高速公路钢渣沥青混合料应用技术研究

2022-10-11杨锐

运输经理世界 2022年5期

杨锐

（南京市公路事业发展中心，江苏南京 210000）

0 引言

随着我国交通运输行业不断发展，道路工程规模迅速扩大，优质的石材已经越来越难以满足不断增长的需求。但是石材的开采对环境的影响严重，随着开采受到管制，工程成本不断提高，优质石料供应成为限制我国高速公路建设的严峻问题，急需寻找一种替代品当作筑路材料，比如工业废渣与建筑垃圾等。我国《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》明确提出：开展资源综合利用是我国深入实施可持续发展战略的重要内容。钢渣作为一种产量巨大的工业废渣，具有密度大、坚硬、耐磨等优良的物理力学性能，以钢渣作为筑路材料，不仅降低了工程成本，而且为钢渣资源找到了新的利用途径，同时避免了环境污染，是一种理想优质沥青路面磨耗层材料。但是钢渣由于选用原料的不同、冶炼工艺的差异，化学成分也有所不同，会导致路用性能波动，因此需要对钢渣原料进行处理。本文对钢渣处理工艺进行探究，并研究钢渣对SMA 沥青混合料性能的影响规律，为钢渣资源的高质量利用提供依据。

1 钢渣性能研究

1.1 钢渣处理工艺

适用于道路工程的钢渣处理工艺包括以下内容：

第一，采用热泼法对液态钢渣喷水降温，促进钢渣中CaO 分解，增加钢渣的稳定性；

第二，经破碎、筛分、磁选，去除其中金属，形成新渣；

第三，新渣堆放陈化半年以上；

第四，经过再破碎、筛选、分级后成为筑路原材料。

1.2 钢渣路用性能

钢渣根据生产工艺，可分为平炉渣、转炉渣与电炉渣，其中转炉钢渣由于数量大且水化活性高，最适合替代石料做筑路建材。本文采用的钢渣来自广西某钢铁公司。依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）进行常规性能检测，对比钢渣与天然石料辉绿岩、石灰岩，检测结果见表1。

由表1可知，钢渣具有以下特点：

表1 钢渣物理性能指标

第一，密度大、吸水率高，因此在制备混合料时有效沥青含量会略微降低，应适当增加沥青用量，高吸水率也会影响混合料水稳定性，因此要合理控制钢渣对石料的替代率。

第二，硬度大、磨光值高，用于铺筑沥青上面层可提高路面抗滑性。

第三，洛杉矶磨耗值低，会导致混合料高温稳定性、耐磨性、耐久性降低，因此要控制替代率。

第四，MgSO稳定性远优于技术要求，说明钢渣具有良好的抗冻性能。

2 钢渣SMA-13 沥青混合料路用性能研究

2.1 钢渣沥青混合料活性检验

由于钢渣具有粉化膨胀特性，使用不当会导致路面膨胀起裂，建成后很快出现裂缝或者拥包等病害，因此活性检验是钢渣沥青混合料的重要性能研究内容。钢渣沥青混凝土膨胀量测定方法参考《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对钢渣活性及膨胀性试验方法的相关规定，对玄武岩纤维掺量0.4%的SMA-13 进行检测。根据检测结果，钢渣SMA-13 的3 组试验平均膨胀量为0.85%，远低于技术要求的1.5%，说明钢渣SMA-13 满足规范要求的膨胀量，体积稳定性符合路用需求。

2.2 钢渣沥青混合料水稳定性

采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验评价混合料水稳定性，在SBS 改性沥青、玄武岩纤维掺量0.4%、最佳油石比条件下，制备钢渣、辉绿岩的SMA-13 试件进行试验。试验结果为：钢渣SMA-13 的浸水马歇尔残留稳定度为87.7%，略低于辉绿岩的90.3%，但是明显高于规范要求的80%，说明高温多雨环境下，钢渣SMA-13 的水稳定性能满足路用需求。

2.3 钢渣沥青混合料高温性能

采用车辙试验评价混合料高温稳定性，在SBS 改性沥青、玄武岩纤维掺量0.4%、最佳油石比条件下，制备钢渣、辉绿岩、石灰岩的SMA-13 试件，试验结果见图1。

由图1可知，不同温度下钢渣SMA-13 的动稳定度均为最高，因为钢渣颗粒形状较为规整，近似正方体，可以更好地形成嵌挤结构，同时钢渣颗粒表面纹理更粗糙多孔，可以更好地黏附沥青，宏观上表现为混合料具有更高的抗剪切性能。

图1 不同温度下的车辙试验结果

2.4 钢渣沥青混合料低温性能

采用冻融劈裂试验评价混合料低温性能，在SBS改性沥青、玄武岩纤维掺量0.4%、最佳油石比条件下，制备钢渣、辉绿岩的SMA-13 试件进行试验。得试验结果：钢渣SMA-13 的冻融劈裂残留强度比为92.2%，高于辉绿岩的88.4%，明显高于规范要求的80%，说明低温雨雪环境下钢渣SMA-13 具有较强的低温抗裂性能。

2.5 钢渣沥青混合料抗滑性能

本文采用摆式摩擦系数测定仪法、手工铺砂法得出横向力系数SFC（摩擦系数BPN 换算）、构造深度来评价抗滑性能，试验结果如图2、图3所示。

图2 摩擦系数试验结果

混合料的横向力系数SFC分别为92.6 和65.6，均明显大于规范要求的54，且钢渣是辉绿岩的1.4倍。由图3可知，钢渣SMA-13 的表面构造深度大于辉绿岩SMA-13，均高于规范要求的0.55mm。因此说明钢渣SMA-13 具有明显优于辉绿岩SMA-13 的抗滑性能。

图3 构造深度试验结果

2.6 钢渣沥青混合料渗水性能

采用路面渗水仪进行沥青混合料渗水试验，渗水系数能够宏观反映混合料水稳定性、级配、内部空隙率情况。在SBS 改性沥青、玄武岩纤维掺量0.4%、最佳油石比条件下，制备钢渣、辉绿岩的SMA-13 试件进行试验。试验结果为：钢渣SMA-13 车辙板渗水系数39mL/min，满足规范要求的小于80mL/min，但是高于辉绿岩SMA-13 车辙板渗水系数28mL/min，说明钢渣SMA-13 结构空隙率大，这是因为钢渣自身为多孔结构吸水率高，因此需关注钢渣沥青混合料在长期通车后的性能老化。