对道路基层用钢渣的性能研究与分析

薛健 赵维 惠灵芝 杨欣

西安市政道桥建设有限公司 陕西 西安 710016

水泥稳定钢渣基层具有良好的力学性能和板结性、水稳性以及抗裂性等优点,水泥稳定钢渣作为一种新型的道路基层材料,不仅消化了大量的工业废料，节省了投资，而且保护了环境，减少了污染和对耕地的占用。因此，在环保要求日益提高的今天，钢渣基层具有较大的推广价值。尽管其优点很多，但大规模应用于路面基层的实例还较少。

本次试验是基于我公司（西安市政道桥建设有限公司）、陕西龙门钢铁（集团）有限责任公司（以下简称龙刚公司）及西安建筑科技大学三方签订战略框架协议的提前下，对目前陕西龙门钢铁有限责任公司大量钢渣进行深入研究，本次试验所用钢渣陈化时间为半年。

1、钢渣取样

为了保证试验的准确性，试验所用钢渣均按随机抽样法获得即从陈化半年的钢渣堆料内部1m处取足够数量（满足所做试验的量）的钢渣样品，从3处以上取样混合后按四分法进行处理。

2、钢渣级配试验

按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规格》的规定，采用干筛法对龙刚公司生产的钢渣混合料进行筛分，通过试验可发现该钢渣符合YB/T4184-2009《钢渣混合料路面基层施工技术规程》标准中水泥稳定钢渣混合料集料的级配要求，具体结果见表1。

表1 钢渣集料级配表

3、钢渣的化学组成

使用德国布鲁克AXS有限公司生产的S4PIONEER型X射线荧光光谱仪设备对小粒径（1#，粒径小于10mm）、大粒径（2#，粒径大于10mm）的钢渣分别进行化学组成分析，具体结果见表2。通过试验发现，钢渣中钙、铁含量较高，铁的分选效果较差，氧化镁含量较低。

表2 钢渣化学组成（%）

4、游离氧化钙分析

游离氧化钙是钢渣稳定性的一个重要指标，所以，根据YB/T4328-2012《钢渣中游离氧化钙含量测定方法》对小粒径（1#）、大粒径（2#）钢渣的进行游离氧化钙分析和热重分析，检测钢渣中游离总钙和氢氧化钙的含量。从测定结果可以看出，1#和2#相比，粒径较小的钢渣游离氧化钙陈化消解效果更好。具体数据见表3。

表3 游离氧化钙分析统计表（%）

5、钢渣的矿物相分析

使用X射线衍射分析仪设备（日本理学，型号D/MAX2200）对钢渣进行矿物相分析，钢渣中主要矿物相有RO相（FeO、MgO的固溶体）、四氧化三铁Fe3O4、硅酸二钙C2S、铁酸二钙C2F、游离氧化钙CaO、三氧化二铁Fe2O3以及少量氢氧化钙Ca(OH)2。具体矿物相对比分析见图1。从矿物相对比分析图可见，1# 号试样钢渣Fe3O4含量较高； 2#号试样钢渣Fe2O3含量较高，RO相（FeO、MgO的固溶体）含量较高；两个试样的Ca(OH)2含量都较低，在XRD分析中衍射峰不明显。其中RO相较高，则钢渣硬度高，抗压性能好。

图1 钢渣试样矿物相对比分析图

6、压碎值的测定

按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规格》标准中T0316方法进行压碎值试验，用13.2mm和9.5mm标准筛过筛，取9.5mm～ 13.2mm的试样3组各3000g。经测定后，3组试样压碎值分别为25.9%、24.0%、25.9%，平均值为25.3%。所以，根据GB/T 25824-2010《道路用钢渣》规定，用于道路基层集料和沥青混合料钢渣粗集料压碎值要求≤30%，证明该钢渣的压碎值符合使用要求。

7、浸水膨胀率的测定

根据GB24175-2009《钢渣稳定性试验方法》标准中浸水膨胀率试验方法，制备3个高度为120mm的钢渣试样，采用（90±3）℃水浴养护的方法，经过10天后使钢渣中的游离氧化钙、游离氧化镁消解，通过体积膨胀率来判定。通过10天检测，三个试样浸水膨胀率分别为1.4%、1.2%、1.2%，平均值为1.3%。根据符合GB 25824-2010《道路用钢渣》标准，道路基层用钢渣集料技术要求浸水膨胀率≤1.3%，所以，该钢渣浸水膨胀率符合使用要求。

8、压蒸粉化率的测定

因现试验室无压蒸釜设备，特委托北京冶金环境监测中心试验室按照GB 24175-2009《钢渣稳定性试验方法》标准制备3个钢渣试样进行压蒸粉化率试验，3个试件测量值分别为3.4%、3.6%、3.9%，平均值为3.6%。根据YB/T 4329-2012《水泥混凝土路面用钢渣砂应用技术规程》中规定，用于混凝土路面的钢渣压蒸粉化率控制指标≤5.9%，所以该钢渣的压蒸粉化率满足其要求。

9、总结

从以上试验结果可见，钢渣中的RO相较高，硬度高，抗压性能好，对应用于道路基层来说是一种比较理想的骨料。而且，钢渣的压碎值、浸水膨胀率、压蒸粉化率试验结果均满足标准要求。所以，我公司已在龙刚厂区内利用陈化半年的钢渣作为骨料进行了水泥稳定钢渣基层试验段的铺设，目前，经过一个月现场跟踪，其面层弯沉结果显示该试验段最大弯沉值为11，最小弯沉值为8.4，弯沉有效深度可达1m，符合该道路弯沉设计要求（≤30）。