轉爐滾筒鋼渣瀝青混凝土路用性能試驗研究

摘要：針對轉爐滾筒鋼渣，通過將其制成鋼渣細集料與鋼渣礦粉，開展試驗研究。通過分析摻鋼渣瀝青混凝土混合料的配合比，開展凍融劈裂試驗分析水穩定性，進行路面試驗檢驗，分析其路用性能。結果表明：摻入鋼渣能夠提高瀝青混凝土的初始穩定度，引起瀝青混合料的膨脹量增加但膨脹量低于規范要求，鋼渣瀝青混凝土的水穩定性與鋼渣的用量成正比。將油石比降低到4.2%，優化后的水穩定性能滿足規范要求。

關鍵詞：鋼渣；瀝青混凝土；油石比；水穩定性；馬歇爾試驗

0" "引言

公路是基礎建設中的重要組成部分，影響著國家經濟的發展。自1984年國家出臺政策改變公路建設機制以來，我國的公路交通建設得到了快速發展，高速公路通車里程已達到世界第一[1]。瀝青路面主要由礦質集料、填料和瀝青膠結料組成，具有低噪抗滑、平整度高、抗低溫開裂等優點，90%以上的高等級公路均采用瀝青路面[2]。

鋼渣是一種亟需利用的大宗礦冶固廢，我國煉鋼過程中每年生產近1億t的鋼渣，然而綜合利用率不到30%，處置鋼渣增加了鋼鐵企業的成本，影響了其經濟效益，且鋼渣的堆放導致大量的土地被占用，甚至會污染大氣和當地的水資源，造成負面的社會影響[3]。

鋼渣具有高堿度、耐磨性好和外觀形態差異大等特點，用鋼渣替代礦質集料，可起到變廢為寶的作用，具有重大的經濟和生態效益。國內外學者對鋼渣瀝青混凝土開展了大量研究。林志平[4]等人開展了用鋼渣替代瀝青混凝土中全部集料的可行性研究，結果表明鋼渣替代全部集料具有可行性，具有提高高溫穩定性等優點，可用于鋪設中上面層瀝青混凝土路面。李鴻軻[5]等人通過開展馬歇爾穩定度等實驗，研究了以鋼渣粉作為填料瀝青混凝土的水穩定性，結果表明鋼渣粉能夠提高瀝青混凝土的水穩定性能。寧黎磊[6]基于試驗對比了鋼渣瀝青混凝土與石灰石和花崗巖瀝青混凝土的性能，結果表明摻入鋼渣后，瀝青混凝土的動態劈裂回彈模量和穩定性均高于花崗巖瀝青混凝土。

鋼渣瀝青混凝土是近幾年的研究熱點，前期研究的結論也表明，摻入鋼渣后對瀝青混凝土的性能有促進作用。本文選擇轉爐滾筒鋼渣制成鋼渣細集料與鋼渣礦粉，替換瀝青混凝土中的石灰石細集料和石灰石礦粉，通過開展試驗，研究摻轉爐滾筒鋼渣瀝青混凝土混合料的配合比，并開展路面試驗，檢驗摻轉爐滾筒鋼渣瀝青混凝土的路用性能。

1" "原材料與試驗方法

1.1" " 原材料基礎試驗

1.1.1" "鋼渣的化學成分測試

對鋼渣進行化學成份測定，測定結果顯示，轉爐滾筒鋼渣S元素含量只有0.112%，游離鈣含量為5.42%，低于10%，能夠將其作為瀝青混凝土的集料。試驗瀝青采用70號瀝青。將鋼渣應用到瀝青混凝土中，考慮到其對環境的影響，對轉爐滾筒鋼渣進行重金屬浸出試驗。試驗結果表明，鋼渣無重金屬浸出的風險，能夠用于替代瀝青混凝土中的集料。

1.1.2" "集料粒徑測試

將轉爐滾筒鋼渣制成最大粒徑小于5mm的細集料和鋼渣礦粉。本試驗所用所有集料的篩分試驗結果如表1所示。開展集料密度和吸水率試驗，試驗結果見表2。由表2可看出，鋼渣的密度明顯大于石料集料，為防止采用質量比引起混合料中各集料的體積含量差別過大，本文統一采用體積比進行摻鋼渣混合料的級配設計。

1.2" " 試驗方案

首先通過開展AC-13混合料對比組配合比設計試驗，確定AC-13混合料的對比組配合比。其次開展鋼渣細集料和鋼渣礦粉替代石灰石細集料和石灰石礦粉的試驗，探索鋼渣AC-13混合料的配比，并開展凍融劈裂試驗，分析鋼渣AC-13的水穩定性等性能。再次，開展鋼渣AC-13混合料的優化試驗。最后，開展路面試檢驗證鋼渣AC-13的路用性能。

