鋼渣透水混凝土在農村地區的應用潛力

謝文劍，陽 龍，許晴陽，袁伊蕓

（1.河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098；2.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098；3.河海大學馬克思主義學院，江蘇 南京 211100）

鋼渣是煉鋼工業產生的固態廢棄物，隨著我國鋼鐵工業的快速發展，我國每年的鋼渣產量也迅速遞增。據統計，我國每年的鋼渣產量在1億t左右，而處理后的鋼渣綜合利用率僅為25%左右。大量積存的鋼渣不僅占用農村土地，而且其中的重金屬元素經過雨水浸出會滲入土壤甚至流入地下水，給環境及人體健康帶來危害。

近年來，國內專家學者對鋼渣骨料和鋼渣混凝土基本性能進行了大量研究，鋼渣混凝土在實際工程中也已得到應用。這表明，只要采取合適處理方式以及合適的利用方向，鋼渣也能變廢為寶。而隨著我國農村生活水平的提高，村民對人居環境問題也提出了更高要求。如果能將鋼渣作為骨料制備鋼渣透水混凝土并用于農村地區的路面、廣場、河岸等地，就能在鋼渣二次利用的同時降低資源消耗量和經濟成本，實現環保與發展相互協調。

1 鋼渣透水混凝土路面

1.1 應用范圍

透水混凝土不包含細骨料，是由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互黏結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構，具有高透水率、易維護、耐用性、環保性及良好的裝飾性等優勢。鋼渣透水混凝土的特點在于以鋼渣為集料，成型后表面非常粗糙，而且骨料的粒徑越大，粗糙程度越高，所以需要根據鋪筑地點的具體情況合理選擇骨料粒徑。如果主要用于人行，應適當減小集料粒徑；如果用于停車場或者輕交通道路，應使用較大的粒徑骨料；如果鋪筑地段的環境較差、細小雜物較多，盡量使用大粒徑的透水混凝土，避免孔隙堵塞[1]。

1.2 應用效果

（1）避免積水。農村公路的建設水平不高，預設的雨水口密度不足、管徑流量小，局部地區甚至沒有排水設施，而且管養維護能力較為有限。這些原因使得夾雜著泥漿的雨水在路面形成積水，不僅影響交通，還會導致公路過早損壞。與傳統硬化路面相比，鋼渣透水混凝土路面因為良好的透水性可以使路表面的雨水直接滲入內部，解決了路面積水問題。

（2）行車安全。鋼渣透水混凝土路面的孔隙率大、紋理粗糙，增加了輪胎和道路的粗糙程度。此外，光線投射到這種粗糙表面上還會發生擴散，從而避免眩光現象。

（3）路面降溫。傳統硬化路面吸熱能力強，太陽直射下道路表面的溫度較高。而鋼渣透水混凝土路面會形成連續的毛細管路，氣候炎熱時毛細管內的水會蒸發并吸收熱量，中面層還可以借助地表風從孔隙散發熱量，以此達到給路面降溫的目的。

（4）吸聲降噪。鋼渣透水混凝土路面可以通過摩擦和空氣運動的黏滯阻力、小孔中空氣和孔壁的熱交換引起熱損失、聲波在粗糙表面散射的方式衰減聲能，還能降低輪胎引起空氣噴排產生的噪聲，進而改善周邊的聲環境。

（5）易于維護。鋼渣透水混凝土路面在后續維護管理中不需要進行過于繁雜的操作，可以用高壓水槍進行表面清潔處理，具備一定的維護便捷性。

（6）生態友好。鋼渣透水混凝土路面由于透水性可以將地表雨水排到地下，補充地下水資源，并且在透水的同時進行過濾。鋼渣透水混凝土路面由于透氣性可以使地下土體與空氣進行熱量、水分交換保持土壤濕度，改善生態環境[2]。

2 鋼渣透水混凝土廣場

2.1 實用性能

農村廣場由于面積較小一般不設排水設施，直接通過地表自然排水，廣場面層材料則以普通水泥方磚或彩色水泥方磚、廣場磚等為主。在實用性方面，這種廣場鋪裝雖然漂亮耐久但透水性能不佳，下雨時廣場面層阻止了雨水的滲透，不下雨時地面又塵土飛揚。另外，硬化地面還會阻止地表雨水滲入土壤，降低廣場植被的存活率。而將鋼渣透水混凝土運用于農村廣場的鋪設，正好能利用其透水、透氣的特性解決這些問題，改善農村廣場的環境。

