鋼渣在SMA-13玄武巖纖維瀝青混凝土中的應用研究

徐海欽，楊 超，龐 凌，王亞飛，張登峰

(1.武漢理工大學材料科學與工程學院，武漢 430070；2.武漢理工大學硅酸鹽國家重點實驗室，武漢 430070；3.武漢工大土木工程檢測有限公司，武漢 430070)

鋼渣是煉鋼過程中產生的副產物，目前的利用率不足30%。鋼渣固體廢棄物的堆積侵占土地、污染環境。擴大鋼渣利用范圍、提高其資源化利用率已成為建設美麗中國刻不容緩需要解決的問題之一[1,2]。鋼渣集料棱角豐富、抗滑耐磨性好、與瀝青粘附力強，不少研究成果表明，利用鋼渣粗集料取代天然集料用于制備瀝青混凝土，不僅能減少鋼渣固體廢棄物對環境的污染，降低開山取石對生態環境的破壞，還有利于緩解天然集料資源短缺的矛盾，提高瀝青路面質量，具有重要的社會、經濟和環境效益[3-5]。玄武巖纖維由天然玄武巖礦石經高溫拉絲而成，具有植物纖維和聚合物纖維難以達到的斷裂強度、彈性模量、耐高溫和耐化學腐蝕性能，摻入瀝青混凝土中，可將瀝青結合料和集料搭接起來，發揮橋連和加強筋作用，抑制瀝青混凝土內部缺陷的產生，顯著提高其路用性能，延長瀝青路面的使用壽命[6-8]。以玄武巖纖維作為纖維穩定劑，采用鋼渣粗集料取代玄武巖集料設計制備了SMA-13瀝青混合料，研究了其體積性能、水穩定性能和抗高溫車轍性能，研究成果對于鋼渣集料在SMA-13玄武巖纖維瀝青混凝土中的推廣應用具有指導意義。

1 實 驗

1.1 原材料

玄武巖纖維由湖北匯爾杰玄武巖纖維有限公司提供，其單絲直徑為16～17 μm，長度為6 mm，強度可達到1 500 MPa。瀝青采用盤錦北方瀝青股份有限公司生產的I-C 型SBS改性瀝青。礦粉為石灰石礦粉。玄武巖和鋼渣集料的技術性能如表1所示，均達到JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》要求。

表1 玄武巖及鋼渣集料技術性能

1.2 瀝青混合料的配合比設計

分別設計SMA-13玄武巖瀝青混合料合成級配(見圖1)和SMA-13鋼渣瀝青混合料合成級配(見圖2)。粗細集料分界線為4.75 mm，其中SMA-13鋼渣瀝青混合料中粗集料采用鋼渣、細集料采用玄武巖，鋼渣瀝青混合料的級配設計采用等體積替換方法。SMA-13玄武巖瀝青混合料的最佳油石比為6.0%，SMA-13鋼渣粗料瀝青混合料的最佳油石比為5.6%。

最佳油石比下SMA-13瀝青混合料的馬歇爾試驗結果見表2，均達到JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》要求。與玄武巖SMA-13瀝青混合料相比，鋼渣SMA-13瀝青混合料的密度、空隙率和穩定度更大，而謝倫堡析漏和肯特堡飛散損失更小。這可能是由于鋼渣的密度更大、骨架嵌擠結構及與瀝青的粘附性更好，而油石比又較低造成的。

表2 SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果

1.3 瀝青混合料性能試驗

根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》T0719、T0709和T0729分別進行高溫車轍試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。

2 結果與分析

1)瀝青混合料性能試驗 玄武巖SMA-13瀝青混合料和鋼渣SMA-13瀝青混合料的馬歇爾穩定度試驗結果如圖3所示，均達到規范技術指標要求。鋼渣SMA-13瀝青混合料的馬歇爾穩定度、浸水馬歇爾穩定度和殘留穩定度比均大于玄武巖SMA-13瀝青混合料。

2)凍融劈裂試驗 玄武巖SMA-13瀝青混合料和鋼渣SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂試驗結果如圖4所示，均達到規范技術指標要求。鋼渣SMA-13瀝青混合料的劈裂強度、凍融劈裂強度和劈裂強度比均大于玄武巖SMA-13瀝青混合料。這可能是由于鋼渣的表面孔隙和粗糙度更大，能更好地形成骨架嵌擠結構，提高了SMA-13瀝青混合料的馬歇爾穩定度和劈裂強度。同時鋼渣的堿性有利于增強鋼渣與瀝青的粘附性，可提高SMA-13瀝青混合料的水穩定性，所以浸水馬歇爾穩定度、凍融劈裂強度殘留穩定度、殘留穩定度比和劈裂強度比增加。

3)車轍試驗 玄武巖SMA-13瀝青混合料和鋼渣SMA-13瀝青混合料的高溫車轍試驗結果如表3所示，均達到規范技術指標要求。鋼渣SMA-13瀝青混合料的變形位移明顯低于玄武巖SMA-13瀝青混合料，動穩定度則明顯增大，具有更好的高溫抗車轍變形能力。

表3 SMA-13瀝青混合料的車轍試驗結果

3 結 論

SMA-13玄武巖纖維瀝青混合料的各項性能均達到規范技術指標要求。利用鋼渣粗集料取代天然玄武巖集料制備的SMA-13玄武巖纖維瀝青混合料，在最佳油石比下降0.4%的情況下，空隙率增大，但其馬歇爾強度、水穩定性能和高溫穩定性能優于玄武巖集料SMA-13瀝青混合料的對應性能。