工業廢渣在道路工程中應用的研究分析

雷 曉 王 琛

(1.平頂山市佳洋路橋有限公司，河南 平頂山 467000；2.平頂山市公路交通勘察設計院，河南 平頂山 467000)

0 概述

(1)研究現狀

原有的道路工程中，巖石作為集料的主要原料被大范圍運用于路面鋪筑的各個方面。但隨著我國道路交通網絡的擴大。大量的碎礫石等石料被大量的適用，我國為此不得不大量開山劈石。隨著經濟的迅速發展，開山劈石不但對工程經濟方面產生了負面影響，同樣也對我國的自然風貌產生了較大的破壞。所以嚴家汲[1]提出了運用冶金工業中產生的工業廢渣作為巖石集料的替代品這一概念。通過對工業廢渣進行試驗測定表明，工業廢渣的密度大于普通集料，力學強度方面優于普通集料。而其他方面的材料特性則均與普通集料相差不多。可以滿足在公路工程中運用的性能指標。

同濟大學與安陽鋼鐵合作研究了鐵礦渣在公路工程中的具體運用，并取得了極大地研究成果。通過實驗表明，安陽鋼鐵生產的工業廢渣不但在公路工程方面滿足工程要求，在鐵道工程方面也可以廣泛運用[2]。

鄧學均[3]教授通過理論研究分析了工業廢渣在道路工程應用中強度形成的原理、集料級配要求與設計標準方面。系統的研究總結了工業廢渣在道路工程運用的理論與標準。

(2)工業廢渣主要材料構成

我國現階段的工業工程主要可以運用與道路工程的工業廢渣主要為鐵礦礦渣。鐵礦渣的主要成分有：長石、二氧化硅、三氧化二鐵與部分輝石等礦物質。鐵礦渣不能直接運用于道路混合料的拌合與攤鋪。工業廢渣應經過特定的處理，降低其對環境的危害。固話其物理特性后才可以運用于公路工程中。

1 工業廢渣性能分析

1.1 工業廢渣的抗凍性能

集料的抗凍特性主要取決于集料在經過一定次數的凍融循環后的力學強度變化、整體彈性模量變化與自身密度變化。通過實驗研究表明[4]工業廢渣特別是鐵礦渣在經過一定的凍融循環后其強度、密度以及彈性模量均有較小程度的下降。但是仍可以滿足工程運用要求。

1.2 工業廢渣的穩定性要求

通過對工業廢渣進行的穩定性研究表明工業廢渣特別是鐵礦渣在穩定性方面可以滿足公路規范中的穩定性要求。

2 工業廢渣應用要求

2.1 強度形成機理

工業廢渣混合料強度形成的主要原因源自以下兩方面原因：

(1)粉煤灰與石灰之間發生火山灰反應，從而形成一定的粘結應力。由于粉煤灰與石灰之間的火山灰反應會產生大量的晶狀體。而這些晶狀體會產生大量的網系結構。這些網系結構會保證混合料之間有較好的水穩性、強度與彈性模量。

(2)混合料中各個集料之間由于相互擠壓嵌固而產生的一系列內摩擦力。由于相互擠壓嵌固產生了極大的內摩擦力，混合料擁有了較好的抵抗變形的能力。

2.2 穩定性應用要求

混合料的穩定性主要取決于混合料的水穩性與抗沖刷性。如果混合料的穩定性不能滿足規范要求，在排水性能較差的路段，會逐漸產生唧泥現象。從而導致路面板脫空形成集中應力，影響公路的正常使用。

2.2.1 水穩性要求

混合料水穩性的測定主要參考其軟化系數。通過對泡水前后混合料的度對比，我們可以得到混合料的軟化系數。軟乎系數越高，水穩性能越好。通過長期工程經驗與實驗研究我們可以得到二灰鐵礦渣穩定土的軟化系數均可以滿足規范要求。

2.2.2 抗沖刷特性要求

通過工程經驗總結與實驗[5]研究表明，細料較多且強度較大的工業廢渣混合料的抗沖刷性要普遍優于一般混合料。由此我們可以斷定，細料的含量決定了混合料的抗沖刷特性。

2.3 抗凍特性研究

在我國北方，大部分地區為季節性冰凍地區。所以，北方公路在設計與建設過程中一定要考慮混合料的抗凍特性指標。如果抗凍特性指標不能達到國家標準的工業廢渣混合料絕對不能運用到公路建設中去。

