鋼渣在道路路基路面工程中的應(yīng)用研究

嚴(yán)文偉

（西寧海湖開發(fā)建設(shè)管理有限公司，青海 西寧 810000）

鋼渣在道路路基路面工程中的應(yīng)用研究

嚴(yán)文偉

（西寧海湖開發(fā)建設(shè)管理有限公司，青海 西寧 810000）

介紹了鋼渣的物理特性，并對鋼渣在道路路基及路面中的應(yīng)用做了簡單的分析，目的是探索與比較鋼渣新的有效利用途徑，希望通過在瀝青路面工程中的應(yīng)用可以加大我國對鋼渣的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用水平的拓展和提升，從而從根本上解決鋼渣利用難的問題。

鋼渣；路基；路面；工程

鋼渣是冶煉鋼鐵過程中產(chǎn)生的一種非金屬固態(tài)物質(zhì)，排放量大，利用率低，不僅占用土地資源，而且污染環(huán)境，給人們的生活和生產(chǎn)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(shè)正處于飛速發(fā)展階段，對能源和資源消耗巨大，若將鋼渣作為骨料更好地在路面工程中得以應(yīng)用，對提高鋼渣的利用率，減少環(huán)境污染具有重要意義。

1 鋼渣的物理特性

鋼渣主要是金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料和補(bǔ)爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料。如:石灰石、白云石、鐵礦石、硅石等。鋼渣基本呈黑灰色，外觀像結(jié)塊的水泥熟料，其中夾帶一些Fe粒，硬度大，密度為1700～2000 kg/m3。鋼渣的主要化學(xué)成分有: CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、f-CaO ，有的還含有V2O5、TiO2等，成分有較大范圍的波動。鋼渣的特點(diǎn)是Fe的氧化物以FeO和Fe2O3形式存在，而以FeO為主，總量在25%以下。鋼渣中一般均含有P2O5，其在鋼渣礦物形成中起重要作用，首先，它和CaO、SiO2生成活性較差的納蓋斯密特石(7CaOP2O52SiO2)阻礙了硅酸三鈣的生成;另外，P的存在也會使硅酸三鈣分解，降低鋼渣的活性。鋼渣的礦物組成與鋼渣的化學(xué)成分有關(guān)，特別是取決于鋼渣的堿度(CaO與SiO2、P2O5的含量比)。低堿度鋼渣中主要成分為氧化鐵，并固溶有氧化錳、氧化鈣;在高堿度鋼渣中主要為氧化鎂、氧化亞鐵、氧化錳組成的固溶體。在鋼渣礦物組成中，硅酸二鈣和硅酸三鈣的含量都比較高，可以保存較高的活性，適于水泥生產(chǎn)。氧化鎂在低堿度鋼渣中，以鎂薔薇輝石礦物存在，在高堿度鋼渣中，存在于二價金屬離子氧化物中，不會引起安定性不良，不會對鋼渣生產(chǎn)水泥造成影響。但在不同堿度的鋼渣中，均有游離氧化鈣的存在，它會分解，導(dǎo)致體積膨脹，產(chǎn)生危害，利用時應(yīng)加以注意。到目前，人們已經(jīng)開發(fā)了多種有關(guān)鋼渣綜合利用的途徑，主要包括冶金、建筑材料、農(nóng)業(yè)利用、工程應(yīng)用等幾個領(lǐng)域。

2 鋼渣在道路路基中的應(yīng)用

2.1 鋼渣作為路基填料可行實(shí)用

鋼渣具有很強(qiáng)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(qiáng)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(dá)7m，所用的鋼渣經(jīng)過了一年多的沉化，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)土工擊實(shí)試驗(yàn)鋼渣的最大干密度為2. 34g /cm3，由于鋼渣密度大容易壓實(shí)，一般采用 15t～20t鋼輪壓路機(jī)碾壓 3～5遍即可達(dá)到規(guī)定的90%壓實(shí)度。

2. 2 鋼渣作為路基填料的局限性

(1)鋼渣在陳化過程中發(fā)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(dāng)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(nèi)，路面溝槽位置就出現(xiàn)了明顯的縱向裂縫。據(jù)此，在工程中所用的鋼渣必須是堆放一年以上的陳渣，穩(wěn)定性較好，路基質(zhì)量比較可靠。堆放時間比較短的鋼渣用于工程后，路基出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

(2)鋼渣的密度過大導(dǎo)致運(yùn)輸、鋪筑困難。鋼渣的密度是一般石料密度的1. 2～1. 4倍。所以其運(yùn)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(qū)。否則會導(dǎo)致地基應(yīng)力集中，路基翻漿。

