【摘 要】鋼渣是在煉鋼過程中產生的以硅酸二鈣、硅酸三鈣為主要成分的熔融物，經冷卻后得到的副產品，其排放量大，利用率低，不僅占用土地資源，而且污染環境，給人們的生活和生產帶來極大不便。因此，尋找鋼渣的有效使用路徑是解決問題的重要途徑之一，我國公路建設正處于飛速發展階段，對能源和資源消耗巨大，將鋼渣作為骨料更好地在路面工程中得以應用，對提高鋼渣的利用率，減少環境污染具有重要意義。

1、鋼渣瀝青混合料的特性

1.1高溫穩定性

鋼渣瀝青混凝土動穩定度高的原因是：（1）鋼渣集料的顆粒形狀均勻，棱角豐富且接近立方體。經搗實和碾壓后，顆粒與顆粒能形成緊密的嵌鎖作用，抗剪性能有所提升；（2）鋼渣集料表面擁有相對粗糙的紋理，增加了粗集料間的嵌鎖能力；（3）鋼渣具有多孔結構，這不僅能有吸附多余的瀝青，特別在高溫季節，利于提高混合料的抗變形能力。

1.2水穩定性

從化學成分組成來講，鋼渣中含有CaO、MgO、f-CaO等活性物質，與瀝青黏附性較石灰巖更加牢固，賦予了混合料更好的水穩定性。說明混合料中加入鋼渣有利于增強路面耐久性并延長路面使用壽命。

1.3體積穩定性

鋼渣內含有一些可水化的氧化物，比如CaO、MgO等。這些物質在接觸水后會造成混凝土的體積不穩定。具體來說，會引起混凝土的膨脹?，F在對鋼渣粗骨料混凝土的研究，主要集中在研究鋼渣粗骨料混凝土的強度和耐久性，并指出鋼渣粗骨料混凝土在強度和耐久性方面的優勢，但鋼渣粗骨料混凝土的體積穩定性不良是一個顯著的劣勢，它阻礙了鋼渣粗骨料混凝土在工程上的運用。對鋼渣粗骨料的膨脹力展開研究，指出膨脹力和高溫中斷測試技術可以用于測試鋼渣粗骨料所產生的膨脹力大小，并且能夠建立相應的模型并通過公式計算出每單位體積或每個鋼渣顆粒的膨脹力大小?？梢杂眠@些數值來定量估計鋼渣穩定性。

2、鋼渣在道路路基中的應用

2.1鋼渣作為路基填料優點

鋼渣具有很強的吸水性，對于軟弱潮濕的路基基底有很好的改良作用而且強度高，對提高路基的承載力也有很不錯的效果，在某工程中鋼渣主要是用于軟基換填，該地基處于軟塑亞粘土層，且回填深度達7米，所用的鋼渣經過了一年多的沉化，基本處于穩定狀態，經土工擊實試驗鋼渣的最大干密度為2.34g/cm3，由于鋼渣密度大容易壓實，一般采用15t-20t鋼輪壓路機碾壓3-5遍即可達到規定的90%壓實度。

2.2鋼渣作為路基填料缺點

鋼渣在陳化過程中發生的膨脹與粉化容易造成路基頂包或開裂研究表明，鋼渣在陳化過程中由于游離氧化消解和鐵錳分解等原因引起鋼渣膨脹開裂。在該工程施工中，當時由于搶工期，在雨水管溝槽回填中使用了新出爐的鋼碴'瀝青路面攤鋪后一個月內，路面溝槽位置就出現了明顯的縱向裂縫。據此，在工程中所用的鋼渣必須是堆放一年以上的陳渣，穩定性較好，路基質量比較可靠，堆放時間比較短的鋼渣用于工程后，路基出現不規則裂縫。鋼渣的密度過大導致運輸不便，鋼渣的密度是一般石料密度的1.2一1.4倍，所以其運輸拌和攤鋪的能耗要增加10%左右，另外，由于密度過大，不能直接用于地基承載力不足的軟土地區。

3、鋼渣在高速公路路基施工中的應用

3.1在水泥穩定土基層應用

二灰類半剛性基層材料早期強度低，水穩性差，凍融后強度不足，容易造成二灰類基層瀝青路面在使用期內出現開裂，凍融破壞等。摻入鋼渣能有效提高其早期強度，縮短工期、降低成本。水穩定類半剛性基層材料在實際應用中容易

