钢渣在道路路基路面工程中的应用研究

严文伟

（西宁海湖开发建设管理有限公司，青海 西宁 810000）

钢渣在道路路基路面工程中的应用研究

严文伟

（西宁海湖开发建设管理有限公司，青海 西宁 810000）

介绍了钢渣的物理特性，并对钢渣在道路路基及路面中的应用做了简单的分析，目的是探索与比较钢渣新的有效利用途径，希望通过在沥青路面工程中的应用可以加大我国对钢渣的应用领域与应用水平的拓展和提升，从而从根本上解决钢渣利用难的问题。

钢渣；路基；路面；工程

钢渣是冶炼钢铁过程中产生的一种非金属固态物质，排放量大，利用率低，不仅占用土地资源，而且污染环境，给人们的生活和生产带来极大不便。因此，寻找钢渣的有效使用路径是解决问题的重要途径之一，我国公路建设正处于飞速发展阶段，对能源和资源消耗巨大，若将钢渣作为骨料更好地在路面工程中得以应用，对提高钢渣的利用率，减少环境污染具有重要意义。

1 钢渣的物理特性

钢渣主要是金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料和补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料。如:石灰石、白云石、铁矿石、硅石等。钢渣基本呈黑灰色，外观像结块的水泥熟料，其中夹带一些Fe粒，硬度大，密度为1700～2000 kg/m3。钢渣的主要化学成分有: CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、f-CaO ，有的还含有V2O5、TiO2等，成分有较大范围的波动。钢渣的特点是Fe的氧化物以FeO和Fe2O3形式存在，而以FeO为主，总量在25%以下。钢渣中一般均含有P2O5，其在钢渣矿物形成中起重要作用，首先，它和CaO、SiO2生成活性较差的纳盖斯密特石(7CaOP2O52SiO2)阻碍了硅酸三钙的生成;另外，P的存在也会使硅酸三钙分解，降低钢渣的活性。钢渣的矿物组成与钢渣的化学成分有关，特别是取决于钢渣的碱度(CaO与SiO2、P2O5的含量比)。低碱度钢渣中主要成分为氧化铁，并固溶有氧化锰、氧化钙;在高碱度钢渣中主要为氧化镁、氧化亚铁、氧化锰组成的固溶体。在钢渣矿物组成中，硅酸二钙和硅酸三钙的含量都比较高，可以保存较高的活性，适于水泥生产。氧化镁在低碱度钢渣中，以镁蔷薇辉石矿物存在，在高碱度钢渣中，存在于二价金属离子氧化物中，不会引起安定性不良，不会对钢渣生产水泥造成影响。但在不同碱度的钢渣中，均有游离氧化钙的存在，它会分解，导致体积膨胀，产生危害，利用时应加以注意。到目前，人们已经开发了多种有关钢渣综合利用的途径，主要包括冶金、建筑材料、农业利用、工程应用等几个领域。

2 钢渣在道路路基中的应用

2.1 钢渣作为路基填料可行实用

钢渣具有很强的吸水性，对于软弱潮湿的路基基底有很好的改良作用;而且强度高，对提高路基的承载力也有很不错的效果。在某工程中钢渣主要是用于软基换填，该地基处于软塑亚粘土层，且回填深度达7m，所用的钢渣经过了一年多的沉化，基本处于稳定状态。经土工击实试验钢渣的最大干密度为2. 34g /cm3，由于钢渣密度大容易压实，一般采用 15t～20t钢轮压路机碾压 3～5遍即可达到规定的90%压实度。

2. 2 钢渣作为路基填料的局限性

(1)钢渣在陈化过程中发生的膨胀与粉化容易造成路基顶包或开裂研究表明，钢渣在陈化过程中由于游离氧化消解和铁锰分解等原因引起钢渣膨胀开裂。在该工程施工中，当时由于抢工期，在雨水管沟槽回填中使用了新出炉的钢碴、沥青路面摊铺后一个月内，路面沟槽位置就出现了明显的纵向裂缝。据此，在工程中所用的钢渣必须是堆放一年以上的陈渣，稳定性较好，路基质量比较可靠。堆放时间比较短的钢渣用于工程后，路基出现不规则裂缝。

(2)钢渣的密度过大导致运输、铺筑困难。钢渣的密度是一般石料密度的1. 2～1. 4倍。所以其运输、拌和、摊铺的能耗要增加10%左右。另外，由于密度过大，不能直接用于地基承载力不足的软土地区。否则会导致地基应力集中，路基翻浆。

