工業(yè)廢渣在道路工程中應(yīng)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(shè)計(jì)院，河南 平頂山 467000)

0 概述

(1)研究現(xiàn)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(yùn)用于路面鋪筑的各個(gè)方面。但隨著我國(guó)道路交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大。大量的碎礫石等石料被大量的適用，我國(guó)為此不得不大量開(kāi)山劈石。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，開(kāi)山劈石不但對(duì)工程經(jīng)濟(jì)方面產(chǎn)生了負(fù)面影響，同樣也對(duì)我國(guó)的自然風(fēng)貌產(chǎn)生了較大的破壞。所以嚴(yán)家汲[1]提出了運(yùn)用冶金工業(yè)中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣作為巖石集料的替代品這一概念。通過(guò)對(duì)工業(yè)廢渣進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定表明，工業(yè)廢渣的密度大于普通集料，力學(xué)強(qiáng)度方面優(yōu)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(yùn)用的性能指標(biāo)。

同濟(jì)大學(xué)與安陽(yáng)鋼鐵合作研究了鐵礦渣在公路工程中的具體運(yùn)用，并取得了極大地研究成果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，安陽(yáng)鋼鐵生產(chǎn)的工業(yè)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(yùn)用[2]。

鄧學(xué)均[3]教授通過(guò)理論研究分析了工業(yè)廢渣在道路工程應(yīng)用中強(qiáng)度形成的原理、集料級(jí)配要求與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面。系統(tǒng)的研究總結(jié)了工業(yè)廢渣在道路工程運(yùn)用的理論與標(biāo)準(zhǔn)。

(2)工業(yè)廢渣主要材料構(gòu)成

我國(guó)現(xiàn)階段的工業(yè)工程主要可以運(yùn)用與道路工程的工業(yè)廢渣主要為鐵礦礦渣。鐵礦渣的主要成分有：長(zhǎng)石、二氧化硅、三氧化二鐵與部分輝石等礦物質(zhì)。鐵礦渣不能直接運(yùn)用于道路混合料的拌合與攤鋪。工業(yè)廢渣應(yīng)經(jīng)過(guò)特定的處理，降低其對(duì)環(huán)境的危害。固話其物理特性后才可以運(yùn)用于公路工程中。

1 工業(yè)廢渣性能分析

1.1 工業(yè)廢渣的抗凍性能

集料的抗凍特性主要取決于集料在經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后的力學(xué)強(qiáng)度變化、整體彈性模量變化與自身密度變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明[4]工業(yè)廢渣特別是鐵礦渣在經(jīng)過(guò)一定的凍融循環(huán)后其強(qiáng)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(yùn)用要求。

1.2 工業(yè)廢渣的穩(wěn)定性要求

通過(guò)對(duì)工業(yè)廢渣進(jìn)行的穩(wěn)定性研究表明工業(yè)廢渣特別是鐵礦渣在穩(wěn)定性方面可以滿足公路規(guī)范中的穩(wěn)定性要求。

2 工業(yè)廢渣應(yīng)用要求

2.1 強(qiáng)度形成機(jī)理

工業(yè)廢渣混合料強(qiáng)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(fā)生火山灰反應(yīng)，從而形成一定的粘結(jié)應(yīng)力。由于粉煤灰與石灰之間的火山灰反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的晶狀體。而這些晶狀體會(huì)產(chǎn)生大量的網(wǎng)系結(jié)構(gòu)。這些網(wǎng)系結(jié)構(gòu)會(huì)保證混合料之間有較好的水穩(wěn)性、強(qiáng)度與彈性模量。

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

2.2 穩(wěn)定性應(yīng)用要求

混合料的穩(wěn)定性主要取決于混合料的水穩(wěn)性與抗沖刷性。如果混合料的穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范要求，在排水性能較差的路段，會(huì)逐漸產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象。從而導(dǎo)致路面板脫空形成集中應(yīng)力，影響公路的正常使用。

2.2.1 水穩(wěn)性要求

混合料水穩(wěn)性的測(cè)定主要參考其軟化系數(shù)。通過(guò)對(duì)泡水前后混合料的度對(duì)比，我們可以得到混合料的軟化系數(shù)。軟乎系數(shù)越高，水穩(wěn)性能越好。通過(guò)長(zhǎng)期工程經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)研究我們可以得到二灰鐵礦渣穩(wěn)定土的軟化系數(shù)均可以滿足規(guī)范要求。

2.2.2 抗沖刷特性要求

通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與實(shí)驗(yàn)[5]研究表明，細(xì)料較多且強(qiáng)度較大的工業(yè)廢渣混合料的抗沖刷性要普遍優(yōu)于一般混合料。由此我們可以斷定，細(xì)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(guó)北方，大部分地區(qū)為季節(jié)性冰凍地區(qū)。所以，北方公路在設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中一定要考慮混合料的抗凍特性指標(biāo)。如果抗凍特性指標(biāo)不能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廢渣混合料絕對(duì)不能運(yùn)用到公路建設(shè)中去。

