二灰鋼渣混合料路用性能試驗

張海賓，于明明，李小建

（1.西藏自治區(qū)交通運輸廳 重點公路建設項目管理中心，西藏拉薩 850000;2.長安大學 公路學院，陜西西安 710064;3.中鐵二十局集團第二工程有限公司，北京 100142）

二灰鋼渣混合料路用性能試驗

張海賓1，于明明2，李小建3

（1.西藏自治區(qū)交通運輸廳 重點公路建設項目管理中心，西藏拉薩 850000;2.長安大學 公路學院，陜西西安 710064;3.中鐵二十局集團第二工程有限公司，北京 100142）

為了研究二灰鋼渣混合料的路用性能，進行了3種配比的二灰鋼渣混合料抗凍性能、干縮性能、抗沖刷性能試驗，并與二灰碎石類集料對比分析。結果表明:二灰鋼渣的抗凍性能優(yōu)于二灰碎石，而其干縮系數明顯小于同配比二灰碎石;配比為5∶15∶80的二灰鋼渣抗凍性能、抗干縮性能、抗沖刷性能均最優(yōu)。

二灰鋼渣;抗凍;干縮;抗沖刷

鋼渣是煉鋼過程中的副產品，是鋼鐵行業(yè)的主要固體廢棄物之一［1］。長期以來大量的鋼渣堆積，不但占用大量寶貴的土地資源，而且嚴重污染環(huán)境［2］。同時，隨著我國新時期公路建設的快速發(fā)展，有的地區(qū)公路建設中出現了嚴重的集料缺乏現象。因此，隨著人們環(huán)保意識的增強和對筑路材料的需求，國內外礦渣作為集料在道路方面已十分普遍，具有較高的經濟效益和社會效益［3-4］。但目前一般是鋼渣簡單地取代道路混合料（二灰碎石）中的碎石，將其用做路基回填材料直接應用到道路中，然而并沒有對其性能進行深入的探討和系統(tǒng)的研究。二灰鋼渣混合料的強度和剛度要大于同齡期的二灰碎石［5］，但半剛性基層在劇烈的干濕交替和氣溫作用下容易產生裂縫。

1 二灰鋼渣抗凍性能研究

1.1 試驗方案

為了探討對二灰鋼渣混合料的路用性能［6］，筆者選擇3種配比的二灰鋼渣混合料，方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的二灰鋼渣配比分別為 6∶19∶75、5∶15∶80和4∶11∶85，3 種方案的二灰比均為 1∶3。分別進行抗凍性、收縮性［7］、抗沖刷等試驗，并與相同配比的二灰碎石混合料進行對比分析。

1.2 試驗方法

二灰鋼渣的抗凍性能，用5～10次凍融循環(huán)后的軟化系數來評價。但是現行基層規(guī)范中并無凍融試驗標準，所以凍融試驗既要結合道路實際情況，又要考慮試驗進行的速度，達到加速性的目的。筆者結合實際條件，將試驗中的冰凍溫度設為-20℃，冰凍時間20 h，然后將試件放入20℃溫水中，融化時間4 h，如此反復循環(huán)5次，通過測定凍融前的強度值和凍融后的強度值，來確定軟化系數。

1.3 凍融試驗結果分析

不同配合比凍融前和凍融后的抗壓強度見圖1，不同配合比凍融循環(huán)的軟化系數見圖2。

圖1 不同配比的抗壓強度Fig.1 Compressive strength of different proportions

圖2 不同配比的軟化系數Fig.2 Ssoftening coefficients of different proportions

從圖1可以看出方案Ⅱ無論是凍融前，還是凍融后，其強度都是最高的;方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ凍融后強度分別降低15%、14%和19%，而且方案Ⅱ凍融后強度降低也是最少的。從圖2可以看出方案Ⅱ的軟化系數較其他兩個方案都大。

結合圖1和圖2，說明二灰鋼渣混合料方案Ⅱ的凍融穩(wěn)定性是最好的。

而有資料表明與方案Ⅱ相同配比的二灰碎石，其規(guī)范級配和骨架密實結構的軟化系數為69%、71%，說明二灰鋼渣混合料的凍融穩(wěn)定性較二灰碎石類好。

2 二灰鋼渣干縮性能研究

2.1 試驗方法

按JTJ 057—94《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》的規(guī)定，對3種配比的二灰鋼渣混合料進行標準擊實試驗。干縮試驗［8］在最佳含水量和最大干密度下采用靜力壓實法制備試件，壓實度97%，試件規(guī)格為100 mm×100 mm×400 mm。試件成形后放入養(yǎng)生室進行養(yǎng)護，7 d后取出，平放在試驗室操作臺上讓它自然干燥，即可進行干縮數據的測定。每組進行8個平行試驗，其中4個測定干縮變形，4個測定失水量，試驗結果取平均值。

用千分表測量自然干燥后不同齡期試件的干縮量，在測量干縮量的同時，用敏感天平測定另一組試件的水分蒸發(fā)損失量，直至試件含水量不再減少為止。

式中:εd為干縮應變，10-6;αd為干縮系數，10-6;ΔL為含水量損失時，試件整體收縮量，10-3mm;ΔW為干縮試件的平均失水率，%。

2.2 干縮試驗結果分析

由圖3可以看出，干縮系數隨失水率的變化而變化，當失水率在3.0% ～7.0%之間時，二灰鋼渣混合料的干縮系數減小較少，而失水率大于7.0%時，則干縮系數增大較快。原因在于，初始時含水量較大，蒸發(fā)的是自由水分，干縮受影響較小，所以失水率在7.0%以內時，干縮系數比較穩(wěn)定;隨著水分的繼續(xù)蒸發(fā)，開始損失部分結合水，這時收縮增大，干縮系數也開始增大。

