湘钢钢渣水泥粉煤灰混合料路用性能研究

方 磊（湖南城建职业技术学院 411100）

湘钢钢渣水泥粉煤灰混合料路用性能研究

方 磊
（湖南城建职业技术学院 411100）

本文通过对湘钢钢渣和水泥粉煤灰组成的无机混合料分别进行原材料性能试验和湘潭高新路路用性能试验，验证混合料用于路面基层材料的可行性。结果表明，三种原材料自身性能均满足国家规范要求。试验段的外形、高程、厚度、宽度、横坡、平整度和压实度、混合料级配、弯沉值、无限侧抗压强度显示出混合料的良好路用性能，可用于路面基层铺筑。

1.前言

随着经济发展正进入“新常态”，钢铁行业更是需要发力“供给侧改革”，实现资源优化配置。钢渣是炼钢过程中的必然副产物，目前全国钢渣累积堆存10亿吨左右。合理利用钢渣的各项性能并在道路工程中应用，可以变废为宝，具有良好经济效益、社会效益和环境效益，是钢渣高价值利用的方展方向，具有广阔的发展前景[1]。

本文以湘潭钢铁厂的钢渣为主要研究对象配以水泥，粉煤灰形成无机混合料。经过调查研究，广泛收集资料，参考国内外公路半刚性基层使用的成果经验，开展铺筑试验段，对试验段进行基层外形及基层质量的检测，验证湘钢钢渣混合料用于道路铺筑的可行性。

2.原材料性能试验

2.1 钢渣

本研究采用的钢渣为湘钢自然钢渣冷却后进行破碎和筛分。检测钢渣为新渣和陈渣（3月和6月）三种。

1.物理性质

根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）对钢渣进行筛分试验。检测结果如表2.1所示。

表2.1 钢渣筛分检测结果

根据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，初步确定本研究钢渣属于砂土类，其不均匀系数Cu数值在8-11之间，说明其级配良好。另外，钢渣年龄与其级配分布并无明显关系。

2.钢渣膨胀性

炼钢时需加入石灰等造渣剂去除钢水中的硫、磷等杂质，由于石灰未能完全反应，致使钢渣中残留部分f-CaO，因此需要测定钢渣膨胀性，以保证道路基层的稳定[2]。

测定方法参照《钢渣稳定性试验方法》（GB/T 24175-2009）中规定的浸水胀率测定法，检测结果显示经过10d的10个膨胀循环后得到，平均膨胀率为1.20%。《钢渣混合料路面基层施工技术规程》(YB/T 4184-2009)中规定“筑路用钢渣的浸水膨胀率不应大于2%”，钢渣可以用于铺筑。

3.化学组成

根据MasonB的碱度公式可计算出三种钢渣碱度分别为2.51（新渣）3.07（3月）2.60（6月），依据判断规则（低碱度渣＜1.8、中碱度渣1.8≤M≤2.5及高碱度渣＞2.5）均属于碱度渣，活性较大。

2.2 其他原材料

本研究采用水泥为中材牌普通硅酸盐水泥即P.O 42.5型号水泥。粉煤灰采用湘潭电厂的粉煤灰。石灰为金锦乐化学长沙有限公司购买的石灰。检测结果表明均符合规范要求。

3.路用试验结果与分析

试验段位于高新区高新路（东二环至科技路）K0+0～K0+500，试验段全场500m，路幅宽46米。综合考虑规范要求结合前人研究成果以及本次研究实际情况确定试验配合比为水泥：粉煤灰：钢渣（15：5：80）[3-6]。针对试验段的性能从外观检查和质量检查两方面综合评价以确定钢渣混合料在路用时性能情况。

3.1 外观评价

修筑试验段，再经过一定的养生期后，外观评价从外形检查、高程、厚度、宽度、横坡、平整度几个方面来进行评价。参考《公路工程质量检验评定标准》(JTGF801-2012)进行评价。具体检查结果如表3.1所示。

表3.1 基层外形检查项目、频率及标准

根据以上检测结果表明，钢渣混合料在试验路段外观指标满足国家标准。另外，从外观上看，试验段路基表面平整、边线直顺、曲线圆滑。路基边坡坡面平顺、稳定、无亏坡，曲线圆滑。碾压过程中全面、随时检查都无“弹簧”现象。说明混合料在试验段外观检查合格。

3.2 质量评价

以下从压实度、混合料级配、弯沉值、无限侧抗压强度、水泥剂量等 5个指标来进行质量评价。

1. 压实度

采用游润卫[7]观测“钢板桩”沉降量的方法来判断钢渣的压实程度。通过这种方法检测试验段的压实度，结果表明所有检测点的碾压沉降总和均在1-4mm之间，可认为钢渣混合料路基均处于密实状态，符合要求。

2. 混合料级配

良好的级配是保证路基稳定的基础，根据规范对混合料进行级配试验。检测结果表明，混合料的级配符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）要求。

3. 弯沉值

弯沉值从整体上反映了路面各层次的整体强度。本试验段根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）进行检测。检测结果显出五个检测段弯沉代表值差别不大（56.8，62.2，58.1，65.5，66.9），且均小于设计弯沉值 110。所以认为该试验段弯沉值符合要求。

4. 无限侧抗压强度

按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-2009）的规定进行抗压试验。结果取平均值。试验结果抗压强度7d为2.02MPa，抗压强度28d为2.70MPa,符合国标要求大于0.80MPa。说明钢渣混合料运用在道路基层是可行的。

4 结论

本文将选取的水泥：粉煤灰：钢渣（15：5：80）混合料铺筑于湘潭市高新路，进行500m长路用性能试验。从外形评价（外形检查、高程、厚度、宽度、横坡、平整度）和质量评价（压实度、混合料级配、弯沉值、无限侧抗压强度）进行检测，结果表明，混合料运用于试验段具有良好的路用性能。

[1]周启伟.公路钢渣基层与钢渣沥青混合料路用性能研究[D].重庆：重庆交通大学,2011.

[2]李新明.钢渣稳定土的路用性能研究及应用[D].郑州:郑州大学，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.水泥粉煤灰稳定细钢渣路用性能的试验研究[D].南京：南京林业大学,2010.

[5]曹宝贵.二灰钢渣在路面基层中应用研究[D].西安:长安大学，2004.

[6]曾梦澜，吴盛华等.水泥稳定钢渣-碎石路面基层材料试验研究[J].湘潭大学自然科学学报.2011，33（1）：29-33.

[7]游润卫.包钢钢渣作为筑路材料的研究[D].西安:西安建筑科技大学，2006.

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

G322

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1007-6344（2016）06-0036-02

本文受湖南省教育厅科学研究项目“湘钢钢渣用于路面基层材料中的路用性能研究（13C101）”资助

方磊，男，汉族，1982，湖南岳阳人，博士研究生，讲师，筑路材料研究