產生溫干縮裂縫，使得瀝青面層產生反射裂縫。摻入鋼渣能有效改善半剛性基層材料的干縮性，緩解反射裂縫的產生。所以，在半剛性基層中合理摻入鋼渣能更好的提高其性能。

3.2鋼渣在水泥公路中的運用

鋼渣內含和硅酸鹽水泥熟料類似的硅酸二鈣以及硅酸三鈣，高堿性轉爐鋼渣中二者成分占到50%還多，中低堿度的鋼渣中的成分多為硅酸二鈣。鋼渣的產生溫度大致為1560攝氏度，而硅酸鹽水泥熟料的燒成氣溫在1400攝氏度上下。鋼渣的生成溫度高、結晶密度高、結晶體顆粒很大、水化效率低。所以，能夠將鋼渣當做過燒硅酸鹽水泥熟料。以鋼渣為構成關鍵元素，摻入特制的摻合料和一定比例的石膏，經研細制備成的水硬性膠凝原料，稱作鋼渣水泥。生產鋼渣水泥的添加料能夠使用礦渣、沸石以及粉煤灰等等。為了提升水泥的強度，還能夠摻進不到20%的硅酸鹽水泥熟料.依照摻入的摻加料的比率，鋼渣水泥能夠分成鋼渣礦渣水泥、鋼渣浮石水泥、鋼渣粉煤灰水泥等等。鋼渣水泥的生產技術的運用簡易，由原料破碎、磁選、烘烤、計量配比、粉末以及包裝等生產工藝構成。此外，鋼渣水泥具備微膨脹特性以及防滲特性，普及運用于防水混凝土工程之中。

3.3鋼渣在瀝青混凝土混合料中的運用

鋼渣有水硬性傾向，抗水性好。鋼渣吸水率不到2%，較天然砂石較低。鋼渣瀝青混凝土混合料適宜鋪筑于潮濕地區的路面。鋼渣有空隙，易透水而仍有高硬度，特別適合透水性瀝青混凝土。透水性瀝青混凝土是目前較先進的路面瀝青混凝土，對集料要求是吸水性低，水硬性好，多棱角，大粒度。鋼渣內含硅酸三鈣等等，具備水硬膠凝性，而且其中的氧仁鐵成分偏多，適用于取代鐵礦粉并作為水泥生產的摻和料來使用。通常，常規的水泥摻和料的鋼渣需要粒度在12毫米之內，并研磨摻加量要在10%的比例內。當前，我國大部分鋼加工廠都挑選12毫米左右的鋼渣作為水泥摻合料，一部分沿海城市對鋼渣在這丈面的使用較為到位。在泵送混凝土中，經研細的鋼渣摻合料能夠代替部分水泥。該摻合料不但能夠與水泥的特性完全吻合，還具備提升泵送混凝土攪拌無粘合性、降低摩擦力、減少泵壓等功能；還能夠提升征化混凝土的密實度、強度以及防滲特性、抗凍性、抗碳化性以不混凝土的耐久度等等。此外，鋼渣能夠替代部分水泥，與粉煤灰、水泥和粗集料鋼渣構成的混凝土，當科學配比后，能夠替代普通的混凝土。

4、鋼渣在道路中運用的前景分析

4.1國家政策支持

國家發改委在文件中明確指出：鼓勵鋼廠推廣應用鋼渣"零排放"技術。推動建立技術創新體系，加大鋼渣處理及渣鋼提純磁選等先進技術研發力度，突破制約冶煉渣利用的技術瓶頸，重點解決赤泥綜合利用等技術難題。大力發展鋼渣余熱自解穩定化處理，提高金屬回收率，推廣生產鋼鐵渣復合粉作水泥和混凝土摻合料，鼓勵有色金屬冶煉渣在生產建筑、道路材料方面的應用。

4.2熱燜技術的應用

2010年安鋼集團開始采用"熱燜技術"處理鋼渣的先進工藝。鋼渣熱燜處理技術是將熱融鋼渣傾翻到熱燜池內，封蓋，打水。水遇鋼渣產生蒸汽，使鋼渣發生化學反應，f-CaO生成Ca（OH）2，體積膨脹并在溫度變化應力作用下破裂粉化，使鋼渣穩定。"熱燜技術"處理鋼渣與其它鋼渣處理方法相比處理工藝簡單，渣、鐵分離徹底，廢鋼回收率高，使得處理后鋼渣性能得以穩定，為鋼渣在工程中直接應用創造了良好的條件。采用"熱燜技術"處理后的鋼渣其f-CaO和f-MgO含量有效降低，經破碎、篩分后的顆粒度滿足工程要求，初步具備在工程中應用的可行性。

結束語

在道路工程中推廣應用鋼渣，對鋼渣的資源再生利用，改善環境、走可持續發展道路以及提高經濟效益和社會效益有著重要意義。

參考文獻：

[1]楊欣，馬雪英，呂興國.石灰石粉在自密實混凝土中應用

的研究[J].商品混凝土，2011，07.

[2]梁建軍.鋼渣替代粗骨料配置混凝土的試驗研究[J].山西建筑，2010，36（27）：166-167.

[3]吳剛，高瑞，尚建麗.鋼渣在混凝土中的綜合應用[J].混凝土，2013，11：122-123.