鋼渣橡膠瀝青混凝土在寧夏公路養護工程中的應用

楊武，宣強，賈羽

（寧夏公路管理中心石嘴山分中心，寧夏石嘴山 753000）

0 引言

此次試驗段采用鋼渣作為原材料，是寧夏公路養護工程首次利用廢舊鋼渣鋪筑瀝青混凝土路面。橡膠瀝青鋼渣道路能夠有效降低行車噪聲、吸附城市污染物粉塵、減少揚塵污染。合理利用鋼渣不僅能夠降低工程造價，還能有效解決天然石料供應不足，并且在一定程度上能減少碳排放、工業固廢占地和環境污染等問題[1-2]，不但能提高鋼渣的利用附加值和固廢資源化利用水平，還能真正統一經濟效益、環境效益和社會效益的協調發展。

1 鋼渣橡膠瀝青混凝土技術介紹

采用鋼渣部分替代大粒徑石灰巖等集料作為粗集料，然后使用部分細集料并添加橡膠瀝青，在瀝青混合料中形成網狀結構，鋼渣表面孔隙多，與瀝青的黏附性能較強，工后瀝青混凝土路面檢測得到的馬歇爾穩定度較高，強度高，抗磨耗、抗沖擊、抗腐蝕、抗車轍、抗低溫能力強，具有良好的使用耐久性能[3]。

2 該項目鋼渣橡膠瀝青混凝土施工位置及數量

該項目鋼渣橡膠瀝青混凝土為AC-13 型細粒式，設計厚度為3.5cm，位于G110 線K1139+350—K1140+350 段[4]，長度為1km，總面積為18000m2。

3 AC-13 型細粒式鋼渣橡膠瀝青混凝土原材料及配合比設計

機制砂、礦粉選用附近料場制品，集料母巖均為硬質石灰巖，鋼渣采用惠農鋼廠陳化1 年以上鋼渣[5]，崩解穩定、潔凈無雜質（見表1、表2）。

表1 鋼渣技術指標及要求

表2 鋼渣技術指標及要求

瀝青選購路用廢胎膠粉橡膠SBS 改性瀝青，其材料特性為針入度（25℃，60～80mm），軟化點（≥70℃），延度（5℃≥20cm），閃點（≥240℃），路用廢胎橡膠粉類型：選用Ⅱ類膠粉，粒度在30～80 目之間（0.18mm～0.60 之間）[6]，廢胎膠粉應粒度均勻，不應含有目測可見的雜質，廢胎膠粉中的纖維不應結團且不應有呈編織狀的纖維顆粒。

3.1 配合比設計

采用熱料進行試驗，經過級配優選，室內試驗確定的生產配合比方案如下：

11～16mm 鋼渣∶6～11mm 鋼渣∶3～6mm 礦料∶機制砂∶礦粉，轉換后的質量比為32∶28∶7∶29∶34，油石比為4.7%，混合料毛體積密度為2.761g/cm3（見表3、表4）。

表3 級配設計

表4 設計油石比及體積參數

3.2 性能驗證

根據設計的級配以及最佳油石比，進行高溫穩定性、水穩定性以及低溫抗裂性等路用性能的檢測（見表5）。

表5 鋼渣AC-13 路用性能

4 鋼渣橡膠瀝青混凝土施工方法與技術措施

4.1 混合料拌和

采用間歇式拌和機進行生產，單盤累計拌和時間為60s，其中干拌時間為15s，濕拌時間為45s，混合料出料溫度為175℃～190℃。

4.2 混合料運輸

采用50t 的自卸汽車保溫運輸。

4.3 混合料攤鋪

采用雙機梯隊聯合攤鋪，攤鋪機組裝寬度為9m，在攤鋪前熨平板的加熱溫度不低于120℃，不得高于150℃，瀝青混合料攤鋪溫度不低于165℃。虛鋪系數為1.26，虛鋪厚度為4.41cm。

4.4 混合料碾壓

初壓采用13t 雙鋼輪壓路機，碾壓速度為2～3km/h，碾壓區間長度控制在20～30m，初壓碾壓層表面溫度≥160℃。復壓采用30t 膠輪壓路機，碾壓速度為3～5km/h，碾壓區間長度控制在40～60m，復壓碾壓層表面溫度≥135℃。終壓采用13t 雙鋼輪壓路機，碾壓速度為4～6km/h；碾壓時遵循“緊跟慢壓、高頻低幅、先低后高、均勻少水”的碾壓原則[7]，終壓碾壓層表面溫度≥110℃，開放交通路表面溫度≤50℃，壓路機碾壓時相鄰碾壓帶重疊1/3 輪寬（見表6）。

