不同粉膠比對鋼渣瀝青膠漿性能影響

王超磊 符浩

摘 要：鋼渣作為固體廢棄物可大量運用于道路工程，其作為集料加入到瀝青混合料已有眾多研究，但較細的鋼渣粉與瀝青結合形成的鋼渣瀝青膠漿性能有待探討。本文外摻0.8、1.0、1.2、1.4四種配比下鋼渣替代部分瀝青，制備鋼渣瀝青膠漿進行三大指標測試。結果表面，隨鋼渣摻量增加，針入度與延度均有所降低；延度降低幅度遠大于針入度，軟化點略有升高但變化不大；鋼渣摻加使瀝青膠漿變硬，高溫穩定性略有增強，低溫抗裂性降低較多；綜合比較，1.0配比下的鋼渣瀝青膠漿路用性能較好。

關鍵詞：礦粉；鋼渣；瀝青；瀝青膠漿

鋼渣是煉鋼轉爐或電爐產生的一種工業廢棄物，在對鋼渣回收利用方面，用作低等級道路的路基填筑或者把磨細鋼渣粉用在其他方面是主要途徑[ 1 ]。鋼渣品質與活性出現的不穩定因素及多數企業對瀝青混合料活性的考慮，使鋼渣的利用與發展變慢且總體消耗受很大影響。一些研究發現鋼渣耐磨，顆粒形狀和自然級配良好，力學性能優于碎石，而且與瀝青粘附性良好[ 2 ]。胡光偉發現SMA-13及AC-13C兩種鋼渣瀝青混合料的動穩定度均高于一般玄武巖及石灰巖配制的瀝青混合料[ 3 ]。牛哲研究了南京鋼鐵聯合有限公司的鋼渣作為粗集料制備瀝青混合料的一些性能[ 4 ]。

由于物理特性相似，考慮用鋼渣代替石灰巖礦粉，國內修建了一些鋼渣瀝青路面的試驗段。研究表明，僅25%的鋼渣替代量并不能顯著提升瀝青混凝土路用性能，如果換成更大的鋼渣取代量更有利于路用性能的提高[ 5-7 ]。近年雖然提出“去產能”，但多年積存的鋼渣仍需一段時間消耗。本文立足平頂山，利用當地的舞鋼鋼廠所產的鋼渣，探討鋼渣運用在瀝青膠漿中的性能與特點。

1 原材料與試驗方案

瀝青采樣地點：中亞路橋公司三工區夏李西拌合站。瀝青規格：70號A級。鋼渣采用河南舞鋼轉爐鋼渣，比表面積410m2/Kg，SEM照片見圖1，其主要成分見表1，對其適當破碎并過0.075mm方孔篩。

本文制作的鋼渣瀝青膠漿主要步驟如下：

（1）加熱至流動狀態的瀝青分別倒入每個盆子中0.5Kg（經計算：針入度試驗用瀝青0.1Kg，延度試驗用瀝青0.20Kg，軟化點試驗用瀝青0.05Kg）；

（2）加熱后的一定量鋼渣粉摻入基質瀝青中；

（3）不斷攪拌鋼渣瀝青膠漿，使鋼渣與瀝青混合均勻。

粉膠比為0.6-1.6范圍內鋼渣瀝青膠漿性能較好[ 1 ]，本文采用的粉膠比為0.8、1.0、1.2、1.4，鋼渣與瀝青的具體用量如下表2所示。

2 試驗結果分析

制作完鋼渣瀝青膠漿試件后，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[ 8 ]要求分別進行瀝青膠漿的針入度、延度、軟化點三大指標試驗（需要說明的是一定嚴格按照規范要求加入蒸餾水或純凈水，不能直接加入自來水，否則對試驗結果影響很大。）并與基質瀝青進行比較，分析鋼渣的摻加對瀝青性能的影響，其結果分別如下圖2、3及表3所示。

