钢渣粉煤灰沥青混合料试验研究

宋东方

（平顶山市公路交通勘察设计院，河南 平顶山 467036）

河南省平顶山市是重要的钢铁和煤炭生产基地，其废弃物的排放量增长很快。本研究考虑用石质矿粉和粉煤灰作为填料，用钢渣替代部分集料，制备AC-16与AC-13两种级配的混合料，钢渣和粉煤灰掺量不同，钢渣粉煤灰沥青混合料的具体特性不同。具体方案如下：一是用标准马歇尔法，确定钢渣和粉煤灰掺量下沥青混合料的最佳油石比；二是以沥青混合料的最佳油石比，制作试验混合料公路用性能的试件，试验路用低温抗裂性能。

1 内容与技术

国内关于钢渣沥青路面的规范目前有GBT 24765-2009《耐磨沥青路面用钢渣》和GBT 24766-2009《透水沥青路面用钢渣》，两部规范都是简单地引用其他技术规范，对于钢渣和粉煤灰的引入给混合料设计、制备带来的其他问题并未渉及[1]。本文将讨论钢渣作为沥青混合料集料且粉煤灰作为填料的设计研究，按照配合比设计初定的最佳沥青用量制备试件进行马歇尔试验，研究粉煤灰和钢渣掺量对沥青混合料马歇尔试验结果的影响。

1.1 原材料

制备AC-16与AC-13两种类型的混合料的原材料，其由平顶山70#A级基质沥青、矿质集料、粉煤灰、钢渣和矿粉等组成，粒径组成均满足要求。

1.2 混合料制备

（1）AC-16矿质集料按档筛分取10档，包括16 mm、13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm。钢渣粒径只以细钢渣替代部分细集料进行初步试验，粉煤灰的毛体积相对密度为2.12，矿粉的相对密度为2.745 g/cm3，符合要求。

（2）钢渣粉煤灰AC-13混合料的制备：试验组采用粗钢渣代替1/3的5～10 mm粗集料，细钢渣代替1/3的0～5 mm细集料，粉煤灰代替1/2的矿粉作填料（粗钢渣及用量各占矿料总质量的14%，粉煤灰用量为3%），粒径组成均满足要求。

1.3 仪器

试验采用的仪器有马歇尔仪、马歇尔击实仪、混合料拌和锅、温度计、真空饱和仪、电子称、冰箱、劈裂仪、秒表等。采用标准马歇尔法，试实验确定各矿料级配、钢渣和粉煤灰掺量下沥青混合料的最佳油石比[2]。

2 混合料的马歇尔最佳油石比试验

平顶山气候分区属于夏炎热及冬温区，本次试验依然按高等级道路的马歇尔试验技术标准来确定，交通情况假定为中轻交通。对于常规AC-16与AC-13沥青混合料，初选3.8%、4.3%、4.8%、5.3%和5.8%五个沥青用量；对于掺钢渣粉煤灰AC-16与AC-13沥青混合料，初选5.8%、6.3%、6.8%、7.3%和7.8%五个沥青用量。在各个沥青用量下，制备试件进行马歇尔试验，结果如表1和表2所示。

根据表1掺钢渣粉煤灰沥青混合料（AC-16）马歇尔试验结果分析显示，确定普通AC-16沥青混合料的最佳油石比为4.3%，掺钢渣粉煤灰沥青混合料的最佳油石比为6.0%。掺钢渣粉煤灰沥青混合料的沥青饱和度略超规范要求，综合考虑其他指标要求，确定为6.0%，其他指标均能满足要求[3]。

表1 掺钢渣粉煤灰沥青混合料（AC-16）马歇尔试验结果

表2 掺钢渣粉煤灰沥青混合料（AC-13）马歇尔试验结果

从表1及表2马歇尔试验结果可以看出，掺钢渣粉煤灰沥青混合料最佳沥青用量，经过综合考虑和计算，常规AC-13沥青混合料的最佳油石比为确定4.6%，掺钢渣粉煤灰AC-13沥青混合料的最佳油石比确定为6.7%。

