湘鋼鋼渣水泥粉煤灰混合料路用性能研究

方 磊（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院 411100）

湘鋼鋼渣水泥粉煤灰混合料路用性能研究

方 磊
（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院 411100）

本文通過(guò)對(duì)湘鋼鋼渣和水泥粉煤灰組成的無(wú)機(jī)混合料分別進(jìn)行原材料性能試驗(yàn)和湘潭高新路路用性能試驗(yàn)，驗(yàn)證混合料用于路面基層材料的可行性。結(jié)果表明，三種原材料自身性能均滿足國(guó)家規(guī)范要求。試驗(yàn)段的外形、高程、厚度、寬度、橫坡、平整度和壓實(shí)度、混合料級(jí)配、彎沉值、無(wú)限側(cè)抗壓強(qiáng)度顯示出混合料的良好路用性能，可用于路面基層鋪筑。

1.前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展正進(jìn)入“新常態(tài)”，鋼鐵行業(yè)更是需要發(fā)力“供給側(cè)改革”，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。鋼渣是煉鋼過(guò)程中的必然副產(chǎn)物，目前全國(guó)鋼渣累積堆存10億噸左右。合理利用鋼渣的各項(xiàng)性能并在道路工程中應(yīng)用，可以變廢為寶，具有良好經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，是鋼渣高價(jià)值利用的方展方向，具有廣闊的發(fā)展前景[1]。

本文以湘潭鋼鐵廠的鋼渣為主要研究對(duì)象配以水泥，粉煤灰形成無(wú)機(jī)混合料。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，廣泛收集資料，參考國(guó)內(nèi)外公路半剛性基層使用的成果經(jīng)驗(yàn)，開展鋪筑試驗(yàn)段，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行基層外形及基層質(zhì)量的檢測(cè)，驗(yàn)證湘鋼鋼渣混合料用于道路鋪筑的可行性。

2.原材料性能試驗(yàn)

2.1 鋼渣

本研究采用的鋼渣為湘鋼自然鋼渣冷卻后進(jìn)行破碎和篩分。檢測(cè)鋼渣為新渣和陳渣（3月和6月）三種。

1.物理性質(zhì)

根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）對(duì)鋼渣進(jìn)行篩分試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果如表2.1所示。

表2.1 鋼渣篩分檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40-2007)，初步確定本研究鋼渣屬于砂土類，其不均勻系數(shù)Cu數(shù)值在8-11之間，說(shuō)明其級(jí)配良好。另外，鋼渣年齡與其級(jí)配分布并無(wú)明顯關(guān)系。

2.鋼渣膨脹性

煉鋼時(shí)需加入石灰等造渣劑去除鋼水中的硫、磷等雜質(zhì)，由于石灰未能完全反應(yīng)，致使鋼渣中殘留部分f-CaO，因此需要測(cè)定鋼渣膨脹性，以保證道路基層的穩(wěn)定[2]。

測(cè)定方法參照《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》（GB/T 24175-2009）中規(guī)定的浸水脹率測(cè)定法，檢測(cè)結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)10d的10個(gè)膨脹循環(huán)后得到，平均膨脹率為1.20%?！朵撛旌狭下访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)規(guī)程》(YB/T 4184-2009)中規(guī)定“筑路用鋼渣的浸水膨脹率不應(yīng)大于2%”，鋼渣可以用于鋪筑。

3.化學(xué)組成

根據(jù)MasonB的堿度公式可計(jì)算出三種鋼渣堿度分別為2.51（新渣）3.07（3月）2.60（6月），依據(jù)判斷規(guī)則（低堿度渣＜1.8、中堿度渣1.8≤M≤2.5及高堿度渣＞2.5）均屬于堿度渣，活性較大。

2.2 其他原材料

本研究采用水泥為中材牌普通硅酸鹽水泥即P.O 42.5型號(hào)水泥。粉煤灰采用湘潭電廠的粉煤灰。石灰為金錦樂(lè)化學(xué)長(zhǎng)沙有限公司購(gòu)買的石灰。檢測(cè)結(jié)果表明均符合規(guī)范要求。

3.路用試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)段位于高新區(qū)高新路（東二環(huán)至科技路）K0+0～K0+500，試驗(yàn)段全場(chǎng)500m，路幅寬46米。綜合考慮規(guī)范要求結(jié)合前人研究成果以及本次研究實(shí)際情況確定試驗(yàn)配合比為水泥：粉煤灰：鋼渣（15：5：80）[3-6]。針對(duì)試驗(yàn)段的性能從外觀檢查和質(zhì)量檢查兩方面綜合評(píng)價(jià)以確定鋼渣混合料在路用時(shí)性能情況。

