水泥粉煤灰穩定鋼渣的路用性能試驗研究

李 錚

（邢臺市高速公路管理處， 河北 邢臺 054000）

0 引言

近年來我國經濟持續快速發展，公路與房地產等建筑行業的投資額度持續增加，建筑業的蓬勃發展需要大量的原材料，尤其是鋼材。這在帶動我國鋼鐵工業發展的同時，也帶來了許多負面影響。比如作為煉鋼廠廢棄物的鋼渣大量堆積，不僅占用土地，帶來安全隱患，也會污染環境[1]。如果能夠將鋼渣綜合利用，使之形成足夠的強度與穩定性，滿足《公路瀝青路面設計規范》[2]對建筑材料的要求，既可以促進鋼渣的資源化利用，又有利于環境保護。

水泥是一種常用的膠凝材料，粉煤灰是一種工業廢渣，粉煤灰在建筑材料中的應用比較廣泛，各種粉煤灰材料在道路建筑材料中的應用及其性能已經有了比較充分的理論與實踐經驗[3，4]。本文將通過試驗，研究水泥粉煤灰綜合穩定鋼渣的強度、剛度等路用性能指標及其規律，探討其作為道路建筑材料的可行性。

1 原材料性質

1.1 水泥

試驗中采用42.5＃普通硅酸鹽水泥，其技術指標見表1。

表1 水泥的主要技術指標

1.2 粉煤灰

粉煤灰是火力發電廠的一種工業廢渣。試驗采用的粉煤灰，各項指標符合《公路路面基層施工技術規范》[5]的相關要求，主要成份如表2所示。

表2 粉煤灰的主要成份

1.3 鋼渣

本試驗用的鋼渣粒徑控制在5.0mm以內，鋼渣主要成份詳見表3。

表3 鋼渣的主要化學成份

從表3可以看出，鋼渣的主要成份中，CaO占有較大的比重，鋼渣中的CaO在水泥和粉煤灰的催化下，能夠發生火山灰反應等化學反應，使水泥粉煤灰穩定鋼渣混合料產生可用于道路等工程建設的足夠強度和穩定性。

2 水泥粉煤灰穩定鋼渣的標準擊實試驗

標準擊實試驗是確定無機結合料穩定材料最大干密度和最佳含水量的標準試驗方法。本文在前期正交試驗的基礎上，根據《公路土工試驗規程》（JTG E40—2007）的相關方法[6]，確定了幾種典型水泥粉煤灰穩定鋼渣不同配合比時的最大干密度及最佳含水量，結果如表4所示。

表4 石灰粉煤灰穩定鋼渣土的標準擊實試驗結果

因為鋼渣的密度遠大于粉煤灰的密度，所以隨著鋼渣摻入量的增大，混合料的最大干密度會增大，最佳含水量略有降低。

3 水泥粉煤灰穩定鋼渣的抗壓強度

根據《公路無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51—2009）[7]，制備不同配比的水泥粉煤灰穩定鋼渣混合料試驗試件，測得其不同養生齡期的抗壓強度，如表5所示。

表5 水泥粉煤灰穩定鋼渣的無側限抗壓強度

從表5可以看出，水泥粉煤灰穩定鋼渣的抗壓強度隨著水泥劑量的增大而提高，同時，不同的配合比對于混合料的強度影響顯著，試驗范圍內H3、H6兩組配合比的混合料強度最大，即粉煤灰與鋼渣的比例接近1∶1時最佳。

類似于其它半剛性材料，水泥粉煤灰穩定鋼渣的抗壓強度會隨著齡期的增大而提高。

同時，試驗范圍內，各種配合比的水泥粉煤灰穩定鋼渣的7d無側限抗壓強度值均大于1.5MPa，根據《公路瀝青路面設計規范》[2]對水泥穩定類基層、底基層材料的強度要求，本文中提及的配合比下的水泥粉煤灰混合料均可作為輕交通瀝青路面的底基層材料。水泥含量在5%時的混合料7d抗壓強度均大于2.5MPa，可以作為輕交通瀝青路面的基層材料以及特重、重和中交通瀝青路面的底基層材料。H5、H6兩種配比的水泥粉煤灰穩定鋼渣的7d抗壓強度僅大于3.0MPa，可以作為重、中交通瀝青路面的基層材料。

4 水泥粉煤灰穩定鋼渣的劈裂強度

劈裂強度表征道路建筑材料的抗拉強度，俗稱間接抗拉強度，90d齡期水泥粉煤灰穩定鋼渣的劈裂強度如表6所示。

表6 水泥粉煤灰穩定鋼渣的劈裂強度

從表6可以看出，水泥粉煤灰穩定鋼渣的劈裂強度值較高，與水泥穩定碎石相當。

5 水泥粉煤灰穩定鋼渣的水穩定性

水穩定性是道路基層材料應該具備的一項重要技術指標，一般用干濕循環后試件的殘余強度與其28d齡期的抗壓強度比較，以兩者的比值來體現材料的水穩定性，并通過系統試驗，得出不同配合比時的水泥粉煤灰穩定鋼渣的水穩定系數，如表7所示。

表7 水泥粉煤灰穩定鋼渣的水穩定性

試驗結果表明，水泥粉煤灰穩定鋼渣的水穩定系數均在0.85以上，表明水泥粉煤灰穩定鋼渣具有較好的水穩定性。

6 結論

本文通過系統的試驗研究得出如下結論：

a）水泥粉煤灰穩定鋼渣具有較高的抗壓強度和劈裂強度，并且抗壓強度隨齡期而提高；

b）水泥粉煤灰穩定鋼渣具有良好的水穩定性；

c）試驗范圍內各種配比的水泥粉煤灰穩定鋼渣的7d無側限抗壓強度值均大于1.5MPa，可以作為輕交通瀝青路面的基層材料及各級公路的底基層材料，H5、H6兩種配比的水泥粉煤灰穩定鋼渣的7d抗壓強度僅大于3.0MPa，可以作為重、中交通瀝青路面的基層材料。

[1]黎寧.鋼渣混凝土的制造[J].混凝土與水泥制品，2005， （2）： 37-40.

[2]JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[3]孫吉書，等.石灰粉煤灰穩定鐵尾礦碎石的路用性能研究[J].武漢理工大學學報，2012，34（3）：59-62.

[4]孫吉書，竇遠明，楊春風.粉煤灰混合料作加筋土擋墻填料的性能研究[J].路基工程，2009，（4）：86-87.

[5]JTJ 034—2000，公路瀝青路面基層施工技術規范[S].

[6]JTG E40—2007，公路土工試驗規程[S].

[7]JTG E51—2009，公路無機結合料穩定材料試驗規程[S].