因此，相比于常规沥青混合料，掺钢渣粉煤灰AC-16与AC-13沥青混合料的最佳油石比提高了1.7%，增幅约为22.2%。但流值变化不大，说明其抗变形能力略有增强。主要原因是钢渣表面较粗糙，所组成的混合料具有较大的内摩阻力，同时这种粗糙增加了骨料的表面积，使与沥青的粘合面积增大，提高了钢渣与沥青的粘结力。此外，粉煤灰一定程度上也提高了沥青胶浆粘结力。

3 冻融劈裂性试验

路面开裂是沥青混合料路面的主要病害之一，沥青混合料在低温状况下必须保持足够的韧性[4]。在沥青混合料低温评价方面，鉴于冻融劈裂试验得到的强度值较稳定，且变异性较小，本研究采用冻融劈裂的方法评价掺钢渣粉煤灰沥青混合料路面在低温情况下的抗裂性能。

按照沥青混合料配合比设计确定的填料剂量和最佳沥青用量拌和、成型试件，试验采用马歇尔击实方法成型，每种混合料各4个平行试件，正反面击实次数为50次。冻融组经过真空保水后在-18℃的恒温冰箱中保持16 h，再放入60℃恒温水浴箱中保温24 h，之后与对照组共同置于25℃水槽中保温2 h[5]。按照劈裂试验计算劈裂强度和TSR，整理结果如表3所示。

从表3试验结果看出，掺钢渣粉煤灰AC-16与AC-13沥青混合料的冻融后劈裂强度高于常规AC-16与AC-13沥青混合料，增幅27.8%[6]。钢渣粉煤灰AC-AC-16与AC-1313沥青混合料劈裂强度比也高于常规AC-16与AC-13沥青混合料，且大于规范要求的75%，说明其抗冻性能优于常规AC-16与AC-13沥青混合料。

表3 AC-16沥青混合料冻融劈裂试验结果对比

4 结语

本文对平顶山市的钢渣和粉煤灰开展系统研究，通过马歇尔试验确定了AC-16和AC-13两种钢渣粉煤灰沥青混合料的最佳沥青用量[7]。常规AC-16和AC-13沥青混合料的最佳油石比为4.6%，掺钢渣粉煤灰AC-16和AC-13沥青混合料的最佳油石比为6.7%。

同时，采用冻融劈裂试验方法评价，检验掺钢渣粉煤灰沥青混合料路面在低温情况下的抗裂性能[8]。结果表明，掺钢渣粉煤灰的AC-16与AC-13沥青混合料的高温稳定性和水稳定性均优于常规AC-16沥青混合料，满足路面材料的使用性能，但其低温抗裂性能低于常规AC-16与AC-13沥青混合料。此外，掺钢渣粉煤灰的沥青混合料，外观无油，阳光下也无反光晃眼的油光，这一点很适合行车路面。

总之，本研究全面考虑粉煤灰、钢渣不同掺量与不同胶凝剂的组合作用，综合试验表明，水泥粉煤灰稳定钢渣、碎石的路用性能很好，满足规范要求。因此，笔者认为，用钢渣代替部分集料，同时掺入粉煤灰，应用在水泥稳定类基层材料中，是完全可行的。

1 吴 平，王选仓.粉煤灰特性对沥青混合料性能的影响[J].公路交通科技，2016，33（12）：21-28.

2 吴 平，王选仓.掺粉煤灰厂拌热再生沥青混合料性能研究[J].内蒙古公路与运输，2016，（6）：13-15.

3 牛 哲.钢渣沥青混合料的制备与性能研究[D].南京：东南大学，2016.

4 李 伟，王鹤彬，王 达，等.转炉钢渣沥青混合料路用性能试验研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2016，32（6）：1062-1069.

5 卢发亮，李 晋.济钢转炉钢渣沥青混合料路用性能研究[J].中外公路，2013，33（4）：259-263.

6 刘文欢，李 辉，朱绘美，等.一种单级配粒径钢渣透水沥青混合料：中国，CN106045384A[P].2016-10-26.

7 刘 伟.粉煤灰替代矿粉作填料的沥青混合料水稳性研究[J].交通标准化，2012，（4）：82-84.

8 李爱军.粉煤灰替代矿粉作填料的沥青混合料高温稳定性研究[J].交通世界（建养·机械），2012，（1）：100-101.