圖3 干縮系數與失水率關系Fig.3 The relationship between shrinkage coefficients and water loss rate

由圖4干縮系數隨時間的變化關系可見，開始時干縮系數隨時間增加而增大，20 d后，含水量很小，干縮應變趨于穩(wěn)定，上下變化不大。

圖4 干縮系數隨時間變化關系Fig.4 The relationship of shrinkage coefficients variation with time

表1為二灰鋼渣各方案干縮參數對比。表2是與方案II（5∶15∶80）相同配比的規(guī)范級配和骨架密實二灰碎石干縮試驗結果。

表1 二灰鋼渣各方案干縮參數對比Table 1 Parameter comparison of each scheme of lime-fly ash slag

表2 二灰碎石的干縮試驗結果Table 2 Shrinkage test results of ash broken stone

由表1和表2可看出，二灰鋼渣混合料方案II最大干縮量和平均干縮量都是最小的，方案I因為二灰含量較多，所以干縮量最大?；旌狭项愋蛯Ω煽s系數影響較大，對于同配比混合料，骨架密實型結構的干縮量相對小些。結論是二灰鋼渣干縮系數明顯小于同配比二灰碎石。

3 二灰鋼渣抗沖刷性能研究

3.1 試驗方法

國內外的調查研究表明，基層唧泥現象和沖刷破壞是經常存在的，隨著交通量和汽車軸載的增加，這種破壞現象呈加劇的趨勢，而基層材料的沖刷及唧泥現象均與半剛性基層材料組成特性有關。因此，有必要對二灰鋼渣混合料的抗沖刷性能進行研究。然而現在國內道路基層方面尚未有一個統(tǒng)一的、合適的沖刷實驗來衡量道路基層抗沖刷能力，本文采用長安大學研制的沖刷實驗機進行沖刷實驗。本試驗條件:720 r/min，10 Hz，配重 392.1 kg。

為了研究不同齡期下，不同配比二灰鋼渣混合料的抗沖刷性能，試驗方案設計如下:方案1、方案2、方案3配比分別同方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ，齡期為90 d;方案4配比同方案Ⅱ，齡期為365 d。

3.2 試驗結果分析

試驗結果見表3。

表3 沖刷實驗結果Table 3 Scouring test results

由表3可以看出，與方案2配比相同且齡期較長的方案4的沖刷損失最大，方案1和方案3其次，方案2沖刷損失最小。原因是，方案1二灰含量高達25%，而集料和粗集料含量比方案2和方案3少，因此質量損失較多;方案3雖然粗集料含量較多，但黏結料并不是很充分，因此沖刷質量損失也較方案2大，但是比方案1小;方案4與方案2配比相同，但齡期長達365 d，按理說方案4強度較大，沖刷質量損失應較小些，然而因方案4強度較高，剛度較大，考慮所用沖刷裝置振幅、頻率等，在此沖刷臺上震動劇烈，所以導致質量損失較大。

4 結語

1）通過凍融試驗、干縮試驗及沖刷實驗，從抗裂性能、抗干縮性能及抗沖刷性能3方面，研究了二灰鋼渣混合料的路用性能。

2）二灰鋼渣的凍融穩(wěn)定性優(yōu)于二灰碎石類，同時配比為5∶15∶80的二灰鋼渣性能最優(yōu)。

3）二灰鋼渣干縮系數明顯小于同配比二灰碎石，混合料類型對干縮系數影響較大，對于同種配比混合料，骨架密實結構的干縮量相對小些。

（References）:

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Pavement Performance of Lime-Fly Ash Slag Mixture

ZHANG Hai-bin1，YU Ming-ming2，LI Xiao-jian3
（1.Key Highway Construction Management Center of Transportation Office in Tibet Autonomous Region，Lhasa 850000，Tibet，China;
2.School of Road，Chang’an University，Xi’an 710064，Shaanxi，China;
3.No.2 Engineering Corporation Limited of CR20G，Beijing 100142，China）

In order to study the pavement performance of lime-fly ash slag，the frost resistance，dry-shrinkage property，scour resistance experiments of 3 kinds of lime-fly ash slag mixtures are performed.The experiment shows that the antifreezing and thawing performance of lime-fly ash slag mixture is better than that of lime-fly ash broken stone;the shrinkage coefficient is much less than that of lime-fly ash broken stone with the same mix proportion.And the frost resistance，dryshrinkage property，scour resistance of lime-fly ash slag is best when the mixture proportion ratio is 5∶15∶80.

lime-fly ash slag;frost resistance;dry-shrinkage;scour resistance

U 416.25

A

1674-0696（2011）06-1344-03

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.06.20

2011-05-18;

2011-07-11

交通運輸部西部交通建設科技項目（200531881213）

張海賓（1977-），男，河北石家莊人，高級工程師，主要從事路基路面施工方面的研究。E-mail:xizang123456789@126.com。