3 钢渣在沥青路面工程中的应用

随着我国经济不断的发展，道路建设事业也迅猛的发展起来。特别是 90%的路面结构形式均采用沥青路面结构形式。虽然仅仅是近几年才发展起来的一个新的面层混凝土类型，但是发展速度之快使得大量使用的天然集料以达到了供不应求的状况。因此考虑钢渣作为沥青混凝土的替代集料就提到了道路研究人员的研究日程上了。

3.1 宝钢公司钢渣应用范例

为了变废为宝，使资源得以综合利用，近几年，上海的各钢铁公司均建立了钢渣处理工艺线，对钢渣沥青混凝土进行了大量的试验研究，并且在室内试验成功的基础上，于1997年12月在宝山杨行镇富杨路铺筑了一条长为2422 m，路幅宽14 m的钢渣沥青混凝土试验段。面层采用7cm厚的LH-35粗粒式钢渣沥青混凝土和3cm厚的LH-15细粒钢渣沥青混凝土的二层式路面结构。该路段成为我国首条钢渣沥青混凝土路面。该路段的两旁是经济开发区，大型的载重卡车和集装箱车经常往来该路段，实际上是对钢渣沥青混凝土路面的一种考验。通过数年的使用，钢渣沥青混凝土路面的路用性能经受住了考验，钢渣这种材料也因此而成为上海沥青混凝土业的新的集料来源。

3.2 武钢冶金渣公司应用范例

2002 年，武钢冶金渣公司受《钢渣沥青混凝土的研究与应用》课题组的委托，在武钢冶金渣公司的厂道上进行试验段的铺筑工作。试验段全长230 m，路面宽度为6.5 m，施工总面积为1495 m2。试验段选用破碎过的钢渣作为集料材料，分2层进行试验段铺筑工作:中面层为AC-20I型钢渣沥青混凝土，最佳油石比为5.5%;上面层为AC-10I型钢渣沥青混凝土，最佳油石比为6.2%。从混合料的生产情况来看，拌制的混合料乌黑发亮，油膜均匀，碾压成型后外观与碎石沥青混合料基本无区别。从该试验段的使用效果来看，路面表层基本平整，有较好的构造深度，颗粒分布均匀。路面无拥包，无膨胀拱起现象，未出现开裂、松散等路面病害现象，并且表现出了良好的抗滑特性以及优良的路用性能。而且在通车后，定期对试验段进行了观测，特别在交通量较大，雨水较多或者是冰雪天气时观测路面使用状况，一系列的观测结果表明，试验段的使用状况良好，路面性能稳定。钢渣沥青混凝土路面的铺筑取得了较为理想的效果。而且对于钢渣在沥青路面中替代普通天然集料的使用，经济与社会意义相当重大。2004年，经过一冬一夏的考验，且在交通量相对较大，超载重载车较多的情况下，试验与观测结果证明铺筑在武钢场内的钢渣试验段使用性能衰减并不明显，说明钢渣作为沥青混凝土集料在沥青路面施工中使用是可行的。

4 结论

通过对钢渣的主要应用领域进行研究调查发现，目前的情况是在已有的领域中，处置与应用钢渣的技术已经纯熟，可以大规模的推广应用，但是工艺上没有多大的变化与差异;在新的应用领域诸如在沥青混凝土中的应用，前景是非常令人乐观，但是推广的阻力不会小，首先沥青混凝土从出现到占据道路面层主流应用结构形式时间并不长，可以说普通沥青混凝土的发展都还有很多未解决的问题，更不用说钢渣沥青混凝土了，因为后者在技术上存在应用瓶颈需要进一步的研究论证其稳定性以及与环境的和睦性。但是鉴于当前自然资源由于过度开采出现匮乏的情况以及大量钢渣未及时处理出现污染、占地的情况的双重压力，必将大大加快钢渣在道路工程领域中的应用与推广的步伐。

[1]朱文琪,何雄伟.钢渣沥青混合料施工工艺研究［J］.武汉理工大学学报,2003

[2]薛明.钢渣用于道路工程的研究［J］.华东公路,1997

[3]冷光荣,程柏生.钢渣综合利用［J］.江西冶金,2003

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1007-6344（2015）09-0327-01