施工過(guò)程中，碾壓含水量一般控制為最佳含水量。在養(yǎng)護(hù)結(jié)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(duì)混合料的抗凍性能影響最大。對(duì)混合料進(jìn)行試驗(yàn)，如果經(jīng)過(guò)規(guī)范中規(guī)定的凍融試驗(yàn)后，混合料的力學(xué)性能如果仍能滿足抗凍特性要求，則可以認(rèn)為該混合料可以用于凍融地段混合料的鋪筑。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究[6]，混合料在凍融試驗(yàn)后強(qiáng)度有所降低。特別是在低溫條件下鋪筑的混合料，強(qiáng)度降低較大。所以可以斷定，工業(yè)廢渣混合料的鋪筑應(yīng)在溫度較高的夏季進(jìn)行。混合料的殘余強(qiáng)度也與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)短成正比。由此可以斷定，工業(yè)廢渣混合料應(yīng)當(dāng)在夏季鋪筑并保證足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)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(guī)范要求的話會(huì)大量的產(chǎn)生橫向的細(xì)小裂縫。所以混合料的收縮特性對(duì)公路質(zhì)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(jié)束后由于水分揮發(fā)與其它水化反應(yīng)。混合料中大量水分會(huì)損失掉。水分損失后混合料會(huì)由于碳化等一系列反應(yīng)導(dǎo)致混合料微觀體積收縮變小。從而導(dǎo)致混合料產(chǎn)生干縮。

根據(jù)試驗(yàn)與施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)表明，混合料主要通過(guò)考慮干縮應(yīng)變等數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)試干縮特性。實(shí)驗(yàn)表明不同的結(jié)構(gòu)決定了混合料的干縮特性。骨架結(jié)構(gòu)的混合料中由于骨架對(duì)混合料有著一定的抑制特性，所以集料為骨架結(jié)構(gòu)的混合料在干縮性能方面優(yōu)于一般的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。

2.4.2 溫縮特性要求

半剛性結(jié)構(gòu)大多數(shù)為三相結(jié)構(gòu)，三種不同結(jié)構(gòu)在溫度變化情況下產(chǎn)生不同的體積位移。造成溫縮效應(yīng)。

通過(guò)對(duì)于實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐總結(jié)我們可以得到以下結(jié)論。

(1)工業(yè)廢渣混合料會(huì)產(chǎn)生較大的溫縮反應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用中除了要施加特殊措施以外，在養(yǎng)護(hù)方面必須要施加特殊措施。為了保證溫縮反應(yīng)在合理范圍內(nèi)，必須要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

(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(duì)溫縮作用的抑制作用抑制溫縮對(duì)混合料的破壞。

(4)在實(shí)際應(yīng)用中，在保證混合料強(qiáng)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(jié)論

通過(guò)對(duì)工業(yè)廢渣在公路工程中的運(yùn)用特點(diǎn)進(jìn)行理論分析，具體得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)通過(guò)對(duì)鐵礦渣進(jìn)行一系列的理論研究分析，我們可以從多方面去論證工業(yè)廢渣在物理特性方面的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)對(duì)這些優(yōu)缺點(diǎn)的辨識(shí)，我們可以認(rèn)為，工業(yè)廢渣可以運(yùn)用于公路工程的建設(shè)當(dāng)中去。而且其部分物理特性指標(biāo)要更加優(yōu)于原有材料。

(2)將工業(yè)廢渣運(yùn)用于道路工程建設(shè)中不但具有極大的經(jīng)濟(jì)意義而且對(duì)我國(guó)的環(huán)保事業(yè)也有著加大的貢獻(xiàn)。

(3)在工業(yè)廢渣混合料的設(shè)計(jì)、拌合、攤鋪、碾壓以及養(yǎng)護(hù)階段均需按照實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。保證工業(yè)廢渣混合料滿足公預(yù)規(guī)關(guān)于穩(wěn)定性等物理特性要求。

(4)在保證強(qiáng)度前提下，應(yīng)對(duì)其他拌合料進(jìn)行分析，提高混合料物理特性標(biāo)準(zhǔn)。特別要把穩(wěn)定性、抗凍性、收縮特性方面作為施工控制要點(diǎn)。保證工業(yè)廢渣混合料符合工程實(shí)際應(yīng)用要求。保證公路質(zhì)量要求。

[1]嚴(yán)家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]鄧學(xué)均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,1994.

[3]薛明,等.安陽(yáng)鋼渣在水泥混凝土道路墊層中的應(yīng)用研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),1997.

[4]陳拴發(fā),等.公路結(jié)構(gòu)物水泥混凝土耐久性研究動(dòng)態(tài)[J].公路,2003.

[5]張志軍.鐵礦渣在道路工程半剛性基層中的應(yīng)用[D].上海:同濟(jì)大學(xué).

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