對(duì)道路基層用鋼渣的性能研究與分析

薛健 趙維 惠靈芝 楊欣

西安市政道橋建設(shè)有限公司 陜西 西安 710016

水泥穩(wěn)定鋼渣基層具有良好的力學(xué)性能和板結(jié)性、水穩(wěn)性以及抗裂性等優(yōu)點(diǎn),水泥穩(wěn)定鋼渣作為一種新型的道路基層材料,不僅消化了大量的工業(yè)廢料，節(jié)省了投資，而且保護(hù)了環(huán)境，減少了污染和對(duì)耕地的占用。因此，在環(huán)保要求日益提高的今天，鋼渣基層具有較大的推廣價(jià)值。盡管其優(yōu)點(diǎn)很多，但大規(guī)模應(yīng)用于路面基層的實(shí)例還較少。

本次試驗(yàn)是基于我公司（西安市政道橋建設(shè)有限公司）、陜西龍門鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱龍剛公司）及西安建筑科技大學(xué)三方簽訂戰(zhàn)略框架協(xié)議的提前下，對(duì)目前陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司大量鋼渣進(jìn)行深入研究，本次試驗(yàn)所用鋼渣陳化時(shí)間為半年。

1、鋼渣取樣

為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)所用鋼渣均按隨機(jī)抽樣法獲得即從陳化半年的鋼渣堆料內(nèi)部1m處取足夠數(shù)量（滿足所做試驗(yàn)的量）的鋼渣樣品，從3處以上取樣混合后按四分法進(jìn)行處理。

2、鋼渣級(jí)配試驗(yàn)

按照J(rèn)TG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)格》的規(guī)定，采用干篩法對(duì)龍剛公司生產(chǎn)的鋼渣混合料進(jìn)行篩分，通過(guò)試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)該鋼渣符合YB/T4184-2009《鋼渣混合料路面基層施工技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)中水泥穩(wěn)定鋼渣混合料集料的級(jí)配要求，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鋼渣集料級(jí)配表

3、鋼渣的化學(xué)組成

使用德國(guó)布魯克AXS有限公司生產(chǎn)的S4PIONEER型X射線熒光光譜儀設(shè)備對(duì)小粒徑（1#，粒徑小于10mm）、大粒徑（2#，粒徑大于10mm）的鋼渣分別進(jìn)行化學(xué)組成分析，具體結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋼渣中鈣、鐵含量較高，鐵的分選效果較差，氧化鎂含量較低。

表2 鋼渣化學(xué)組成（%）

4、游離氧化鈣分析

游離氧化鈣是鋼渣穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，所以，根據(jù)YB/T4328-2012《鋼渣中游離氧化鈣含量測(cè)定方法》對(duì)小粒徑（1#）、大粒徑（2#）鋼渣的進(jìn)行游離氧化鈣分析和熱重分析，檢測(cè)鋼渣中游離總鈣和氫氧化鈣的含量。從測(cè)定結(jié)果可以看出，1#和2#相比，粒徑較小的鋼渣游離氧化鈣陳化消解效果更好。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 游離氧化鈣分析統(tǒng)計(jì)表（%）

5、鋼渣的礦物相分析

使用X射線衍射分析儀設(shè)備（日本理學(xué)，型號(hào)D/MAX2200）對(duì)鋼渣進(jìn)行礦物相分析，鋼渣中主要礦物相有RO相（FeO、MgO的固溶體）、四氧化三鐵Fe3O4、硅酸二鈣C2S、鐵酸二鈣C2F、游離氧化鈣CaO、三氧化二鐵Fe2O3以及少量氫氧化鈣Ca(OH)2。具體礦物相對(duì)比分析見(jiàn)圖1。從礦物相對(duì)比分析圖可見(jiàn)，1# 號(hào)試樣鋼渣Fe3O4含量較高； 2#號(hào)試樣鋼渣Fe2O3含量較高，RO相（FeO、MgO的固溶體）含量較高；兩個(gè)試樣的Ca(OH)2含量都較低，在XRD分析中衍射峰不明顯。其中RO相較高，則鋼渣硬度高，抗壓性能好。

圖1 鋼渣試樣礦物相對(duì)比分析圖

6、壓碎值的測(cè)定

按照J(rèn)TG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)格》標(biāo)準(zhǔn)中T0316方法進(jìn)行壓碎值試驗(yàn)，用13.2mm和9.5mm標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩，取9.5mm～ 13.2mm的試樣3組各3000g。經(jīng)測(cè)定后，3組試樣壓碎值分別為25.9%、24.0%、25.9%，平均值為25.3%。所以，根據(jù)GB/T 25824-2010《道路用鋼渣》規(guī)定，用于道路基層集料和瀝青混合料鋼渣粗集料壓碎值要求≤30%，證明該鋼渣的壓碎值符合使用要求。

7、浸水膨脹率的測(cè)定

根據(jù)GB24175-2009《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中浸水膨脹率試驗(yàn)方法，制備3個(gè)高度為120mm的鋼渣試樣，采用（90±3）℃水浴養(yǎng)護(hù)的方法，經(jīng)過(guò)10天后使鋼渣中的游離氧化鈣、游離氧化鎂消解，通過(guò)體積膨脹率來(lái)判定。通過(guò)10天檢測(cè)，三個(gè)試樣浸水膨脹率分別為1.4%、1.2%、1.2%，平均值為1.3%。根據(jù)符合GB 25824-2010《道路用鋼渣》標(biāo)準(zhǔn)，道路基層用鋼渣集料技術(shù)要求浸水膨脹率≤1.3%，所以，該鋼渣浸水膨脹率符合使用要求。

8、壓蒸粉化率的測(cè)定

因現(xiàn)試驗(yàn)室無(wú)壓蒸釜設(shè)備，特委托北京冶金環(huán)境監(jiān)測(cè)中心試驗(yàn)室按照GB 24175-2009《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)制備3個(gè)鋼渣試樣進(jìn)行壓蒸粉化率試驗(yàn)，3個(gè)試件測(cè)量值分別為3.4%、3.6%、3.9%，平均值為3.6%。根據(jù)YB/T 4329-2012《水泥混凝土路面用鋼渣砂應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，用于混凝土路面的鋼渣壓蒸粉化率控制指標(biāo)≤5.9%，所以該鋼渣的壓蒸粉化率滿足其要求。

9、總結(jié)

從以上試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，鋼渣中的RO相較高，硬度高，抗壓性能好，對(duì)應(yīng)用于道路基層來(lái)說(shuō)是一種比較理想的骨料。而且，鋼渣的壓碎值、浸水膨脹率、壓蒸粉化率試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，我公司已在龍剛廠區(qū)內(nèi)利用陳化半年的鋼渣作為骨料進(jìn)行了水泥穩(wěn)定鋼渣基層試驗(yàn)段的鋪設(shè)，目前，經(jīng)過(guò)一個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，其面層彎沉結(jié)果顯示該試驗(yàn)段最大彎沉值為11，最小彎沉值為8.4，彎沉有效深度可達(dá)1m，符合該道路彎沉設(shè)計(jì)要求（≤30）。