鋼渣在瀝青混凝土中的實踐應用分析

（太原市政建設集團有限公司，山西太原030020）

當前階段，國家基礎設施建設力度不斷增強，公路工程的覆蓋范圍也越來越大，但在對公路工程進行施工建設的過程中，通常會需要大量的施工材料，而對天然砂石進行大規模的開采，不僅成本投入較高，還會對生態環境造成一定的破壞，而如果能夠使用鋼渣來代替土石料，不僅能夠保證工程的建設質量，降低工程的成本投入，還能減少鋼鐵行業的資源消耗，這對于國家可持續發展戰略的深化具有非常積極的作用，因此，針對相關內容進行深入的研究是很有必要的。

1 鋼渣的理化性質

通常鋼渣的外觀顏色均為黑灰色，看上去與結塊之后的水泥熟料較為相似，由于其中含有鐵粒所以具有較大的硬度，密度則可以達到1700-2000kg/m3，鋼渣的形成溫度一般為1500℃-1700℃，在高溫狀態下表現為液態，冷卻之后會逐漸變為塊狀。而鋼渣的化學成分主要包括：鐵元素、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅、氧化亞鐵、氧化亞錳、五氧化二磷、五氧化二釩以及二氧化鈦等等，其成分的波動范圍相對較大。鋼渣的主要特點就是鐵的氧化物會以鐵元素和氧化亞鐵的形式存在。通常在鋼渣當中都會含有一定的五氧化二磷，這也是鋼渣礦物形成的關鍵。鋼渣自身的礦物構成往往會受到鋼渣化學成分的影響，尤其是鋼渣堿度在此期間發揮著巨大的作用。例如，低堿度鋼渣，其成分主要為氧化鐵，固溶有氧化鈣及氧化錳。而高堿度鋼渣則主要包含氧化錳、氧化鎂以及氧化亞鐵構成的固溶體。對于鋼渣礦物組成來說，一般會含有較多的硅酸三鈣及硅酸二鈣，能夠保持較高的活性，所以在水泥生產中較為適用。另外，在低堿度鋼渣中，氧化鎂主要是以鎂薔薇輝石礦物的形式存在，而在高堿度鋼渣中，其主要在二價金屬離子氧化物當中，所以不會造成穩定性不良的情況。同時，在各種堿度的鋼渣中，都含有游離氧化鈣，其在分解的過程中，會造成體積膨脹的情況，進而影響鋼渣的有效應用，因此，在具體應用時應該保持注意[1]。

2 鋼渣在瀝青混凝土中的應用

2.1 當做粗骨料在瀝青混凝土當中進行應用

某單位利用鋼渣瀝青混凝土進行公路工程的施工建設，主要將鋼渣當做粗骨料用于公路路面施工，在完成施工一個月以后，工程的路面表層具有較高的平整度，而且顆粒分布較為均勻。路面沒有膨脹或者是擁包現象存在，盡管路表面由于施工留有一些微小的裂紋，但卻并沒有出現松散以及開裂等典型的路面病害問題，公路整體的路用性能良好。

在案例工程當中，鋼渣瀝青混凝土設計的油石比為6.3%，相比于常規的石灰石礦粉瀝青混凝土，其油石比相對較高，之所以要如此設計，主要是由于鋼渣表面通常會有一些微孔，表現為松散多孔狀，所以會對瀝青產生較大的吸附作用，大量瀝青滲透到鋼渣微孔當中，會產生結構瀝青，而這會使鋼渣和瀝青產生較高的粘附性。

與此同時，鋼渣當中具有大量的鐵元素，所以其表現出的多為金屬性質，對于熱量的傳導效率相對較快。將其當做粗骨料和改性瀝青共同拌制以后，會產生較快的熱量散失速度，所以在進行攤鋪操作時，要將拌合場地與施工現場的間距盡量縮短，并且要保留較高的下料溫度[2]。

在對鋼渣瀝青混凝土進行攤鋪以后，壓路機應該緊隨其后進行碾壓操作，初壓階段需要使用振動鋼輪壓路機進行操作，在15米的范圍內進行反復碾壓，具體需要進行3遍碾壓之后，才能通過膠輪壓路機落實復壓操作，如此才能滿足施工的相關需要。