3.1 外觀評(píng)價(jià)

修筑試驗(yàn)段，再經(jīng)過(guò)一定的養(yǎng)生期后，外觀評(píng)價(jià)從外形檢查、高程、厚度、寬度、橫坡、平整度幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。參考《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF801-2012)進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體檢查結(jié)果如表3.1所示。

表3.1 基層外形檢查項(xiàng)目、頻率及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以上檢測(cè)結(jié)果表明，鋼渣混合料在試驗(yàn)路段外觀指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外，從外觀上看，試驗(yàn)段路基表面平整、邊線直順、曲線圓滑。路基邊坡坡面平順、穩(wěn)定、無(wú)虧坡，曲線圓滑。碾壓過(guò)程中全面、隨時(shí)檢查都無(wú)“彈簧”現(xiàn)象。說(shuō)明混合料在試驗(yàn)段外觀檢查合格。

3.2 質(zhì)量評(píng)價(jià)

以下從壓實(shí)度、混合料級(jí)配、彎沉值、無(wú)限側(cè)抗壓強(qiáng)度、水泥劑量等 5個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。

1. 壓實(shí)度

采用游潤(rùn)衛(wèi)[7]觀測(cè)“鋼板樁”沉降量的方法來(lái)判斷鋼渣的壓實(shí)程度。通過(guò)這種方法檢測(cè)試驗(yàn)段的壓實(shí)度，結(jié)果表明所有檢測(cè)點(diǎn)的碾壓沉降總和均在1-4mm之間，可認(rèn)為鋼渣混合料路基均處于密實(shí)狀態(tài)，符合要求。

2. 混合料級(jí)配

良好的級(jí)配是保證路基穩(wěn)定的基礎(chǔ)，根據(jù)規(guī)范對(duì)混合料進(jìn)行級(jí)配試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果表明，混合料的級(jí)配符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）要求。

3. 彎沉值

彎沉值從整體上反映了路面各層次的整體強(qiáng)度。本試驗(yàn)段根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60—2008）進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯出五個(gè)檢測(cè)段彎沉代表值差別不大（56.8，62.2，58.1，65.5，66.9），且均小于設(shè)計(jì)彎沉值 110。所以認(rèn)為該試驗(yàn)段彎沉值符合要求。

4. 無(wú)限側(cè)抗壓強(qiáng)度

按《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ057-2009）的規(guī)定進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。結(jié)果取平均值。試驗(yàn)結(jié)果抗壓強(qiáng)度7d為2.02MPa，抗壓強(qiáng)度28d為2.70MPa,符合國(guó)標(biāo)要求大于0.80MPa。說(shuō)明鋼渣混合料運(yùn)用在道路基層是可行的。

4 結(jié)論

本文將選取的水泥：粉煤灰：鋼渣（15：5：80）混合料鋪筑于湘潭市高新路，進(jìn)行500m長(zhǎng)路用性能試驗(yàn)。從外形評(píng)價(jià)（外形檢查、高程、厚度、寬度、橫坡、平整度）和質(zhì)量評(píng)價(jià)（壓實(shí)度、混合料級(jí)配、彎沉值、無(wú)限側(cè)抗壓強(qiáng)度）進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，混合料運(yùn)用于試驗(yàn)段具有良好的路用性能。

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[2]李新明.鋼渣穩(wěn)定土的路用性能研究及應(yīng)用[D].鄭州:鄭州大學(xué)，2010.

[3]SHIC.Steel slag-its production, processing characteristics, and cementations properties [J]. Journal of Material in Civil Engineering.2004,16（3）：230-236.

[4]郁俊超.水泥粉煤灰穩(wěn)定細(xì)鋼渣路用性能的試驗(yàn)研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué),2010.

[5]曹寶貴.二灰鋼渣在路面基層中應(yīng)用研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2004.

[6]曾夢(mèng)瀾，吳盛華等.水泥穩(wěn)定鋼渣-碎石路面基層材料試驗(yàn)研究[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào).2011，33（1）：29-33.

[7]游潤(rùn)衛(wèi).包鋼鋼渣作為筑路材料的研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2006.

[8]薛明，矯民，唐丹.鋼渣的基本性質(zhì)和道路工程中的利用前景[J].粉煤灰，2006，18（1）：41-44

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1007-6344（2016）06-0036-02

本文受湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目“湘鋼鋼渣用于路面基層材料中的路用性能研究（13C101）”資助

方磊，男，漢族，1982，湖南岳陽(yáng)人，博士研究生，講師，筑路材料研究