3 鋼渣在瀝青路面工程中的應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，道路建設(shè)事業(yè)也迅猛的發(fā)展起來。特別是 90%的路面結(jié)構(gòu)形式均采用瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。雖然僅僅是近幾年才發(fā)展起來的一個新的面層混凝土類型，但是發(fā)展速度之快使得大量使用的天然集料以達(dá)到了供不應(yīng)求的狀況。因此考慮鋼渣作為瀝青混凝土的替代集料就提到了道路研究人員的研究日程上了。

3.1 寶鋼公司鋼渣應(yīng)用范例

為了變廢為寶，使資源得以綜合利用，近幾年，上海的各鋼鐵公司均建立了鋼渣處理工藝線，對鋼渣瀝青混凝土進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，并且在室內(nèi)試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，于1997年12月在寶山楊行鎮(zhèn)富楊路鋪筑了一條長為2422 m，路幅寬14 m的鋼渣瀝青混凝土試驗(yàn)段。面層采用7cm厚的LH-35粗粒式鋼渣瀝青混凝土和3cm厚的LH-15細(xì)粒鋼渣瀝青混凝土的二層式路面結(jié)構(gòu)。該路段成為我國首條鋼渣瀝青混凝土路面。該路段的兩旁是經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，大型的載重卡車和集裝箱車經(jīng)常往來該路段，實(shí)際上是對鋼渣瀝青混凝土路面的一種考驗(yàn)。通過數(shù)年的使用，鋼渣瀝青混凝土路面的路用性能經(jīng)受住了考驗(yàn)，鋼渣這種材料也因此而成為上海瀝青混凝土業(yè)的新的集料來源。

3.2 武鋼冶金渣公司應(yīng)用范例

2002 年，武鋼冶金渣公司受《鋼渣瀝青混凝土的研究與應(yīng)用》課題組的委托，在武鋼冶金渣公司的廠道上進(jìn)行試驗(yàn)段的鋪筑工作。試驗(yàn)段全長230 m，路面寬度為6.5 m，施工總面積為1495 m2。試驗(yàn)段選用破碎過的鋼渣作為集料材料，分2層進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑工作:中面層為AC-20I型鋼渣瀝青混凝土，最佳油石比為5.5%;上面層為AC-10I型鋼渣瀝青混凝土，最佳油石比為6.2%。從混合料的生產(chǎn)情況來看，拌制的混合料烏黑發(fā)亮，油膜均勻，碾壓成型后外觀與碎石瀝青混合料基本無區(qū)別。從該試驗(yàn)段的使用效果來看，路面表層基本平整，有較好的構(gòu)造深度，顆粒分布均勻。路面無擁包，無膨脹拱起現(xiàn)象，未出現(xiàn)開裂、松散等路面病害現(xiàn)象，并且表現(xiàn)出了良好的抗滑特性以及優(yōu)良的路用性能。而且在通車后，定期對試驗(yàn)段進(jìn)行了觀測，特別在交通量較大，雨水較多或者是冰雪天氣時觀測路面使用狀況，一系列的觀測結(jié)果表明，試驗(yàn)段的使用狀況良好，路面性能穩(wěn)定。鋼渣瀝青混凝土路面的鋪筑取得了較為理想的效果。而且對于鋼渣在瀝青路面中替代普通天然集料的使用，經(jīng)濟(jì)與社會意義相當(dāng)重大。2004年，經(jīng)過一冬一夏的考驗(yàn)，且在交通量相對較大，超載重載車較多的情況下，試驗(yàn)與觀測結(jié)果證明鋪筑在武鋼場內(nèi)的鋼渣試驗(yàn)段使用性能衰減并不明顯，說明鋼渣作為瀝青混凝土集料在瀝青路面施工中使用是可行的。

4 結(jié)論

通過對鋼渣的主要應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前的情況是在已有的領(lǐng)域中，處置與應(yīng)用鋼渣的技術(shù)已經(jīng)純熟，可以大規(guī)模的推廣應(yīng)用，但是工藝上沒有多大的變化與差異;在新的應(yīng)用領(lǐng)域諸如在瀝青混凝土中的應(yīng)用，前景是非常令人樂觀，但是推廣的阻力不會小，首先瀝青混凝土從出現(xiàn)到占據(jù)道路面層主流應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式時間并不長，可以說普通瀝青混凝土的發(fā)展都還有很多未解決的問題，更不用說鋼渣瀝青混凝土了，因?yàn)楹笳咴诩夹g(shù)上存在應(yīng)用瓶頸需要進(jìn)一步的研究論證其穩(wěn)定性以及與環(huán)境的和睦性。但是鑒于當(dāng)前自然資源由于過度開采出現(xiàn)匱乏的情況以及大量鋼渣未及時處理出現(xiàn)污染、占地的情況的雙重壓力，必將大大加快鋼渣在道路工程領(lǐng)域中的應(yīng)用與推廣的步伐。

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[2]薛明.鋼渣用于道路工程的研究［J］.華東公路,1997

[3]冷光榮,程柏生.鋼渣綜合利用［J］.江西冶金,2003

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