鋼渣在高速公路瀝青路面上面層養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

為探究鋼渣在高速公路瀝青路面上面層的養(yǎng)護(hù)應(yīng)用效果，文章結(jié)合某高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)鋼渣瀝青混合料涉及的配合比設(shè)計(jì)、施工控制及路用性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明：鋼渣瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)及施工工藝整體與AC-13瀝青混合料較為接近，其路用性能達(dá)到了AC-13瀝青路面性能水平，甚至在抗滑性能方面更有優(yōu)勢(shì)，路面在通車1年后未出現(xiàn)較大幅度性能衰減，具備在高速公路瀝青路面上面層應(yīng)用的可行性。

鋼渣瀝青混合料；高速公路；養(yǎng)護(hù)；路面

U416.25A100292

作者簡(jiǎn)介：

盧倡興（1982—），工程師，主要從事工程管理和高速公路運(yùn)營(yíng)管理等方面工作。

0" 引言

隨著我國(guó)近年來(lái)“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)略的實(shí)施，交通建設(shè)領(lǐng)域也逐步推進(jìn)綠色、低碳的可持續(xù)發(fā)展路線，針對(duì)廢棄物的規(guī)模化循環(huán)利用也逐漸受到大家的重視。鋼渣屬于鋼鐵冶煉過(guò)程中形成的尾端廢棄物，我國(guó)鋼渣年產(chǎn)量＞1×108 t，重復(fù)利用率卻只有30%左右。如果將鋼渣進(jìn)行簡(jiǎn)單的堆存處置，這不僅要耗用大量的土地資源，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重危害，考慮到鋼渣具備良好的力學(xué)性能，許多道路行業(yè)研究人員將其作為天然集料的替代物開展了應(yīng)用研究［1-3］。

目前，鋼渣在道路工程領(lǐng)域中的規(guī)?；瘧?yīng)用主要集中在半剛性基層，雖然這為鋼渣的循環(huán)利用提供了一定的消納渠道，但并未形成高附加值利用［4］。考慮到鋼渣的性能指標(biāo)與瀝青路面所用的集料較為接近，越來(lái)越多的人開始關(guān)注鋼渣瀝青混合料在高速瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用。高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)主要是針對(duì)上面層的病害進(jìn)行集中處置，最常規(guī)的方式就是對(duì)原路面進(jìn)行銑刨并重新攤鋪新瀝青混合料，所以解決鋼渣瀝青混合料在瀝青路面上面層的應(yīng)用難點(diǎn)是現(xiàn)階段推廣鋼渣在高速公路瀝青路面規(guī)模化養(yǎng)護(hù)應(yīng)用的當(dāng)務(wù)之急。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)鋼渣瀝青混合料在高速公路瀝青路面中的應(yīng)用研究多集中在室內(nèi)研究，實(shí)體的工程應(yīng)用案例較為缺乏。為探究鋼渣在高速瀝青路面養(yǎng)護(hù)中作為上面層瀝青混合料是否具備可行性，本文依托廣西某高速瀝青路面養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，選用AC-13C型瀝青混合料級(jí)配，對(duì)鋼渣瀝青混合料從原材料、配合比設(shè)計(jì)、施工控制要點(diǎn)及檢測(cè)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行全方位應(yīng)用分析，以期為后續(xù)鋼渣在高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的規(guī)?；こ虘?yīng)用提供參考。

1" 工程概況

某高速公路K126+000～K227+000段為雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km，其路面結(jié)構(gòu)為AC-13瀝青路面。該高速公路自2018年通車運(yùn)營(yíng)以來(lái)，有力帶動(dòng)了周邊區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高速公路承載的交通量顯著增加。在服役過(guò)程中，局部路段出現(xiàn)了車轍、橫縱裂縫、坑槽等病害，但路面整體并未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害。高速公路運(yùn)營(yíng)方為提升路面服役水平，決定對(duì)病害嚴(yán)重路段實(shí)施集中養(yǎng)護(hù)修復(fù)，具體方案為銑刨原4 cm上面層并重新攤鋪4 cmAC-13瀝青混合料。為進(jìn)一步探究鋼渣瀝青混合料在高速公路上面層的應(yīng)用可行性，高速公路運(yùn)營(yíng)方選取了K136+000～K137+000段作為鋼渣瀝青混合料試驗(yàn)路，采用鋼渣瀝青混合料替代AC-13瀝青混合料進(jìn)行攤鋪應(yīng)用。