從圖2看出：15℃時只有1.0配比下鋼渣瀝青膠漿的針入度值大于基質瀝青，總體來說在此溫度下針入度數值差別不大。25、30℃時鋼渣瀝青膠漿的針入度下降明顯，數值大體為基質瀝青的30～70%，1.0粉膠比下的鋼渣瀝青膠漿針入度較大，也最接近基質瀝青。因此1.0粉膠比（瀝青與鋼渣等量）下的瀝青膠漿性能較好，其余配比下瀝青針入度下降明顯，顯示瀝青變硬。此時的鋼渣瀝青膠漿運用在路面上，會適當提高路面的高溫穩定性，但是低溫性能需要進一步研究確定。

從圖3看出：不同配比下鋼渣的摻入使瀝青膠漿的延度劇烈下降，下降幅度超過80%。隨粉膠比增加，鋼渣瀝青膠漿延度值逐漸變小，但降低范圍不大。1.4粉膠比時的延度值最小，此時的瀝青膠漿可塑性低，容易發生脆斷現象，0.8粉膠比下的延度值最大，但是稀稠，硬度不高，1.0粉膠比下的延度值在4種粉膠比中偏高。

比較表3中不同配比下的數值看出：鋼渣摻入基本上使瀝青膠漿的軟化點有所升高；0.8粉膠比下略有降低，其余配比下軟化點均有所升高，但升高幅度不大，都在8℃以內。結合之前針入度結果可以說明，鋼渣瀝青膠漿較基質瀝青相比，高溫穩定性有所提升。

綜合考慮幾種配下鋼渣瀝青膠漿性能，1.0粉膠比下的針入度有適當下降，延度下降很明顯，軟化點有所升高；說明此配比下的鋼渣瀝青膠漿低溫抗裂性降低明顯，高溫穩定性有適當提高。其余0.8、1.2、1.4三個配比下鋼渣瀝青膠漿的高溫性能有一定的提高，但低溫抗裂性下降過大，難以在一般地區使用。

3 結論

通過四種不同粉膠比下鋼渣瀝青膠漿與基質瀝青的針入度、延度、軟化點試驗結果分析，得出以下結論：

（1）摻加鋼渣使瀝青膠漿的針入度值有所降低，延度劇烈下降，軟化點有所升高；

（2）鋼渣摻加對道路的高溫穩定性有所改善，但道路的低溫抗裂性嚴重下降，容易發生脆斷現象，在低溫且對道路抗裂性要求嚴格要求的地區慎重使用鋼渣瀝青膠漿；

（3）1.0粉膠比下的鋼渣瀝青膠漿稠度適宜且硬度較高，綜合路用性能高于其它配比；

（4）1.0粉膠比下的鋼渣瀝青膠漿有較好的高溫穩定性，但低溫抗裂性較差，所以建議在我國南方高溫地區使用。

參考文獻：

[1] 謝君.鋼渣瀝青混凝土的制備、性能與應用研究[D].武漢理工大學，2013.

[2] 歐陽異.高粘度基質瀝青及混合料試驗研究[D].長沙理工大學，2007.

[3] 胡光偉，王坤.不同混合料類型的鋼渣瀝青混凝土高溫性能研究[J].道路工程2015.（4）：11-14.

[4] 牛哲.鋼渣瀝青混合料的制備與性能研究[D].東南大學，2016.

[5] 吳少鵬，薛永杰.鋼渣SMA的研究[R]第八屆國際交通新技術應用大會，2004.

[6] 韓海峰，水作用下瀝青混合料永久變形特性的表現形式[J].中國公路學報2003.16（4）.

[7] 薛永杰，吳少鵬，廖衛東，等.鋼渣在武黃高速公路加鋪工程中的應用研究[C].湖北省公路交通科技，2004.

[8] 中華人民共和國行業標準.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[JTG E20-2011].北京：人民交通出版社，2011.