鋼渣在高速公路路基施工中的應(yīng)用

徐曉東 白喜亮

【摘 要】鋼渣是在煉鋼過程中產(chǎn)生的以硅酸二鈣、硅酸三鈣為主要成分的熔融物，經(jīng)冷卻后得到的副產(chǎn)品，其排放量大，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(guó)公路建設(shè)正處于飛速發(fā)展階段，對(duì)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(yīng)用，對(duì)提高鋼渣的利用率，減少環(huán)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(wěn)定性

鋼渣瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)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(jīng)搗實(shí)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(duì)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(jié)構(gòu)，這不僅能有吸附多余的瀝青，特別在高溫季節(jié)，利于提高混合料的抗變形能力。

1.2水穩(wěn)定性

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

1.3體積穩(wěn)定性

鋼渣內(nèi)含有一些可水化的氧化物，比如CaO、MgO等。這些物質(zhì)在接觸水后會(huì)造成混凝土的體積不穩(wěn)定。具體來說，會(huì)引起混凝土的膨脹。現(xiàn)在對(duì)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(qiáng)度和耐久性，并指出鋼渣粗骨料混凝土在強(qiáng)度和耐久性方面的優(yōu)勢(shì)，但鋼渣粗骨料混凝土的體積穩(wěn)定性不良是一個(gè)顯著的劣勢(shì)，它阻礙了鋼渣粗骨料混凝土在工程上的運(yùn)用。對(duì)鋼渣粗骨料的膨脹力展開研究，指出膨脹力和高溫中斷測(cè)試技術(shù)可以用于測(cè)試鋼渣粗骨料所產(chǎn)生的膨脹力大小，并且能夠建立相應(yīng)的模型并通過公式計(jì)算出每單位體積或每個(gè)鋼渣顆粒的膨脹力大小。可以用這些數(shù)值來定量估計(jì)鋼渣穩(wěn)定性。

2、鋼渣在道路路基中的應(yīng)用

2.1鋼渣作為路基填料優(yōu)點(diǎn)

鋼渣具有很強(qiáng)的吸水性，對(duì)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(duì)提高路基的承載力也有很不錯(cuò)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)7米，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鋼渣作為路基填料缺點(diǎn)

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(shí)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(gè)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(shí)間比較短的鋼渣用于工程后，路基出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。鋼渣的密度過大導(dǎo)致運(yùn)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(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)。

3、鋼渣在高速公路路基施工中的應(yīng)用

3.1在水泥穩(wěn)定土基層應(yīng)用

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

產(chǎn)生溫干縮裂縫，使得瀝青面層產(chǎn)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(chǎn)生。所以，在半剛性基層中合理?yè)饺脘撛芨玫奶岣咂湫阅堋?/p>

3.2鋼渣在水泥公路中的運(yùn)用

鋼渣內(nèi)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(zhuǎn)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(chǎn)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(jié)晶密度高、結(jié)晶體顆粒很大、水化效率低。所以，能夠?qū)撛?dāng)做過燒硅酸鹽水泥熟料。以鋼渣為構(gòu)成關(guān)鍵元素，摻入特制的摻合料和一定比例的石膏，經(jīng)研細(xì)制備成的水硬性膠凝原料，稱作鋼渣水泥。生產(chǎn)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(qiáng)度，還能夠摻進(jìn)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(chǎn)技術(shù)的運(yùn)用簡(jiǎn)易，由原料破碎、磁選、烘烤、計(jì)量配比、粉末以及包裝等生產(chǎn)工藝構(gòu)成。此外，鋼渣水泥具備微膨脹特性以及防滲特性，普及運(yùn)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(yùn)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(qū)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(jìn)的路面瀝青混凝土，對(duì)集料要求是吸水性低，水硬性好，多棱角，大粒度。鋼渣內(nèi)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(chǎn)的摻和料來使用。通常，常規(guī)的水泥摻和料的鋼渣需要粒度在12毫米之內(nèi)，并研磨摻加量要在10%的比例內(nèi)。當(dāng)前，我國(guó)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(duì)鋼渣在這丈面的使用較為到位。在泵送混凝土中，經(jīng)研細(xì)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(shí)度、強(qiáng)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(gòu)成的混凝土，當(dāng)科學(xué)配比后，能夠替代普通的混凝土。

4、鋼渣在道路中運(yùn)用的前景分析

4.1國(guó)家政策支持

國(guó)家發(fā)改委在文件中明確指出：鼓勵(lì)鋼廠推廣應(yīng)用鋼渣"零排放"技術(shù)。推動(dòng)建立技術(shù)創(chuàng)新體系，加大鋼渣處理及渣鋼提純磁選等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)力度，突破制約冶煉渣利用的技術(shù)瓶頸，重點(diǎn)解決赤泥綜合利用等技術(shù)難題。大力發(fā)展鋼渣余熱自解穩(wěn)定化處理，提高金屬回收率，推廣生產(chǎn)鋼鐵渣復(fù)合粉作水泥和混凝土摻合料，鼓勵(lì)有色金屬冶煉渣在生產(chǎn)建筑、道路材料方面的應(yīng)用。

4.2熱燜技術(shù)的應(yīng)用

2010年安鋼集團(tuán)開始采用"熱燜技術(shù)"處理鋼渣的先進(jìn)工藝。鋼渣熱燜處理技術(shù)是將熱融鋼渣傾翻到熱燜池內(nèi)，封蓋，打水。水遇鋼渣產(chǎn)生蒸汽，使鋼渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，f-CaO生成Ca（OH）2，體積膨脹并在溫度變化應(yīng)力作用下破裂粉化，使鋼渣穩(wěn)定。"熱燜技術(shù)"處理鋼渣與其它鋼渣處理方法相比處理工藝簡(jiǎn)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(wěn)定，為鋼渣在工程中直接應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。采用"熱燜技術(shù)"處理后的鋼渣其f-CaO和f-MgO含量有效降低，經(jīng)破碎、篩分后的顆粒度滿足工程要求，初步具備在工程中應(yīng)用的可行性。

結(jié)束語(yǔ)

在道路工程中推廣應(yīng)用鋼渣，對(duì)鋼渣的資源再生利用，改善環(huán)境、走可持續(xù)發(fā)展道路以及提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著重要意義。

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