2.2 美觀性能

在美觀方面，傳統農村廣場的美觀設計較為單一，主要依靠種植綠植、設置宣傳墻的方式美化周邊風景，很少從美化地面的角度入手。事實上，行人在廣場上行走時，視軸線往往是向下偏10°左右，較多的注意力也是在地面上。假如將鋼渣透水混凝土用于鋪設廣場，然后運用合理的搭配在地面增添色彩，就能給原本單調的地面增加活力。處理得當者還能夠與周圍環境相協調，營造出“美觀、舒適”的廣場環境，進而提高農村地區的生活質量。

3 植生型混凝土護坡

3.1 傳統護坡

河道護坡對于防洪排澇和防止水土流失有著重要意義。然而由于農村經濟發展水平較低，且缺乏有效的治理和管理，農村河道護坡普遍存在以下兩種現象：一種是保持自然河道，對原有土質岸坡不做任何防護處理，易發生岸坡坍塌與河道淤積；另一種是雖建有提高坡體穩定性的護坡，但無視河道周邊的生態環境建設，破壞沿岸動植物的發展空間，且缺乏美觀性和環保性。

3.2 生態護坡的效果

（1）護坡效果。多孔混凝土和植被可以組成植生型混凝土護坡，自下而上大致為夯實的坡基、生態混凝土、種植土、營養土、植被。它減緩岸坡侵蝕的能力優于草皮護坡，耐久性強于網石籠生態護坡，對地形和環境的適用范圍廣于土工合成材料護坡，具有較好的護坡效果[3]。

（2）生態效果。與傳統的植石護坡相比，其生態效果主要表現在三個方面：①混凝土的內部孔隙可以為綠色植物提供根系生長和吸收養分的空間，實現河岸綠化，增強水域陸域的聯系；②護坡的綠植可以通過水分的吸收與釋放滯洪補枯；③依靠化學凈化、物理凈化和生物凈化降低水體污染物質，改善河道水體水質[4]。

4 技術難點

（1）高強度與高滲透性難以并存。大孔隙率意味著較低的混凝土強度，這限制了透水混凝土技術的發展。尤其是將其應用于生態護坡時，需要較大孔隙率來提供土壤填充和植物根系生長的空間。對此，需不斷改進化配合比設計，實現使用性能的最優化。

（2）易發生鋼渣膨脹和凍融破壞。鋼渣遇水體積會膨脹，使已經硬化的水泥漿體發生破裂，產生裂縫甚至直接破碎。與普通混凝土路面相比，透水混凝土的凍融破壞尤為明顯，這直接影響著路面的耐久性能，限制了鋼渣透水混凝土在北方寒冷地區的應用。對于鋼渣膨脹，可以通過摻加礦物材料的方法，有效抑制游離氧化鈣水化產生的膨脹[5]。對于凍融破壞，則可以通過摻加礦物摻合料和引氣劑的方法減少未凍水的滲流通道，提高其抗凍性[6]。

（3）孔隙堵塞。隨著使用時間的增長，透水混凝土的孔隙難免會發生堵塞。根據相關研究者的研究試驗得知，可以通過降低混凝土的厚度，使固體懸浮物可以更快地穿過混凝土層，以達到減少空隙阻塞的效果。另外，可以通過對透水混凝土的沖洗或間歇性運作來減少其表面阻塞。

5 結束語

2016年中國廢鋼鐵應用協會發布了《廢鋼鐵產業“十三五”發展規劃》，并指出“2020年鋼鐵渣的綜合利用率達到90%，其中鋼渣的利用率達到60%以上”。將鋼渣透水混凝土用于農村透水路面可以改善道路交通條件、保護周邊環境，將其用于農村透水廣場可以改善廣場環境、提高農村生活質量，用于農村河道護坡可以實現邊坡的綠化、美化河道兩岸的景觀環境，具有較好的應用潛力。