表6 機械組合及碾壓遍數

5 混合料性能檢測結果及分析

該項目分別對高模量瀝青、SBS 改性瀝青及鋼渣橡膠粉改性瀝青混合料進行性能檢測[8]，其中包括動穩定度、馬歇爾穩定度、殘留穩定度、凍融劈裂殘留強度、低溫彎曲試驗破壞應變等路用性能關鍵指標進行檢測并對比其結果的差異性[9]。高模量瀝青、SBS 改性瀝青及鋼渣橡膠粉改性瀝青混合料檢測結果對比如表7 所示，所用瀝青混合料規格型號為AC-13C 型，用于路面面層。

表7 混合料性能檢測結果及分析

6 鋼渣橡膠瀝青混凝土的技術優勢及展望

6.1 橡膠瀝青的優勢

第一，橡膠瀝青優異的抗疲勞性能[10]，能夠提高瀝青混凝土路面的耐久性能，降低路面的養護費用。第二，橡膠瀝青具有較高的彈性模量，能夠提高路面對疲勞裂縫、反射裂縫的抵抗能力。第三，工后瀝青混凝土路面具有良好的熱穩定性、水穩定性和抗滑性。第四，橡膠瀝青膠結料含量高，同時廢舊輪胎中含有抗氧化劑，能夠提高瀝青混凝土路面抗老化、抗氧化的能力。橡膠中的炭黑能夠使路面長期保持黑色，與標線的對比度高，可提高行車安全性[11]。第五，大量使用廢舊輪胎及鋼渣，既節約能源，又利于環境保護。

6.2 鋼渣橡膠瀝青混凝土技術的優勢

6.2.1 黏附性能好

鋼渣表面較為粗糙，具有眾多小孔，在保證其與瀝青有足夠結合面積的同時，還能增大鋼渣與瀝青混合料間的摩擦阻力，故鋼渣與瀝青必定具有良好的黏附性能。

6.2.2 具有良好的熱穩定性、水穩定性

鋼渣表面的吸附層由瀝青中的瀝青酸與鋼渣樣的陽離子發生反應形成，能使瀝青與鋼渣緊密黏結在一起[12]。在吸附層具有強大黏結力的情況下，混合料的水穩定性也得到全面提升，使鋼渣瀝青混合料同時具有較強的熱穩定性及水穩定性，且隨著混合料中瀝青量的提升，其黏度也進一步提高。

6.2.3 耐磨性好

鋼材具有較強的耐磨性，鋼渣繼承該性能，因此，在以鋼渣為集料制取的瀝青混凝土也具有較好的耐磨性，其磨耗率將遠低于普通石灰石的磨耗率。

6.2.4 經濟價值

鋼材有穩固性，以鋼渣為集料的瀝青混凝土能確保新型混凝土原料的良好質量[13]。鋼渣瀝青混凝土的制取是對廢棄鋼鐵的再利用，在節省大量的砂石、骨料的同時，還能減少對環境的污染及危害，符合國家的可持續發展理念。通過市場調查，應用鋼渣瀝青混凝土能夠較大程度地降低路面的建設成本，具體成本分析見表8。

表8 鋼渣瀝青混凝土建設成本分析

6.3 對鋼渣橡膠瀝青混凝土技術的展望

第一，將鋼渣回收制備成新型路用集料——鋼渣集料，一方面可以解決因大量鋼渣堆存造成的土地資源浪費和由此引發的對環境的負面影響等問題。另一方面，可以減少公路建設對天然優質石料等自然資源的大量消耗和開采破壞，從根本上解決天然資源的日益匱乏以及對生態環境的破壞問題，具有顯著的社會效益[14]。第二，鋼渣集料來源為鋼渣固體廢棄物，相較于天然石料作為不可再生資源且因環保政策限制開采、價格逐年遞增，鋼渣集料具備顯著的價格優勢。第三，在道路工程應用中，僅瀝青路面的上面層應用鋼渣瀝青混凝土，可實現鋼渣廢棄物的就地環保處置與資源化，實現節能減排。

7 結語

鋼渣橡膠瀝青混凝土在我國的應用已日漸成熟，可以進行大規模的推廣和應用，但是為進一步提高鋼渣資源化利用效率和配制瀝青混凝土路用性能，仍有一些瓶頸需要進一步探索，比如鋼渣物化特性對其與瀝青形成界面的相互作用機制還有待深入研究，以期提高鋼渣橡膠瀝青混凝土在公路養護工程中的應用水平，實現我國經濟效益、環境效益和社會效益的協調統一發展。