施工過程中，碾壓含水量一般控制為最佳含水量。在養護結束后，大量的水份保存在混合料的空隙中。其中混合料空隙中的自由水對混合料的抗凍性能影響最大。對混合料進行試驗，如果經過規范中規定的凍融試驗后，混合料的力學性能如果仍能滿足抗凍特性要求，則可以認為該混合料可以用于凍融地段混合料的鋪筑。

通過實驗研究[6]，混合料在凍融試驗后強度有所降低。特別是在低溫條件下鋪筑的混合料，強度降低較大。所以可以斷定，工業廢渣混合料的鋪筑應在溫度較高的夏季進行。混合料的殘余強度也與養護時間的長短成正比。由此可以斷定，工業廢渣混合料應當在夏季鋪筑并保證足夠的養護時間。

2.4 收縮特性要求

混合料的收縮特性主要分為溫縮與干縮。混合料如果溫縮與干縮特性不能符合規范要求的話會大量的產生橫向的細小裂縫。所以混合料的收縮特性對公路質量有著極大的影響。

2.4.1 干縮特性要求

由于混合料在拌合結束后由于水分揮發與其它水化反應。混合料中大量水分會損失掉。水分損失后混合料會由于碳化等一系列反應導致混合料微觀體積收縮變小。從而導致混合料產生干縮。

根據試驗與施工經驗總結表明，混合料主要通過考慮干縮應變等數據來測試干縮特性。實驗表明不同的結構決定了混合料的干縮特性。骨架結構的混合料中由于骨架對混合料有著一定的抑制特性，所以集料為骨架結構的混合料在干縮性能方面優于一般的懸浮密實結構。

2.4.2 溫縮特性要求

半剛性結構大多數為三相結構，三種不同結構在溫度變化情況下產生不同的體積位移。造成溫縮效應。

通過對于實驗與工程實踐總結我們可以得到以下結論。

(1)工業廢渣混合料會產生較大的溫縮反應。在實際應用中除了要施加特殊措施以外，在養護方面必須要施加特殊措施。為了保證溫縮反應在合理范圍內，必須要加強養護

(2)石灰與粉煤灰在混合料中起到了主要作用。

(3)在混合料中摻入適量的粉煤灰，可以依靠粉煤灰對溫縮作用的抑制作用抑制溫縮對混合料的破壞。

(4)在實際應用中，在保證混合料強度的前提下，減少石灰用量可以有效地控制混合料的溫縮。

3 結論

通過對工業廢渣在公路工程中的運用特點進行理論分析，具體得到以下幾點結論：

(1)通過對鐵礦渣進行一系列的理論研究分析，我們可以從多方面去論證工業廢渣在物理特性方面的優缺點。通過對這些優缺點的辨識，我們可以認為，工業廢渣可以運用于公路工程的建設當中去。而且其部分物理特性指標要更加優于原有材料。

(2)將工業廢渣運用于道路工程建設中不但具有極大的經濟意義而且對我國的環保事業也有著加大的貢獻。

(3)在工業廢渣混合料的設計、拌合、攤鋪、碾壓以及養護階段均需按照實際要求進行設計施工。保證工業廢渣混合料滿足公預規關于穩定性等物理特性要求。

(4)在保證強度前提下，應對其他拌合料進行分析，提高混合料物理特性標準。特別要把穩定性、抗凍性、收縮特性方面作為施工控制要點。保證工業廢渣混合料符合工程實際應用要求。保證公路質量要求。

[1]嚴家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]鄧學均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,1994.

[3]薛明,等.安陽鋼渣在水泥混凝土道路墊層中的應用研究[D].上海:同濟大學,1997.

[4]陳拴發,等.公路結構物水泥混凝土耐久性研究動態[J].公路,2003.

[5]張志軍.鐵礦渣在道路工程半剛性基層中的應用[D].上海:同濟大學.

[6]賈耀東,等.國外混凝土抗凍性控制要求和試驗方法綜述[J].混凝土,2005(6):24-28.