融雪劑對(duì)鋼渣瀝青混合料性能的影響研究

【中圖分類號(hào)】：U414 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號(hào)】：1008-3197（2025）05-33-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.05.008

Study on the Influence of Snow Melting Agent on the Performance of Steel Slag and its Asphalt Mixture

CAO Lijun

（Tianjin Tian'angExpressway Co.，Ltd.，Tianjin 301819，China）

【Abstract】： Given the environmental issues caused bythe stockpiling of stel slag industrial waste and the widespread applicationof deicing agents in road snow removal，this paper aims to analyze the impact of deicing agents on the performance of steel slagand steel slag asphalt mixtures through experimental research.The study shows that：at the macroscopic level，salt-based deicing agents have a minor effect on the physical and mechanical properties of steelslag aggregates，after treatment withsalt-based deicing agents，theresidual stabilityof steel slagasphalt mixtures shows aslight decline，whilethe spliting strength slightlyincreases；atthe microscopic level，salt-based deicingagents do not cause significant negativeefects onsteel slag and steel slag asphalt mixtures.

【Key words】：road engineering;deicing agents;steel slag;asphalt mixtures;road performance

傳統(tǒng)機(jī)械除雪方式存在效率低、能耗高等弊端，近來(lái)，融雪劑被廣泛應(yīng)用于冬季道路除雪工作中。朱赫從宏觀和微觀角度測(cè)試被不同融雪劑侵蝕瀝青的物理性能，分析融雪劑對(duì)瀝青混合料的路用性能影響；李平等2通過(guò)對(duì)比不同試驗(yàn)方法和指標(biāo)評(píng)價(jià)了融雪劑的融冰能力；王騰等通過(guò)測(cè)定加入融雪劑后路面的摩擦系數(shù)，分析了不同濃度融雪劑對(duì)路面抗滑性的影響等?，F(xiàn)有成果多聚焦于常規(guī)集料瀝青路面體系，對(duì)新型環(huán)保材料的適用性研究尚存空白。

全球鋼鐵工業(yè)每年產(chǎn)生逾億噸鋼渣副產(chǎn)物，不僅占用土地還易對(duì)環(huán)境造成破壞。鋼渣因具有強(qiáng)度高、耐久性好、潛在凝膠活性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正逐漸被應(yīng)用于冶金行業(yè)、建筑行業(yè)、道路建設(shè)[6～7]、農(nóng)業(yè)[等領(lǐng)域；在道路工程領(lǐng)域，研究?jī)?nèi)容多為鋼渣與鋼渣瀝青混合料性能之間的響應(yīng)規(guī)律，有關(guān)融雪劑對(duì)鋼渣瀝青混合料性能的影響缺乏研究。本文通過(guò)鋼渣瀝青混合料在融雪劑侵蝕-凍融耦合作用下的性能研究，分析融雪劑對(duì)鋼渣及鋼渣瀝青混合料性能的影響。

1材料與方法

2）瀝青。瀝青為SBS改性瀝青。

1.1原材料

3）融雪劑。以氯化鈉為主要成分的鹽類融雪劑。

1）集料。粗集料為 5～10mm，10～15mm 和15～20mm 鋼渣，細(xì)集料采用 0～5mm 的石灰?guī)r，集料性能均滿足JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)原材料性能指標(biāo)的相關(guān)要求。

1.2鋼渣瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)JTGF40—2004中關(guān)于AC-20C型瀝青混合料礦料級(jí)配的范圍要求，確定級(jí)配組成。見(jiàn)表1。

表1礦料篩分及配合比

由于鋼渣的密度與其他石料有較大差異，如果將體積比直接作為質(zhì)量比，勢(shì)必會(huì)造成級(jí)配失穩(wěn)，因此在配合比設(shè)計(jì)中須引入各檔料的表觀相對(duì)密度進(jìn)行體積轉(zhuǎn)換進(jìn)而優(yōu)化馬歇爾配合比設(shè)計(jì)。這種方法克服了不同集料密度對(duì)配合比的影響，提高了混合料的穩(wěn)定性和性能，并利用鋼渣的高密度特性改善了路面結(jié)構(gòu)的耐久性。見(jiàn)表2。

表2礦料級(jí)配體積轉(zhuǎn)換結(jié)果

選擇油石比 2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5% ，考慮工程所處地區(qū)氣候及公路渠化交通特點(diǎn)，同時(shí)為了便于施工控制，建議該瀝青混合料的最佳油石比為3.8% ，油石比范圍為 3.6%～4.0% 。馬歇爾法設(shè)計(jì)的AC-20C型瀝青混合料在最佳油石比條件下各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。見(jiàn)表3。

