钢渣在高速公路路基施工中的应用

向长征

摘要：文章通过对钢渣进行一系列试验，全面分析钢渣的化学成分、物理力学性能、稳定性以及安全性。结果表明，钢渣的压碎值、游离氧化钙含量、稳定性、安全性试验均满足国家及行业有关标准要求，因此钢渣可以作为高速公路路基材料。

关键词：高速公路；钢渣；垫层；应用与实践

中图分类号：U416.25

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）07-0180-02

1.前言

随着我国冶金工业的快速发展，钢渣的排放也逐年增加，大量钢渣露天堆放，不但侵占土地，而且污染环境，已成环境、社会的一大公害。在欧美发达国家的钢渣利用率已近100%的今天，由于各种各样的原因，我国的钢渣利用率却较低。

近年来我国高速公路的快速发展，对建筑材料尤其是石料的需要量增加，道路建设是大规模利用钢渣的有效途径，将钢渣代替石料，安全而经济地用于高速公路工程建设，不但改善了自然环境，更能降低道路工程建设费用，实际意义十分重大。

2.背景工程情况概述

湖南省长沙至湘潭高速公路（复线）是湖南省高速公路网岳阳-临武（京港澳复线）高速公路的一段。路线经过的湘潭是湘潭钢铁厂所在地，出产大量的钢渣。经认真应用实践、分析论证，在长湘高速公路进行的钢渣垫层应用研究与实践为暂无国家、行业和地方标准的复合式钢渣路基施工提供了成熟的技术借鉴，具有非常重要的意义。

3.钢渣材料工程特性

3.1性能指标

3.1.1膨胀量

由于钢渣中一般都含有游离氧化钙（氧化镁），其与水或水汽接触后，会迅速水化，其体积增长可达8%，从而破坏钢渣体的稳定性；因此，钢渣在工程应用前应在自然条件下陈化半年以上，有效的降低游离氧化钙的含量。公路垫层工程中其含量应小于3%，使其总的膨胀量不至于过大，控制在万分之五以内。

3.1.2钢渣各项技术指标试验结果

3.1.2.1，将钢渣取样，严格按照试验检测规程进行筛分，筛分结果，见表1、表2、图1。

3.1.2.2将钢渣取样，严格按照试验检测规程进行压碎值测定，钢渣压碎值结果，见表3。

3.1.2.3钢渣物理常数结果，见表4

3.1.2.4钢渣最大干密度、最佳含水量等重要指标的试验结果

最大干密度为2.27g/cm³，最佳含水率为6.8%，液限WL为26.2%，塑限WP为20.1%，塑性指数IP为6.1，密实度为96%时CBR为14.5。

见图2（a，b，c，d，e，f，g，h）

3.2钢渣的化学特性

湘钢钢渣主要由矿物质成分组成，其矿物组分主要为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、铁酸二钙、钙镁蔷薇辉石、游离石灰等。这些矿物成分使钢渣具有了表面粗糙、比重大、强度高、稳定性好、耐磨和耐久的特点，从而使钢渣具备了极高的路用价值。

3.3钢渣的稳定性

由于钢渣颗粒表面粗糙从而摩擦系数较大，在机械作用下依然具有较好的稳定性。钢渣经压路机震动碾压后，颗粒物相互嵌挤以至内摩擦力得到增大，同时，由于钢渣80%以上是氧化钙、氧化铁、氧化镁、氧化硅、氧化铝等矿物质，这些物质使得钢渣具有了较强的化学活性，整平震动碾压后，矿物质在外部环境大气、湿度、温度的共同作用下将发生一系列水化和氧化反应，使得分子结构得到重新组合，处于松散状的钢渣颗粒凝聚成牢固的整体，达到较高的强度，从而使钢渣的整体强度好于砂砾强度。

同时作为路基填料应具有足够的水稳定性。由于钢渣主要为粗颗粒材料组成，含水量的变化对其强度影响很小，在水的浸湿或浸泡下不会产生超限的沉降变形。同时，该填料属粗颗粒碎石土，不会产生冻胀，具有足够的水稳定性。

钢渣路基经自然环境作用，板结成一个不可分割的整体，而砂砾路基的强度主要依靠相互之间的嵌挤及内摩擦力的作用而形成，相比之下，钢渣路基抗剪强度远高于砂砾路基。

3.4原材料使用的安全性

钢渣是否具有对人体有害的放射性射线，是能否作为路基填料，特别是站场填料的又一关键问题，为此，对湘钢钢渣进行了放射性监测。经监测仪器有测试各项标准均符合《建筑材料放射卫生防护标准》（GB65 66-2000）的要求，符合放射性标准。

从钢渣浸提液的PH值可见钢渣均属碱性，不会对钢筋砼结构物（桥、涵等）造成腐蚀。

4.钢渣垫层施工工艺

4.1下承层处理

在垫层施工前，必须先用20T压路机或等效的碾压机械进行3-4遍碾压检验，不得有软弹或轮迹，并采用5.4m贝克曼梁检测下承层弯沉，弯沉值不得大于设计值170（0.01mm）。

4.2测量放样

先在土基上恢复路线中桩，曲线段按每10m一个桩，直线段按每20m一个桩控制，并在两侧路肩边缘外设指示桩。

4.3为便于摊铺均匀，先根据每一个断面的测量资料在地面按5m×3.75m用石灰标出方格，采用自卸汽车配合挖掘机取料。

4.4测定摊铺的含水量

钢渣含水量控制在最佳含水量变的±2%以内，过小采取加水（人工或洒水车洒水），过大采用摊开翻晒等措施。严格控制含水量。

4.5压实后在石灰桩处测标高，平整度、高程、横坡、纵坡均符合设计要求方可报验。

4.6养生

钢渣垫层在碾压完成并经检验合格后就立即开始养生。养生一般采用自然养生，为保持钢渣具有较好的活性，钢渣在整个养生期内应始终处于湿润状态。钢渣垫层养生期不得少于7d，养生期间应尽量封闭交通，使钢渣能够迅速活化产生板结作用。

5.施工质量控制

为了确保钢渣垫层的填筑质量，在施工过程中重点对原材料质量、填筑厚度、最佳含水量、最大粒径、压实机械吨位、碾压速度、压实遍数等多方面、多手段加以严格控制，对垫层的质量检测应采用几种不同方法综合进行，其中，钢渣垫层压实度标准仍按照《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）规定的土质路基压实标准执行。