由于鋼渣主要是在冶煉廠煉鋼期間產生的副產品，所以，通常會被當做廢料進行處理，將其應用在瀝青混凝土當中，能夠將施工材料的成本投入有效降低。

為了進一步改進和優化鋼渣的應用效果，相關技術人員在工程完成施工并應用5年以后對工程性能進行了全面的檢查，經測試發現，工程的摩擦系數以及滲水結果都表現良好，而且在長期使用的情況下，其路面依然具備較高的平整度，遭受水損害的現象并不多見，而這也說明將鋼渣當做粗骨料，能夠與瀝青產生較高的粘附性，不容易出現水剝離的情況，且測試結果也凸顯了鋼渣良好的耐磨性能。除此之外，工作人員還進行了以下測試，使得鋼渣應用的可行性得到了有效的驗證。

第一，高溫穩定試驗。該項試驗主要是為了對高溫條件下鋼渣瀝青混凝土的抗荷載能力進行檢驗，需要保證其路面平整度，避免永久性變形問題的出現才能滿足相關工程的使用需要。因此，需要結合相關規定，通過車轍試驗對鋼渣瀝青混凝土的高溫穩定性進行測評，主要是借助標準輪碾法進行測試，在特定的輪碾條件及溫度條件下對試件表面進行反復碾壓，并對反復碾壓之后的車轍深度進行測定。經測試以后，可以確定，使用鋼渣完全代替粗細骨料以后，其試塊在高溫環境下具有良好的穩定性，而僅使用鋼渣作為粗骨料的試塊則略微次之，但也比全石灰巖形式的瀝青混凝土試塊穩定性高。除此之外，由于鋼渣表面紋理較為粗糙，其棱角豐富，而且與立方體較為接近，所以其更容易構成緊密的結構，這會使瀝青混凝土的抗剪性能得到進一步的提升[5]。

第二，膨脹性試驗。鋼渣受到自身的化學成分影響，其中的錳和鐵會以低化合價離子以及硫的形式形成化合物，但在其遇水以后會有氫氧化物形成，進而導致鋼渣出現體積增大的情況，而若是膨脹反應產生較高的內應力，就可能會出現錳分離以及鐵分離的情況，導致鋼渣出現碎裂成酥的現象。因此，為了檢測鋼渣作為集料時的膨脹性，工作人員結合相關規程對鋼渣膨脹性進行了測試。具體需要制作3個馬歇爾試件，通過游標卡尺對浸水之前的試件高度及直徑進行測試，進而獲得其初始體積，隨后準備一個60℃±1℃的水箱對試件進行浸泡，在浸泡時間達到72小時以后，將試塊取出對其高度及直徑進行測定，并計算浸泡之后的體積，最后計算試塊的膨脹率。經測試以后，可以確定鋼渣具有良好的穩定性，不會由于體積發生膨脹對路面穩定性造成不利影響，因此，可以在瀝青混凝土當中進行應用。且在鋼渣摻入到瀝青混凝土以后，瀝青混凝土不會出現較大的膨脹量，這主要是因為鋼渣當中含有的游離氧化鎂以及游離氧化鈣相對較多，而提高瀝青用量則可以避免水分對集料的影響，能夠使瀝青混凝土更加穩定[6]。

第三，低溫抗裂性測試。在進入冬季以后，由于溫度相對較低，所以瀝青面層經常會出現體積收縮的情況，但受到周圍材料以及基層結構的約束，瀝青混凝土往往無法進行自由的收縮，并在結構層當中形成溫度應力。特別是在氣溫急劇下降的情況下，溫度應力無法得到及時的化解，在這種情況下，非常容易在瀝青路面當中產生裂縫問題，并對工程造成損壞，降低工程的質量。而為了對鋼渣瀝青混凝土自身的低溫抗裂性進行測評，工作人員也結合了相關規定實施了低溫彎曲試驗。該項試驗需要在-10℃以下進行，且試驗速率應保持50mm/min，在石灰巖以及鋼渣瀝青混合料試塊上施加集中荷載，使其斷裂，并對至其破壞的彎拉應力進行計算。經測試以后確定，石灰巖瀝青混凝土試塊具有較高的抗彎拉應變能力，而使用鋼渣作為粗骨料的瀝青混凝土試塊其抗彎拉應變值則相對較小。這主要是受到混凝土內部懸浮密實結構影響造成的[7]。