表3AC-20C型鋼渣瀝青混合料混合料性能

1.3試驗(yàn)方法及步驟

1.3.1鹽類融雪劑溶液的制備

常溫（ 20^°C 下，將融雪劑按飽和濃度（ 35.9% 溶解于水中，制備融雪劑水溶液。

1.3.2集料及鋼渣瀝青混合料的處理

分別將鋼渣集料、瀝青混合料馬歇爾試件及切割機(jī)切割斷面試件置于盛有鹽類融雪劑溶液的收納處理箱中，再將處理箱置于 60°C 的恒溫水浴箱中浸泡 7d 。

1.3.3集料性能測(cè)試

1）壓碎值：按JTG3432—2024《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法，測(cè)定融雪劑侵蝕處理前后鋼渣集料的壓碎值，以評(píng)估鋼渣集料的強(qiáng)度變化。

2）洛杉磯磨耗值：按照J(rèn)TG3432—2024試驗(yàn)方法，測(cè)定融雪劑侵蝕處理前后鋼渣集料的磨耗值，評(píng)價(jià)處理前后鋼渣的耐磨性變化。

3）黏附性：按照J(rèn)TG3432—2024試驗(yàn)方法，測(cè)定融雪劑侵蝕處理前后鋼渣集料與瀝青的黏附等級(jí)，對(duì)比處理前后鋼渣與瀝青的黏附性。

4）浸水膨脹率：按照GB/T24175—2009《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》中的粒度分布要求、GB/T50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的擊實(shí)方法進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，再測(cè)試鋼渣結(jié)合料浸水膨脹率。

5）壓蒸粉化率：采用GB/T24175—2009中鋼渣壓蒸粉化率的試驗(yàn)方法，計(jì)算得出鋼渣壓蒸粉化率，以表征鋼渣的穩(wěn)定性。

1.3.4混合料性能測(cè)試

1）殘留穩(wěn)定度：按照J(rèn)GJE20一—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》試驗(yàn)方法，測(cè)量鋼渣瀝青混合料在融雪劑侵蝕處理前后的馬歇爾穩(wěn)定度變化。

2）凍融劈裂強(qiáng)度比：按照J(rèn)GJE20—2011中凍融循環(huán)劈裂試驗(yàn)方法，測(cè)定融雪劑侵蝕處理前后鋼渣瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比，以評(píng)價(jià)其耐久性。

1.3.5骨料斷面及骨料-瀝青界面微觀形貌分析

采用體式顯微鏡對(duì)馬歇爾試件切割斷面進(jìn)行觀察，比較融雪劑處理前后鋼渣骨料表面與瀝青結(jié)合料的黏結(jié)情況，分析油膜變化和骨料表面的微觀形貌

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1處理前后鋼渣集料物理力學(xué)性能

經(jīng)氯化鈉基融雪劑處理后的鋼渣集料洛杉磯磨耗值略微降低，表明鋼渣集料在處理過(guò)程中其耐磨性有所改善，原因在于融雪劑中的CI與鋼渣表面游離Ca²⁺ 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了致密的 CaCl₂ 覆蓋層，產(chǎn)生表面鈍化效應(yīng)，并且磨耗值遠(yuǎn)低于技術(shù)指標(biāo)限值（ ?28% ），顯示出鋼渣集料具備良好的耐磨性能；融雪劑處理后壓碎值有所增加，但仍然遠(yuǎn)低于技術(shù)指標(biāo)限值 ≤25% ），分析可能是融雪劑與鋼渣集料產(chǎn)生的氧化反應(yīng)使得鋼渣集料內(nèi)部發(fā)生了微裂紋及裂紋擴(kuò)展；黏附性保持不變，依然達(dá)到 ?5 的技術(shù)指標(biāo)，說(shuō)明經(jīng)融雪劑處理后的鋼渣并未對(duì)鋼渣與瀝青之間的黏結(jié)性產(chǎn)生負(fù)面影響；處理后浸水膨脹率略微降低，說(shuō)明鋼渣集料的水穩(wěn)定性得到了改善；處理后壓蒸粉化率略微上升，但整體變化不大，鋼渣體積穩(wěn)定性未受到本質(zhì)影響。見(jiàn)表4。

表4鋼渣集料物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果"%

綜上，融雪劑對(duì)鋼渣集料的力學(xué)性能、黏附性、穩(wěn)定性影響較小。

2.2處理前后鋼渣瀝青混合料性能

經(jīng)氯化鈉基融雪劑侵蝕-凍融作用后的鋼渣瀝青混合料殘留穩(wěn)定度從 91.9% 下降到 90.6% ，混合料的穩(wěn)定性雖然略有下降，但整體上仍保持良好的穩(wěn)定性，說(shuō)明鋼渣瀝青混合料在鹽類融雪劑處理后的性能仍然適合實(shí)際應(yīng)用；劈裂強(qiáng)度比處理后從 87.4% 提升至 88.0% ，表明鋼渣瀝青混合料的抗劈裂性能在處理后有所提高，這可能是由于鋼渣自身經(jīng)過(guò)浸水后發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生一定的微膨脹，這種微膨脹不會(huì)導(dǎo)致混合料發(fā)生嚴(yán)重的變形，但會(huì)降低混合料的空隙率，混合料更加密實(shí)，因此提高了性能，降低了融雪劑對(duì)鋼渣瀝青混合料的一部分的負(fù)面作用，最終使得融雪劑處理后的鋼渣瀝青混合料性能未見(jiàn)明顯的衰減。見(jiàn)表5。