2" 原材料

2.1" 鋼渣

選用廣西某煉鋼廠生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼渣，鋼渣經(jīng)過(guò)破碎后陳化存放已超過(guò)12個(gè)月。鋼渣主要包括1#料（粒徑為10～15 mm）和2#料（5～10 mm）兩種規(guī)格的粗集料，相關(guān)性能檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

2.2" 粗、細(xì)集料及礦粉

3#料（3～5 mm）選用玄武巖集料，4#料細(xì)集料（0～3 mm）選用機(jī)制砂，礦粉為石灰石礦粉，相關(guān)檢測(cè)結(jié)果如下頁(yè)表2所示。

2.3" 瀝青

瀝青采用SBS改性瀝青，相關(guān)檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

3" 鋼渣瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1" 鋼渣瀝青混合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

鋼渣瀝青混合料參考AC-13C型級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì)，為盡可能地提升鋼渣的利用率，采用1#料（10～15 mm）和2#料（5～10 mm）兩種規(guī)格的鋼渣替代AC-13瀝青混合料中的部分粗集料。在對(duì)各檔材料進(jìn)行篩分基礎(chǔ)上，參考同類型工程案例經(jīng)驗(yàn)［5］，確立了鋼渣瀝青混合料各組成材料的比例（1#∶2#∶3#∶細(xì)集料∶礦粉的比例為39∶16∶8∶34∶3），礦料級(jí)配曲線如圖1所示。

集料的級(jí)配設(shè)計(jì)采用的是體積設(shè)計(jì)理論，但在實(shí)際工程應(yīng)用中通常采用質(zhì)量稱量的方法控制級(jí)配。由于鋼渣中包含許多金屬氧化物，其密度較常規(guī)路面用玄武巖集料還要高出20%，因此需要結(jié)合礦料密度將瀝青混合料的礦料比例由體積比轉(zhuǎn)化為質(zhì)量比，換算后1#∶2#∶3#∶細(xì)集料∶礦粉的比例為41.4∶17.2∶8.9∶29.8∶2.7。

鋼渣在高速公路瀝青路面上面層養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究/盧倡興，王頒法

3.2" 鋼渣瀝青混合料最佳油石比確定

通過(guò)參考相關(guān)研究及初步室內(nèi)試驗(yàn)，確定以4.9%的油石比為基準(zhǔn)，按0.5%為增減量上下浮動(dòng)確定5組不同油石比制備鋼渣瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，相關(guān)結(jié)果如表4所示。

結(jié)合表4中試驗(yàn)數(shù)據(jù)及馬歇爾試驗(yàn)最佳油石比的選取原則，確定鋼渣瀝青混合料的最佳油石比為4.7%。對(duì)該油石比條件下的鋼渣瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，如表5結(jié)果所示，鋼渣瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

為驗(yàn)證鋼渣瀝青混合料路用性能是否達(dá)標(biāo)，對(duì)鋼渣瀝青混合料分別進(jìn)行水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性能的檢驗(yàn)。結(jié)果如表6所示，鋼渣瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性均滿足規(guī)范要求，所設(shè)計(jì)的配合比可用于實(shí)際工程的指導(dǎo)生產(chǎn)。

4" 鋼渣瀝青混合料施工控制要點(diǎn)及路用效果評(píng)價(jià)

4.1" 鋼渣瀝青混合料施工質(zhì)控要點(diǎn)

在進(jìn)行鋼渣瀝青混合料試驗(yàn)路施工時(shí)，其施工工藝與常規(guī)的瀝青混合料在整體上并無(wú)較大區(qū)別，但由于鋼渣自身的材料特性，在其質(zhì)量控制上仍有重點(diǎn)關(guān)注的地方，總結(jié)如下：

（1）鋼渣集料表面孔隙較多，應(yīng)避免加熱烘干時(shí)溫度過(guò)高使鋼渣出現(xiàn)粉化，否則將使鋼渣瀝青混合料級(jí)配失真。

（2）鋼渣的導(dǎo)熱性較好，雖然該特點(diǎn)有助于提升加熱拌和速率，但卻不利于運(yùn)輸過(guò)程中的溫度保存。為了保證鋼渣瀝青混合料具備良好的攤鋪性能，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試拌情況適當(dāng)延長(zhǎng)集料的干拌時(shí)間，同時(shí)重點(diǎn)強(qiáng)化混合料的到場(chǎng)溫度抽檢工作。

