高速公路鋼渣瀝青混合料應用技術研究

楊銳

（南京市公路事業發展中心，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著我國交通運輸行業不斷發展，道路工程規模迅速擴大，優質的石材已經越來越難以滿足不斷增長的需求。但是石材的開采對環境的影響嚴重，隨著開采受到管制，工程成本不斷提高，優質石料供應成為限制我國高速公路建設的嚴峻問題，急需尋找一種替代品當作筑路材料，比如工業廢渣與建筑垃圾等。我國《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》明確提出：開展資源綜合利用是我國深入實施可持續發展戰略的重要內容。鋼渣作為一種產量巨大的工業廢渣，具有密度大、堅硬、耐磨等優良的物理力學性能，以鋼渣作為筑路材料，不僅降低了工程成本，而且為鋼渣資源找到了新的利用途徑，同時避免了環境污染，是一種理想優質瀝青路面磨耗層材料。但是鋼渣由于選用原料的不同、冶煉工藝的差異，化學成分也有所不同，會導致路用性能波動，因此需要對鋼渣原料進行處理。本文對鋼渣處理工藝進行探究，并研究鋼渣對SMA 瀝青混合料性能的影響規律，為鋼渣資源的高質量利用提供依據。

1 鋼渣性能研究

1.1 鋼渣處理工藝

適用于道路工程的鋼渣處理工藝包括以下內容：

第一，采用熱潑法對液態鋼渣噴水降溫，促進鋼渣中CaO 分解，增加鋼渣的穩定性；

第二，經破碎、篩分、磁選，去除其中金屬，形成新渣；

第三，新渣堆放陳化半年以上；

第四，經過再破碎、篩選、分級后成為筑路原材料。

1.2 鋼渣路用性能

鋼渣根據生產工藝，可分為平爐渣、轉爐渣與電爐渣，其中轉爐鋼渣由于數量大且水化活性高，最適合替代石料做筑路建材。本文采用的鋼渣來自廣西某鋼鐵公司。依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）進行常規性能檢測，對比鋼渣與天然石料輝綠巖、石灰巖，檢測結果見表1。

由表1可知，鋼渣具有以下特點：

表1 鋼渣物理性能指標

第一，密度大、吸水率高，因此在制備混合料時有效瀝青含量會略微降低，應適當增加瀝青用量，高吸水率也會影響混合料水穩定性，因此要合理控制鋼渣對石料的替代率。

第二，硬度大、磨光值高，用于鋪筑瀝青上面層可提高路面抗滑性。

第三，洛杉磯磨耗值低，會導致混合料高溫穩定性、耐磨性、耐久性降低，因此要控制替代率。

第四，MgSO穩定性遠優于技術要求，說明鋼渣具有良好的抗凍性能。

2 鋼渣SMA-13 瀝青混合料路用性能研究

2.1 鋼渣瀝青混合料活性檢驗

由于鋼渣具有粉化膨脹特性，使用不當會導致路面膨脹起裂，建成后很快出現裂縫或者擁包等病害，因此活性檢驗是鋼渣瀝青混合料的重要性能研究內容。鋼渣瀝青混凝土膨脹量測定方法參考《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）對鋼渣活性及膨脹性試驗方法的相關規定，對玄武巖纖維摻量0.4%的SMA-13 進行檢測。根據檢測結果，鋼渣SMA-13 的3 組試驗平均膨脹量為0.85%，遠低于技術要求的1.5%，說明鋼渣SMA-13 滿足規范要求的膨脹量，體積穩定性符合路用需求。

2.2 鋼渣瀝青混合料水穩定性

采用浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗評價混合料水穩定性，在SBS 改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖的SMA-13 試件進行試驗。試驗結果為：鋼渣SMA-13 的浸水馬歇爾殘留穩定度為87.7%，略低于輝綠巖的90.3%，但是明顯高于規范要求的80%，說明高溫多雨環境下，鋼渣SMA-13 的水穩定性能滿足路用需求。

2.3 鋼渣瀝青混合料高溫性能

采用車轍試驗評價混合料高溫穩定性，在SBS 改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖、石灰巖的SMA-13 試件，試驗結果見圖1。

由圖1可知，不同溫度下鋼渣SMA-13 的動穩定度均為最高，因為鋼渣顆粒形狀較為規整，近似正方體，可以更好地形成嵌擠結構，同時鋼渣顆粒表面紋理更粗糙多孔，可以更好地黏附瀝青，宏觀上表現為混合料具有更高的抗剪切性能。

圖1 不同溫度下的車轍試驗結果

2.4 鋼渣瀝青混合料低溫性能

采用凍融劈裂試驗評價混合料低溫性能，在SBS改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖的SMA-13 試件進行試驗。得試驗結果：鋼渣SMA-13 的凍融劈裂殘留強度比為92.2%，高于輝綠巖的88.4%，明顯高于規范要求的80%，說明低溫雨雪環境下鋼渣SMA-13 具有較強的低溫抗裂性能。

2.5 鋼渣瀝青混合料抗滑性能

本文采用擺式摩擦系數測定儀法、手工鋪砂法得出橫向力系數SFC（摩擦系數BPN 換算）、構造深度來評價抗滑性能，試驗結果如圖2、圖3所示。

圖2 摩擦系數試驗結果

混合料的橫向力系數SFC分別為92.6 和65.6，均明顯大于規范要求的54，且鋼渣是輝綠巖的1.4倍。由圖3可知，鋼渣SMA-13 的表面構造深度大于輝綠巖SMA-13，均高于規范要求的0.55mm。因此說明鋼渣SMA-13 具有明顯優于輝綠巖SMA-13 的抗滑性能。

圖3 構造深度試驗結果

2.6 鋼渣瀝青混合料滲水性能

采用路面滲水儀進行瀝青混合料滲水試驗，滲水系數能夠宏觀反映混合料水穩定性、級配、內部空隙率情況。在SBS 改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖的SMA-13 試件進行試驗。試驗結果為：鋼渣SMA-13 車轍板滲水系數39mL/min，滿足規范要求的小于80mL/min，但是高于輝綠巖SMA-13 車轍板滲水系數28mL/min，說明鋼渣SMA-13 結構空隙率大，這是因為鋼渣自身為多孔結構吸水率高，因此需關注鋼渣瀝青混合料在長期通車后的性能老化。

3 結語

綜上研究成果可知，由于鋼渣自身紋理豐富多孔、質地堅硬、形狀規整，能夠與瀝青更好地黏結，形成的嵌擠結構比天然集料更穩定，能夠承受更大的荷載，因此其制備的瀝青混合料相比天然石料混合料具有更好的高溫、低溫、抗滑性能，但是其浸水馬歇爾殘留度、抗滲性能略低，所以鋼渣取代天然石料更適用于北方冬季多雪地區。