湘鋼鋼渣水泥粉煤灰混合料路用性能研究

方 磊（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院 411100）

湘鋼鋼渣水泥粉煤灰混合料路用性能研究

方 磊
（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院 411100）

本文通過對湘鋼鋼渣和水泥粉煤灰組成的無機混合料分別進行原材料性能試驗和湘潭高新路路用性能試驗，驗證混合料用于路面基層材料的可行性。結(jié)果表明，三種原材料自身性能均滿足國家規(guī)范要求。試驗段的外形、高程、厚度、寬度、橫坡、平整度和壓實度、混合料級配、彎沉值、無限側(cè)抗壓強度顯示出混合料的良好路用性能，可用于路面基層鋪筑。

1.前言

隨著經(jīng)濟發(fā)展正進入“新常態(tài)”，鋼鐵行業(yè)更是需要發(fā)力“供給側(cè)改革”，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。鋼渣是煉鋼過程中的必然副產(chǎn)物，目前全國鋼渣累積堆存10億噸左右。合理利用鋼渣的各項性能并在道路工程中應(yīng)用，可以變廢為寶，具有良好經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，是鋼渣高價值利用的方展方向，具有廣闊的發(fā)展前景[1]。

本文以湘潭鋼鐵廠的鋼渣為主要研究對象配以水泥，粉煤灰形成無機混合料。經(jīng)過調(diào)查研究，廣泛收集資料，參考國內(nèi)外公路半剛性基層使用的成果經(jīng)驗，開展鋪筑試驗段，對試驗段進行基層外形及基層質(zhì)量的檢測，驗證湘鋼鋼渣混合料用于道路鋪筑的可行性。

2.原材料性能試驗

2.1 鋼渣

本研究采用的鋼渣為湘鋼自然鋼渣冷卻后進行破碎和篩分。檢測鋼渣為新渣和陳渣（3月和6月）三種。

1.物理性質(zhì)

根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2005）對鋼渣進行篩分試驗。檢測結(jié)果如表2.1所示。

表2.1 鋼渣篩分檢測結(jié)果

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)，初步確定本研究鋼渣屬于砂土類，其不均勻系數(shù)Cu數(shù)值在8-11之間，說明其級配良好。另外，鋼渣年齡與其級配分布并無明顯關(guān)系。

2.鋼渣膨脹性

煉鋼時需加入石灰等造渣劑去除鋼水中的硫、磷等雜質(zhì)，由于石灰未能完全反應(yīng)，致使鋼渣中殘留部分f-CaO，因此需要測定鋼渣膨脹性，以保證道路基層的穩(wěn)定[2]。

測定方法參照《鋼渣穩(wěn)定性試驗方法》（GB/T 24175-2009）中規(guī)定的浸水脹率測定法，檢測結(jié)果顯示經(jīng)過10d的10個膨脹循環(huán)后得到，平均膨脹率為1.20%。《鋼渣混合料路面基層施工技術(shù)規(guī)程》(YB/T 4184-2009)中規(guī)定“筑路用鋼渣的浸水膨脹率不應(yīng)大于2%”，鋼渣可以用于鋪筑。

3.化學(xué)組成

根據(jù)MasonB的堿度公式可計算出三種鋼渣堿度分別為2.51（新渣）3.07（3月）2.60（6月），依據(jù)判斷規(guī)則（低堿度渣＜1.8、中堿度渣1.8≤M≤2.5及高堿度渣＞2.5）均屬于堿度渣，活性較大。

2.2 其他原材料

本研究采用水泥為中材牌普通硅酸鹽水泥即P.O 42.5型號水泥。粉煤灰采用湘潭電廠的粉煤灰。石灰為金錦樂化學(xué)長沙有限公司購買的石灰。檢測結(jié)果表明均符合規(guī)范要求。

3.路用試驗結(jié)果與分析

試驗段位于高新區(qū)高新路（東二環(huán)至科技路）K0+0～K0+500，試驗段全場500m，路幅寬46米。綜合考慮規(guī)范要求結(jié)合前人研究成果以及本次研究實際情況確定試驗配合比為水泥：粉煤灰：鋼渣（15：5：80）[3-6]。針對試驗段的性能從外觀檢查和質(zhì)量檢查兩方面綜合評價以確定鋼渣混合料在路用時性能情況。