（3）鋼渣的金屬化合物含量較高會(huì)導(dǎo)致其混合料溫度的消散較快，所以應(yīng)嚴(yán)格做好混合料到場(chǎng)后的攤鋪及碾壓工序銜接。除此之外，碾壓過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)路面壓實(shí)情況的檢測(cè)工作，在保證壓實(shí)度的同時(shí)又要防止過(guò)壓的情況出現(xiàn)。

（4）從前述可知，鋼渣瀝青混合料對(duì)溫度控制的要求非常高，通過(guò)試驗(yàn)路總結(jié)了相關(guān)施工環(huán)節(jié)溫度控制建議值，具體如表7所示。

（5）鋼渣瀝青混合料的油石比過(guò)高容易導(dǎo)致混合料離析，而過(guò)低的油石比則容易導(dǎo)致鋼渣瀝青混合料空隙率過(guò)高、集料瀝青膜裹附不足等問(wèn)題，這將嚴(yán)重影響鋼渣瀝青混合料的路用性能，因此在拌和站現(xiàn)場(chǎng)要按照規(guī)范要求對(duì)生產(chǎn)的鋼渣瀝青混合料進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格控制好鋼渣瀝青混合料的瀝青含量和級(jí)配的生產(chǎn)穩(wěn)定性。

4.2" 鋼渣瀝青混合料路用效果評(píng)價(jià)

為了對(duì)鋼渣瀝青混合料路用性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，運(yùn)營(yíng)方在試驗(yàn)路段鋪設(shè)完成后及通車1年后對(duì)試驗(yàn)路段及相鄰普通AC-13瀝青路面進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表8所示。

從表8施工后數(shù)據(jù)可看出，鋼渣瀝青混合料試驗(yàn)路的路面性能指標(biāo)與普通AC-13瀝青混合料路面較為接近，但擺值高出10%說(shuō)明其抗滑性能更為優(yōu)越。這主要是因?yàn)殇撛献陨硇螤畎S多路面紋理構(gòu)造的棱角有利于路面的抗滑性能提升。通車1年后的數(shù)據(jù)也并未出現(xiàn)較大的衰減，路面整體性能仍達(dá)到同路段AC-13瀝青路面的水平。從外觀整體上來(lái)看，試驗(yàn)路并沒有出現(xiàn)體積不均勻膨脹和鐵銹等現(xiàn)象，鋼渣瀝青混合料的瀝青膜較為均勻，未出現(xiàn)松散脫粒的情況，這說(shuō)明鋼渣瀝青混合料在高速公路瀝青路面上面層具備工程應(yīng)用可行性。

5" 結(jié)語(yǔ)

鋼渣瀝青混合料用于高速公路瀝青路面上面層可以實(shí)現(xiàn)鋼渣的高附加值利用，能夠有效緩解當(dāng)前日益趨緊的礦產(chǎn)資源危機(jī)。從試驗(yàn)路的實(shí)施來(lái)看，鋼渣瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)及施工工藝與常規(guī)AC-13瀝青混合料的差異較小。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，鋼渣瀝青混合料路面性能指標(biāo)與常規(guī)AC-13瀝青混合料路面較為接近，在抗滑性能方面甚至表現(xiàn)更好。在運(yùn)營(yíng)1年后仍具備良好的路用性能，證明鋼渣瀝青混凝土在高速公路瀝青路面上面層具備初步實(shí)施可行性。但需要強(qiáng)調(diào)的是，不同鋼廠由于生產(chǎn)工藝上存在差別，其生產(chǎn)的鋼渣在性能上也存有一定差異，在后續(xù)推廣應(yīng)用過(guò)程中需要針對(duì)鋼渣原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，以確保鋼渣瀝青混合料能夠?qū)崿F(xiàn)可靠應(yīng)用。

［1］崔友超.鋼渣與瀝青混合料回收料用于SMA優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2023.

［2］張霄涵.鋼渣在瀝青混合料中的應(yīng)用研究［D］.蘇州：蘇州科技大學(xué)，2022.

［3］劉明金，柯" 望，李闖民.摻鋼渣瀝青混合料AC-13配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，18（1）：24-32.

［4］劉興成.不同鋼渣摻量的OGFC-13瀝青混合料性能研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2019.

［5］舒志強(qiáng).AC-13型鋼渣—橡膠瀝青混合料表面層的熱學(xué)參數(shù)及高低溫性能研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2021.

20240421