2.2 對磨細鋼渣粉進行應用

在工程面層施工中，對磨細鋼渣粉進行應用，將其作為填料制備鋼渣瀝青混凝土，可以將傳統施工的石灰石礦粉取代，其不僅應用方法較為簡單，而且在相關領域的應用前景也非常的廣泛。但在對磨細鋼渣粉進行具體應用的過程中還需要對以下工作加以落實[3]。

2.2.1 室內試驗

在瀝青混凝土的制備中，花崗巖的應用非常廣泛，通常是作為粗集料或者是細集料進行應用，對其進行應用能夠有效降低瀝青混凝土的生產成本。但想要在實際施工中進行廣泛的應用，還需要在試驗室當中，做好性能監測工作。

凍融循環試驗。通過試驗可以確定，石灰石礦粉自身的馬歇爾劈裂強度比僅有72.8%，所以并不能對高速公路的施工要求加以滿足，而磨細鋼渣粉在馬歇爾劈裂強度比方面則可以達到93.2%，而且經過3次凍融以后，其劈裂強度仍然可以達到75.6%。另外，對經過3次凍融以后的試件進行觀察可以確定，加入鋼渣粉的試件整體較為完整，而且掉粒情況相對較少。而石灰石礦粉試件經過3次凍融以后，其表面出現了較為嚴重的顆粒脫離現象，并且試件當中的粗骨架結構已經外露，由此可以判斷，石灰石礦粉試件更容易出現水損壞的問題[4]。

2.2.2 磨細鋼渣粉試驗段

為了將磨細鋼渣粉應用期間的穩定性問題有效解除，必須要將其放置在高溫條件下，或者是浸水條件下2-3天，并在烘干以后，對其進行應用。另外，相關人員在吸取上述案例經驗以后，對工程的鋪筑工藝進行了改進和優化。由于磨細鋼渣粉具有較快的散熱速度，所以，同樣需要在攤鋪以后立即進行碾壓，避免鋼渣瀝青混凝土溫度過低影響壓實質量。在攤鋪機完成混合料的鋪設以后，利用膠輪壓路機在10米的范圍內進行3-4次的碾壓，通過膠輪的有效碾壓，瀝青混凝土當中的花崗巖骨料能夠得到充分的揉搓，防止堅硬的粗骨料出現層疊或者是凸起的情況，使骨料能夠保持嵌擠、均勻、立體的結構。在此之后，還要借助振動鋼輪壓路機進行2-4次復壓，以此來保證壓實操作的效果。最后，終壓操作也要使用膠輪壓路機來實現，要通過科學的碾壓有效提升路面施工的平整度[8]。

在鋪筑施工完成7天，瀝青路面徹底冷卻以后，還需要相關人員針對路面實施鉆芯取樣測試，而且要利用體積法對其孔隙率進行計算，鉆芯取樣操作應該以200米為間隔進行實施。經測試以后，可以確定花崗巖顆粒適中，且砂漿和大顆粒之間具有良好的粘結效果，另外，試樣結構較為緊湊，沒有明顯的孔洞存在，而這種結構對于水損害具有較高的抵抗力。同時為了對路面壓實情況進行全面的掌握，可以采集24個試件，且這些試件必須要在試驗段的左右兩側均勻提取[9]。

3 結語

綜上所述，在瀝青混凝土當中對鋼渣進行應用，能夠使瀝青混凝土的性能得到有效的提升，這對于鋼渣瀝青混凝土的有效應用，以及國家建設工作的開展具有非常重要的意義，因此，相關領域一定要對鋼渣的應用保持高度的重視，要結合實際需求，對鋼渣的性能進行深入的研究，并在工程建設當中進行合理的應用，使其能夠在工程建設當中發揮更大的作用。