表5鋼渣瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

2.3處理前后鋼渣瀝青混合料界面微觀分析

為深入研究融雪劑對(duì)鋼渣瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)的影響，使用體式顯微鏡對(duì)同一個(gè)切割斷面的馬歇爾試件經(jīng)融雪劑處理前后的狀態(tài)進(jìn)行細(xì)致觀察，比較處理前后鋼渣骨料表面與瀝青結(jié)合料的黏結(jié)情況，分析油膜變化和骨料表面的微觀形貌。試件經(jīng)融雪劑處理前進(jìn)行全方位掃描，過(guò)程中借助顯微鏡內(nèi)置的圖像標(biāo)注系統(tǒng)，針對(duì)具有代表性的鋼渣骨料區(qū)域，精心挑選多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，并準(zhǔn)確標(biāo)記其在斷面圖像中的位置。待試件經(jīng)融雪劑處理后，再次按照先前標(biāo)記的觀測(cè)點(diǎn)位置，以相同的放大倍數(shù)重新對(duì)微觀形貌進(jìn)行觀察，對(duì)比處理前后同一觀測(cè)位置的微觀形貌，分析產(chǎn)生的變化。見(jiàn)圖1。

圖1鋼渣瀝青混合料斷面形貌變化

各觀測(cè)點(diǎn)處理前的鋼渣集料微觀形貌為不規(guī)則的粗糙紋理；處理后個(gè)別位置出現(xiàn)了微小裂紋，原來(lái)的部分粗糙紋理由于融雪劑的侵蝕作用變得平滑，可能會(huì)對(duì)鋼渣與瀝青之間的黏附性能產(chǎn)生不利，但均未發(fā)生明顯變形，表明融雪劑未對(duì)鋼渣及鋼渣瀝青混合料造成明顯的負(fù)面影響。

3結(jié)論

1）由于融雪劑與鋼渣發(fā)生離子化學(xué)反應(yīng)生成了一層 CaCl₂ 覆蓋膜，伴隨鋼渣集料內(nèi)部可能產(chǎn)生的微裂紋，使得鋼渣耐磨性有小幅提升，堅(jiān)固性稍有下降；鋼渣與瀝青的黏附性較好。

2）經(jīng)融雪劑處理后的鋼渣瀝青混合料殘留穩(wěn)定度小幅下降，但仍能滿足實(shí)際應(yīng)用要求；劈裂強(qiáng)度略微增加，主要是鋼渣浸水后產(chǎn)生的微膨脹現(xiàn)象，降低了混合料空隙率，提升了抗劈裂性能。

3）顯微觀察結(jié)果顯示，經(jīng)融雪劑處理后的鋼渣集料由于融雪劑的侵蝕作用部分粗糙紋理變平滑，可能對(duì)鋼渣與瀝青之間的黏附性能產(chǎn)生不利，但鋼渣集料自身斷面未發(fā)生明顯變形及融雪劑作用后的破壞，融雪劑未對(duì)鋼渣及鋼渣瀝青混合料造成明顯的負(fù)面影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱赫.融雪劑侵蝕對(duì)瀝青混凝土的性能影響及其抗侵蝕的方法研究[D].北京：北京建筑大學(xué)，2023.

[2]李平，王梓晗，張洪剛，等.融雪劑融冰能力評(píng)價(jià)方法研究[J].公路交通科技，2023，40（11）：85-95.

[3]王騰，郭德棟，陳穎，等.低溫條件下融雪劑對(duì)道路抗滑性能的影響研究[J].公路，2019，64（5）：267-271.

[4]劉芳.冶金工業(yè)固體廢物鋼渣的綜合利用探討[J].中國(guó)資源綜合利用，2019，37（7）：73-75.

[5]趙乃志，陳桂鳳.鋼渣-礦渣復(fù)合對(duì)裝配式建筑用灌漿料性能的影響研究[J].混凝土，2018，（12）：119-121.

[6]李秋實(shí).鋼渣微粉對(duì)瀝青及瀝青混合料性能影響及作用機(jī)理研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，

[7]張強(qiáng).鋼渣膨脹抑制方法及其瀝青混合料路用性能研究[D].重慶：重慶交通大學(xué).

[8]于佳寧，王樂(lè)，梁精龍.鋼渣回收利用現(xiàn)狀及其在農(nóng)業(yè)土壤改良領(lǐng)域中的應(yīng)用[J/OL].礦產(chǎn)綜合利用，1-16[2025-03-19].