2" "試驗結果與分析

2.1" " AC-13混合料對比組配合比

結合1#～4#礦料的篩分測試結果，進行對比組配合比設計。對比組混合料的級配曲線如圖1所示。開展油石比分別為4.5%、4.8%、5.1%和5.4%四組混合料馬歇爾試驗，通過計算分析，確定對比組的最佳油石比為4.9%。

2.2" " 鋼渣及鋼渣礦粉替換試驗

按照對比組配合比設計，直接利用鋼渣或鋼渣礦粉替換石灰石或石灰石礦粉，開展馬歇爾試驗，結果其指標達不到規范要求，因篇幅限制，探索試驗過程在此不再詳述。經過反復調整和試驗，最終確定鋼渣和鋼渣礦粉的摻入比例如表3所示。

2.2.1" "水穩定性分析

水穩定性是表征瀝青混凝土質量的一項重要指標，本文主要通過開展馬歇爾穩定度試驗和凍融劈裂強度試驗，研究其水穩定性。對比組和3種組合鋼渣混合料的試驗結果如表4所示。

由表4試驗結果可知，石灰石細集料單一被鋼渣細集料替代，石灰石礦粉單一被鋼渣礦粉替代，抑或二者混合被替代，3種組合配比的初始穩定度得到大幅提升。鋼渣瀝青混凝土的水穩定性與鋼渣的摻量呈正相關，這主要與鋼渣的性質有關。鋼渣細集料和鋼渣礦粉與水生產的水化產物，可以有效提高混合料的水穩定性。

2.2.2" "膨脹量試驗

分別開展對比組和3種組合鋼渣混合料的膨脹量試驗，試驗結果見表5。試驗結果顯示，摻入鋼渣會引起膨脹量的增加，但膨脹量不超過標準要求。由此表明，摻入鋼渣不會影響瀝青混合料的體積安定。

2.3" " 鋼渣瀝青混合料油石比優化試驗

鋼渣的密度高于普通石料，因此相同油石比條件下，鋼渣瀝青混合料的用油量高于普通瀝青混凝土。為減少鋼渣瀝青混合料的用油量，降低其成本，開展優化試驗，以確定鋼渣瀝青混凝土的較佳油石比。

試驗結果表明，鋼渣瀝青混凝土的較佳油石比為4.2%，與其對應的混合料組成見表6。優化組合的凍融劈裂試驗結果分別見表7，由表7可以看出，優化組合的水穩定性能滿足規范要求。

3" "路用試驗

在道路工程建設中開展路用試驗，其中面層部分采用鋼渣瀝青混凝料，基層部分采用AC-20型瀝青混凝料，對試驗路面取芯以檢測其各項性能。其中壓實密度測試結果如表8所示。

從鋼渣瀝青混合料路面鋪筑和測試結果可知，鋼渣瀝青混合料施工工序不變，芯樣密度符合技術要求，整體性能表現更佳，其成本僅為648.75元/m3，低于對比組682.89元/m3，具有很大的市場推廣前景。

4" "結語

本文選擇轉爐滾筒鋼渣制成鋼渣細集料與鋼渣礦粉，替換瀝青混凝土中的石灰石細集料和石灰石礦粉，通過開展試驗，研究摻轉爐滾筒鋼渣瀝青混凝土混合料的配合比。開展路面試驗，檢驗摻轉爐滾筒鋼渣瀝青混凝土的路用性能。得到如下結論：

摻入鋼渣能夠提高瀝青混凝土的初始穩定度。雖然鋼渣會使瀝青混合料膨脹量增加，但膨脹量符合規范要求，水穩定性與鋼渣的用量呈正相關。將油石比降低到4.2%，優化后的水穩定性能滿足規范要求。

通過開展路面試驗可知，鋼渣瀝青混合料的施工工序不變，其路面性能均達到規范的要求，路用性能更佳，其成本僅為648.75元/m3，低于對比組682.89元/m3，具有很大的市場推廣前景。

參考文獻

[1] 趙彥飛.鋼渣瀝青混凝土路面施工技術在公路養護中的應用[J].交通世界，2021（35）：78-79+87.

[2] 林振華，孟秀元，程千，等.瀝青混凝土用鋼渣集料加工與試驗分析[J].建材世界，2021，42（1）：12-15+28.

[3] 高鴻.鋼渣在瀝青混凝土中的實踐應用分析[J].四川水泥，2020（11）：31-32.

[4] 林志平，肖光書，楊斌，等.AC-20全鋼渣集料瀝青混凝土路用性能試驗研究[J].南昌大學學報（工科版），2021，43（4）：354-359.

[5] 李鴻軻，梁鐸，肖志峰，等.鋼渣粉性能表征及其對瀝青混凝土水穩定性能的影響研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2020，44（3）：536-540.

[6] 寧黎磊.鋼渣對瀝青混凝土性能提升研究[J].湖南交通科技，2022，48（1）：37-41+129.