二灰钢渣混合料路用性能试验

张海宾，于明明，李小建

（1.西藏自治区交通运输厅 重点公路建设项目管理中心，西藏拉萨 850000;2.长安大学 公路学院，陕西西安 710064;3.中铁二十局集团第二工程有限公司，北京 100142）

二灰钢渣混合料路用性能试验

张海宾1，于明明2，李小建3

（1.西藏自治区交通运输厅 重点公路建设项目管理中心，西藏拉萨 850000;2.长安大学 公路学院，陕西西安 710064;3.中铁二十局集团第二工程有限公司，北京 100142）

为了研究二灰钢渣混合料的路用性能，进行了3种配比的二灰钢渣混合料抗冻性能、干缩性能、抗冲刷性能试验，并与二灰碎石类集料对比分析。结果表明:二灰钢渣的抗冻性能优于二灰碎石，而其干缩系数明显小于同配比二灰碎石;配比为5∶15∶80的二灰钢渣抗冻性能、抗干缩性能、抗冲刷性能均最优。

二灰钢渣;抗冻;干缩;抗冲刷

钢渣是炼钢过程中的副产品，是钢铁行业的主要固体废弃物之一［1］。长期以来大量的钢渣堆积，不但占用大量宝贵的土地资源，而且严重污染环境［2］。同时，随着我国新时期公路建设的快速发展，有的地区公路建设中出现了严重的集料缺乏现象。因此，随着人们环保意识的增强和对筑路材料的需求，国内外矿渣作为集料在道路方面已十分普遍，具有较高的经济效益和社会效益［3-4］。但目前一般是钢渣简单地取代道路混合料（二灰碎石）中的碎石，将其用做路基回填材料直接应用到道路中，然而并没有对其性能进行深入的探讨和系统的研究。二灰钢渣混合料的强度和刚度要大于同龄期的二灰碎石［5］，但半刚性基层在剧烈的干湿交替和气温作用下容易产生裂缝。

1 二灰钢渣抗冻性能研究

1.1 试验方案

为了探讨对二灰钢渣混合料的路用性能［6］，笔者选择3种配比的二灰钢渣混合料，方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的二灰钢渣配比分别为 6∶19∶75、5∶15∶80和4∶11∶85，3 种方案的二灰比均为 1∶3。分别进行抗冻性、收缩性［7］、抗冲刷等试验，并与相同配比的二灰碎石混合料进行对比分析。

1.2 试验方法

二灰钢渣的抗冻性能，用5～10次冻融循环后的软化系数来评价。但是现行基层规范中并无冻融试验标准，所以冻融试验既要结合道路实际情况，又要考虑试验进行的速度，达到加速性的目的。笔者结合实际条件，将试验中的冰冻温度设为-20℃，冰冻时间20 h，然后将试件放入20℃温水中，融化时间4 h，如此反复循环5次，通过测定冻融前的强度值和冻融后的强度值，来确定软化系数。

1.3 冻融试验结果分析

不同配合比冻融前和冻融后的抗压强度见图1，不同配合比冻融循环的软化系数见图2。

图1 不同配比的抗压强度Fig.1 Compressive strength of different proportions

图2 不同配比的软化系数Fig.2 Ssoftening coefficients of different proportions

从图1可以看出方案Ⅱ无论是冻融前，还是冻融后，其强度都是最高的;方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ冻融后强度分别降低15%、14%和19%，而且方案Ⅱ冻融后强度降低也是最少的。从图2可以看出方案Ⅱ的软化系数较其他两个方案都大。

结合图1和图2，说明二灰钢渣混合料方案Ⅱ的冻融稳定性是最好的。

而有资料表明与方案Ⅱ相同配比的二灰碎石，其规范级配和骨架密实结构的软化系数为69%、71%，说明二灰钢渣混合料的冻融稳定性较二灰碎石类好。

2 二灰钢渣干缩性能研究

2.1 试验方法

按JTJ 057—94《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的规定，对3种配比的二灰钢渣混合料进行标准击实试验。干缩试验［8］在最佳含水量和最大干密度下采用静力压实法制备试件，压实度97%，试件规格为100 mm×100 mm×400 mm。试件成形后放入养生室进行养护，7 d后取出，平放在试验室操作台上让它自然干燥，即可进行干缩数据的测定。每组进行8个平行试验，其中4个测定干缩变形，4个测定失水量，试验结果取平均值。

