不同粉胶比对钢渣沥青胶浆性能影响

王超磊 符浩

摘 要：钢渣作为固体废弃物可大量运用于道路工程，其作为集料加入到沥青混合料已有众多研究，但较细的钢渣粉与沥青结合形成的钢渣沥青胶浆性能有待探讨。本文外掺0.8、1.0、1.2、1.4四种配比下钢渣替代部分沥青，制备钢渣沥青胶浆进行三大指标测试。结果表面，随钢渣掺量增加，针入度与延度均有所降低；延度降低幅度远大于针入度，软化点略有升高但变化不大；钢渣掺加使沥青胶浆变硬，高温稳定性略有增强，低温抗裂性降低较多；综合比较，1.0配比下的钢渣沥青胶浆路用性能较好。

关键词：矿粉；钢渣；沥青；沥青胶浆

钢渣是炼钢转炉或电炉产生的一种工业废弃物，在对钢渣回收利用方面，用作低等级道路的路基填筑或者把磨细钢渣粉用在其他方面是主要途径[ 1 ]。钢渣品质与活性出现的不稳定因素及多数企业对沥青混合料活性的考虑，使钢渣的利用与发展变慢且总体消耗受很大影响。一些研究发现钢渣耐磨，颗粒形状和自然级配良好，力学性能优于碎石，而且与沥青粘附性良好[ 2 ]。胡光伟发现SMA-13及AC-13C两种钢渣沥青混合料的动稳定度均高于一般玄武岩及石灰岩配制的沥青混合料[ 3 ]。牛哲研究了南京钢铁联合有限公司的钢渣作为粗集料制备沥青混合料的一些性能[ 4 ]。

由于物理特性相似，考虑用钢渣代替石灰岩矿粉，国内修建了一些钢渣沥青路面的试验段。研究表明，仅25%的钢渣替代量并不能显著提升沥青混凝土路用性能，如果换成更大的钢渣取代量更有利于路用性能的提高[ 5-7 ]。近年虽然提出“去产能”，但多年积存的钢渣仍需一段時间消耗。本文立足平顶山，利用当地的舞钢钢厂所产的钢渣，探讨钢渣运用在沥青胶浆中的性能与特点。

1 原材料与试验方案

沥青采样地点：中亚路桥公司三工区夏李西拌合站。沥青规格：70号A级。钢渣采用河南舞钢转炉钢渣，比表面积410m2/Kg，SEM照片见图1，其主要成分见表1，对其适当破碎并过0.075mm方孔筛。

本文制作的钢渣沥青胶浆主要步骤如下：

（1）加热至流动状态的沥青分别倒入每个盆子中0.5Kg（經计算：针入度试验用沥青0.1Kg，延度试验用沥青0.20Kg，软化点试验用沥青0.05Kg）；

（2）加热后的一定量钢渣粉掺入基质沥青中；

（3）不断搅拌钢渣沥青胶浆，使钢渣与沥青混合均匀。

粉胶比为0.6-1.6范围内钢渣沥青胶浆性能较好[ 1 ]，本文采用的粉胶比为0.8、1.0、1.2、1.4，钢渣与沥青的具体用量如下表2所示。

2 试验结果分析

制作完钢渣沥青胶浆试件后，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[ 8 ]要求分别进行沥青胶浆的针入度、延度、软化点三大指标试验（需要说明的是一定严格按照规范要求加入蒸馏水或纯净水，不能直接加入自来水，否则对试验结果影响很大。）并与基质沥青进行比较，分析钢渣的掺加对沥青性能的影响，其结果分别如下图2、3及表3所示。

从图2看出：15℃时只有1.0配比下钢渣沥青胶浆的针入度值大于基质沥青，总体来说在此温度下针入度数值差别不大。25、30℃时钢渣沥青胶浆的针入度下降明显，数值大体为基质沥青的30～70%，1.0粉胶比下的钢渣沥青胶浆针入度较大，也最接近基质沥青。因此1.0粉胶比（沥青与钢渣等量）下的沥青胶浆性能较好，其余配比下沥青针入度下降明显，显示沥青变硬。此时的钢渣沥青胶浆运用在路面上，会适当提高路面的高温稳定性，但是低温性能需要进一步研究确定。

从图3看出：不同配比下钢渣的掺入使沥青胶浆的延度剧烈下降，下降幅度超过80%。随粉胶比增加，钢渣沥青胶浆延度值逐渐变小，但降低范围不大。1.4粉胶比时的延度值最小，此时的沥青胶浆可塑性低，容易发生脆断现象，0.8粉胶比下的延度值最大，但是稀稠，硬度不高，1.0粉胶比下的延度值在4种粉胶比中偏高。

比较表3中不同配比下的数值看出：钢渣掺入基本上使沥青胶浆的软化点有所升高；0.8粉胶比下略有降低，其余配比下软化点均有所升高，但升高幅度不大，都在8℃以内。结合之前针入度结果可以说明，钢渣沥青胶浆较基质沥青相比，高温稳定性有所提升。

综合考虑几种配下钢渣沥青胶浆性能，1.0粉胶比下的针入度有适当下降，延度下降很明显，软化点有所升高；说明此配比下的钢渣沥青胶浆低温抗裂性降低明显，高温稳定性有适当提高。其余0.8、1.2、1.4三个配比下钢渣沥青胶浆的高温性能有一定的提高，但低温抗裂性下降过大，难以在一般地区使用。

3 结论

通过四种不同粉胶比下钢渣沥青胶浆与基质沥青的针入度、延度、软化点试验结果分析，得出以下结论：

（1）掺加钢渣使沥青胶浆的针入度值有所降低，延度剧烈下降，软化点有所升高；

（2）钢渣掺加对道路的高温稳定性有所改善，但道路的低温抗裂性严重下降，容易发生脆断现象，在低温且对道路抗裂性要求严格要求的地区慎重使用钢渣沥青胶浆；

（3）1.0粉胶比下的钢渣沥青胶浆稠度适宜且硬度较高，综合路用性能高于其它配比；

（4）1.0粉胶比下的钢渣沥青胶浆有较好的高温稳定性，但低温抗裂性较差，所以建议在我国南方高温地区使用。

参考文献：

[1] 谢君.钢渣沥青混凝土的制备、性能与应用研究[D].武汉理工大学，2013.

[2] 欧阳异.高粘度基质沥青及混合料试验研究[D].长沙理工大学，2007.

[3] 胡光伟，王坤.不同混合料类型的钢渣沥青混凝土高温性能研究[J].道路工程2015.（4）：11-14.

[4] 牛哲.钢渣沥青混合料的制备与性能研究[D].东南大学，2016.

[5] 吴少鹏，薛永杰.钢渣SMA的研究[R]第八届国际交通新技术应用大会，2004.

[6] 韩海峰，水作用下沥青混合料永久变形特性的表现形式[J].中国公路学报2003.16（4）.

[7] 薛永杰，吴少鹏，廖卫东，等.钢渣在武黄高速公路加铺工程中的应用研究[C].湖北省公路交通科技，2004.

[8] 中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料试验规程[JTG E20-2011].北京：人民交通出版社，2011.