3.1 外觀評價

修筑試驗段，再經(jīng)過一定的養(yǎng)生期后，外觀評價從外形檢查、高程、厚度、寬度、橫坡、平整度幾個方面來進行評價。參考《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF801-2012)進行評價。具體檢查結(jié)果如表3.1所示。

表3.1 基層外形檢查項目、頻率及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以上檢測結(jié)果表明，鋼渣混合料在試驗路段外觀指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。另外，從外觀上看，試驗段路基表面平整、邊線直順、曲線圓滑。路基邊坡坡面平順、穩(wěn)定、無虧坡，曲線圓滑。碾壓過程中全面、隨時檢查都無“彈簧”現(xiàn)象。說明混合料在試驗段外觀檢查合格。

3.2 質(zhì)量評價

以下從壓實度、混合料級配、彎沉值、無限側(cè)抗壓強度、水泥劑量等 5個指標(biāo)來進行質(zhì)量評價。

1. 壓實度

采用游潤衛(wèi)[7]觀測“鋼板樁”沉降量的方法來判斷鋼渣的壓實程度。通過這種方法檢測試驗段的壓實度，結(jié)果表明所有檢測點的碾壓沉降總和均在1-4mm之間，可認(rèn)為鋼渣混合料路基均處于密實狀態(tài)，符合要求。

2. 混合料級配

良好的級配是保證路基穩(wěn)定的基礎(chǔ)，根據(jù)規(guī)范對混合料進行級配試驗。檢測結(jié)果表明，混合料的級配符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）要求。

3. 彎沉值

彎沉值從整體上反映了路面各層次的整體強度。本試驗段根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60—2008）進行檢測。檢測結(jié)果顯出五個檢測段彎沉代表值差別不大（56.8，62.2，58.1，65.5，66.9），且均小于設(shè)計彎沉值 110。所以認(rèn)為該試驗段彎沉值符合要求。

4. 無限側(cè)抗壓強度

按《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTJ057-2009）的規(guī)定進行抗壓試驗。結(jié)果取平均值。試驗結(jié)果抗壓強度7d為2.02MPa，抗壓強度28d為2.70MPa,符合國標(biāo)要求大于0.80MPa。說明鋼渣混合料運用在道路基層是可行的。

4 結(jié)論

本文將選取的水泥：粉煤灰：鋼渣（15：5：80）混合料鋪筑于湘潭市高新路，進行500m長路用性能試驗。從外形評價（外形檢查、高程、厚度、寬度、橫坡、平整度）和質(zhì)量評價（壓實度、混合料級配、彎沉值、無限側(cè)抗壓強度）進行檢測，結(jié)果表明，混合料運用于試驗段具有良好的路用性能。

[1]周啟偉.公路鋼渣基層與鋼渣瀝青混合料路用性能研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2011.

[2]李新明.鋼渣穩(wěn)定土的路用性能研究及應(yīng)用[D].鄭州:鄭州大學(xué)，2010.

[3]SHIC.Steel slag-its production, processing characteristics, and cementations properties [J]. Journal of Material in Civil Engineering.2004,16（3）：230-236.

[4]郁俊超.水泥粉煤灰穩(wěn)定細(xì)鋼渣路用性能的試驗研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué),2010.

[5]曹寶貴.二灰鋼渣在路面基層中應(yīng)用研究[D].西安:長安大學(xué)，2004.

[6]曾夢瀾，吳盛華等.水泥穩(wěn)定鋼渣-碎石路面基層材料試驗研究[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報.2011，33（1）：29-33.

[7]游潤衛(wèi).包鋼鋼渣作為筑路材料的研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2006.

[8]薛明，矯民，唐丹.鋼渣的基本性質(zhì)和道路工程中的利用前景[J].粉煤灰，2006，18（1）：41-44

G322

B

1007-6344（2016）06-0036-02

本文受湖南省教育廳科學(xué)研究項目“湘鋼鋼渣用于路面基層材料中的路用性能研究（13C101）”資助

方磊，男，漢族，1982，湖南岳陽人，博士研究生，講師，筑路材料研究