用千分表测量自然干燥后不同龄期试件的干缩量，在测量干缩量的同时，用敏感天平测定另一组试件的水分蒸发损失量，直至试件含水量不再减少为止。

式中:εd为干缩应变，10-6;αd为干缩系数，10-6;ΔL为含水量损失时，试件整体收缩量，10-3mm;ΔW为干缩试件的平均失水率，%。

2.2 干缩试验结果分析

由图3可以看出，干缩系数随失水率的变化而变化，当失水率在3.0% ～7.0%之间时，二灰钢渣混合料的干缩系数减小较少，而失水率大于7.0%时，则干缩系数增大较快。原因在于，初始时含水量较大，蒸发的是自由水分，干缩受影响较小，所以失水率在7.0%以内时，干缩系数比较稳定;随着水分的继续蒸发，开始损失部分结合水，这时收缩增大，干缩系数也开始增大。

图3 干缩系数与失水率关系Fig.3 The relationship between shrinkage coefficients and water loss rate

由图4干缩系数随时间的变化关系可见，开始时干缩系数随时间增加而增大，20 d后，含水量很小，干缩应变趋于稳定，上下变化不大。

图4 干缩系数随时间变化关系Fig.4 The relationship of shrinkage coefficients variation with time

表1为二灰钢渣各方案干缩参数对比。表2是与方案II（5∶15∶80）相同配比的规范级配和骨架密实二灰碎石干缩试验结果。

表1 二灰钢渣各方案干缩参数对比Table 1 Parameter comparison of each scheme of lime-fly ash slag

表2 二灰碎石的干缩试验结果Table 2 Shrinkage test results of ash broken stone

由表1和表2可看出，二灰钢渣混合料方案II最大干缩量和平均干缩量都是最小的，方案I因为二灰含量较多，所以干缩量最大。混合料类型对干缩系数影响较大，对于同配比混合料，骨架密实型结构的干缩量相对小些。结论是二灰钢渣干缩系数明显小于同配比二灰碎石。

3 二灰钢渣抗冲刷性能研究

3.1 试验方法

国内外的调查研究表明，基层唧泥现象和冲刷破坏是经常存在的，随着交通量和汽车轴载的增加，这种破坏现象呈加剧的趋势，而基层材料的冲刷及唧泥现象均与半刚性基层材料组成特性有关。因此，有必要对二灰钢渣混合料的抗冲刷性能进行研究。然而现在国内道路基层方面尚未有一个统一的、合适的冲刷实验来衡量道路基层抗冲刷能力，本文采用长安大学研制的冲刷实验机进行冲刷实验。本试验条件:720 r/min，10 Hz，配重 392.1 kg。

为了研究不同龄期下，不同配比二灰钢渣混合料的抗冲刷性能，试验方案设计如下:方案1、方案2、方案3配比分别同方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ，龄期为90 d;方案4配比同方案Ⅱ，龄期为365 d。

3.2 试验结果分析

试验结果见表3。

表3 冲刷实验结果Table 3 Scouring test results

由表3可以看出，与方案2配比相同且龄期较长的方案4的冲刷损失最大，方案1和方案3其次，方案2冲刷损失最小。原因是，方案1二灰含量高达25%，而集料和粗集料含量比方案2和方案3少，因此质量损失较多;方案3虽然粗集料含量较多，但黏结料并不是很充分，因此冲刷质量损失也较方案2大，但是比方案1小;方案4与方案2配比相同，但龄期长达365 d，按理说方案4强度较大，冲刷质量损失应较小些，然而因方案4强度较高，刚度较大，考虑所用冲刷装置振幅、频率等，在此冲刷台上震动剧烈，所以导致质量损失较大。

4 结语

1）通过冻融试验、干缩试验及冲刷实验，从抗裂性能、抗干缩性能及抗冲刷性能3方面，研究了二灰钢渣混合料的路用性能。

2）二灰钢渣的冻融稳定性优于二灰碎石类，同时配比为5∶15∶80的二灰钢渣性能最优。

3）二灰钢渣干缩系数明显小于同配比二灰碎石，混合料类型对干缩系数影响较大，对于同种配比混合料，骨架密实结构的干缩量相对小些。

（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

交通运输部西部交通建设科技项目（200531881213）

张海宾（1977-），男，河北石家庄人，高级工程师，主要从事路基路面施工方面的研究。E-mail:xizang123456789@126.com。