钢渣在高速公路路基施工中的应用

徐晓东 白喜亮

【摘 要】钢渣是在炼钢过程中产生的以硅酸二钙、硅酸三钙为主要成分的熔融物，经冷却后得到的副产品，其排放量大，利用率低，不仅占用土地资源，而且污染环境，给人们的生活和生产带来极大不便。因此，寻找钢渣的有效使用路径是解决问题的重要途径之一，我国公路建设正处于飞速发展阶段，对能源和资源消耗巨大，将钢渣作为骨料更好地在路面工程中得以应用，对提高钢渣的利用率，减少环境污染具有重要意义。

1、钢渣沥青混合料的特性

1.1高温稳定性

钢渣沥青混凝土动稳定度高的原因是：（1）钢渣集料的颗粒形状均匀，棱角丰富且接近立方体。经捣实和碾压后，颗粒与颗粒能形成紧密的嵌锁作用，抗剪性能有所提升；（2）钢渣集料表面拥有相对粗糙的纹理，增加了粗集料间的嵌锁能力；（3）钢渣具有多孔结构，这不仅能有吸附多余的沥青，特别在高温季节，利于提高混合料的抗变形能力。

1.2水稳定性

从化学成分组成来讲，钢渣中含有CaO、MgO、f-CaO等活性物质，与沥青黏附性较石灰岩更加牢固，赋予了混合料更好的水稳定性。说明混合料中加入钢渣有利于增强路面耐久性并延长路面使用寿命。

1.3体积稳定性

钢渣内含有一些可水化的氧化物，比如CaO、MgO等。这些物质在接触水后会造成混凝土的体积不稳定。具体来说，会引起混凝土的膨胀。现在对钢渣粗骨料混凝土的研究，主要集中在研究钢渣粗骨料混凝土的强度和耐久性，并指出钢渣粗骨料混凝土在强度和耐久性方面的优势，但钢渣粗骨料混凝土的体积稳定性不良是一个显著的劣势，它阻碍了钢渣粗骨料混凝土在工程上的运用。对钢渣粗骨料的膨胀力展开研究，指出膨胀力和高温中断测试技术可以用于测试钢渣粗骨料所产生的膨胀力大小，并且能够建立相应的模型并通过公式计算出每单位体积或每个钢渣颗粒的膨胀力大小。可以用这些数值来定量估计钢渣稳定性。

2、钢渣在道路路基中的应用

2.1钢渣作为路基填料优点

钢渣具有很强的吸水性，对于软弱潮湿的路基基底有很好的改良作用而且强度高，对提高路基的承载力也有很不错的效果，在某工程中钢渣主要是用于软基换填，该地基处于软塑亚粘土层，且回填深度达7米，所用的钢渣经过了一年多的沉化，基本处于稳定状态，经土工击实试验钢渣的最大干密度为2.34g/cm3，由于钢渣密度大容易压实，一般采用15t-20t钢轮压路机碾压3-5遍即可达到规定的90%压实度。

2.2钢渣作为路基填料缺点

钢渣在陈化过程中发生的膨胀与粉化容易造成路基顶包或开裂研究表明，钢渣在陈化过程中由于游离氧化消解和铁锰分解等原因引起钢渣膨胀开裂。在该工程施工中，当时由于抢工期，在雨水管溝槽回填中使用了新出炉的钢碴'沥青路面摊铺后一个月内，路面沟槽位置就出现了明显的纵向裂缝。据此，在工程中所用的钢渣必须是堆放一年以上的陈渣，稳定性较好，路基质量比较可靠，堆放时间比较短的钢渣用于工程后，路基出现不规则裂缝。钢渣的密度过大导致运输不便，钢渣的密度是一般石料密度的1.2一1.4倍，所以其运输拌和摊铺的能耗要增加10%左右，另外，由于密度过大，不能直接用于地基承载力不足的软土地区。

3、钢渣在高速公路路基施工中的应用

3.1在水泥稳定土基层应用

二灰类半刚性基层材料早期强度低，水稳性差，冻融后强度不足，容易造成二灰类基层沥青路面在使用期内出现开裂，冻融破坏等。掺入钢渣能有效提高其早期强度，缩短工期、降低成本。水稳定类半刚性基层材料在实际应用中容易

产生温干缩裂缝，使得沥青面层产生反射裂缝。掺入钢渣能有效改善半刚性基层材料的干缩性，缓解反射裂缝的产生。所以，在半刚性基层中合理掺入钢渣能更好的提高其性能。

3.2钢渣在水泥公路中的运用

钢渣内含和硅酸盐水泥熟料类似的硅酸二钙以及硅酸三钙，高碱性转炉钢渣中二者成分占到50%还多，中低碱度的钢渣中的成分多为硅酸二钙。钢渣的产生温度大致为1560摄氏度，而硅酸盐水泥熟料的烧成气温在1400摄氏度上下。钢渣的生成温度高、结晶密度高、结晶体颗粒很大、水化效率低。所以，能够将钢渣当做过烧硅酸盐水泥熟料。以钢渣为构成关键元素，掺入特制的掺合料和一定比例的石膏，经研细制备成的水硬性胶凝原料，称作钢渣水泥。生产钢渣水泥的添加料能够使用矿渣、沸石以及粉煤灰等等。为了提升水泥的强度，还能够掺进不到20%的硅酸盐水泥熟料.依照掺入的掺加料的比率，钢渣水泥能够分成钢渣矿渣水泥、钢渣浮石水泥、钢渣粉煤灰水泥等等。钢渣水泥的生产技术的运用简易，由原料破碎、磁选、烘烤、计量配比、粉末以及包装等生产工艺构成。此外，钢渣水泥具备微膨胀特性以及防渗特性，普及运用于防水混凝土工程之中。

3.3钢渣在沥青混凝土混合料中的运用

钢渣有水硬性倾向，抗水性好。钢渣吸水率不到2%，较天然砂石较低。钢渣沥青混凝土混合料适宜铺筑于潮湿地区的路面。钢渣有空隙，易透水而仍有高硬度，特别适合透水性沥青混凝土。透水性沥青混凝土是目前较先进的路面沥青混凝土，对集料要求是吸水性低，水硬性好，多棱角，大粒度。钢渣内含硅酸三钙等等，具备水硬胶凝性，而且其中的氧仁铁成分偏多，适用于取代铁矿粉并作为水泥生产的掺和料来使用。通常，常规的水泥掺和料的钢渣需要粒度在12毫米之内，并研磨掺加量要在10%的比例内。当前，我国大部分钢加工厂都挑选12毫米左右的钢渣作为水泥掺合料，一部分沿海城市对钢渣在这丈面的使用较为到位。在泵送混凝土中，经研细的钢渣掺合料能够代替部分水泥。该掺合料不但能够与水泥的特性完全吻合，还具备提升泵送混凝土搅拌无粘合性、降低摩擦力、减少泵压等功能；还能够提升征化混凝土的密实度、强度以及防渗特性、抗冻性、抗碳化性以不混凝土的耐久度等等。此外，钢渣能够替代部分水泥，与粉煤灰、水泥和粗集料钢渣构成的混凝土，当科学配比后，能够替代普通的混凝土。

4、钢渣在道路中运用的前景分析

4.1国家政策支持

国家发改委在文件中明确指出：鼓励钢厂推广应用钢渣"零排放"技术。推动建立技术创新体系，加大钢渣处理及渣钢提纯磁选等先进技术研发力度，突破制约冶炼渣利用的技术瓶颈，重点解决赤泥综合利用等技术难题。大力发展钢渣余热自解稳定化处理，提高金属回收率，推广生产钢铁渣复合粉作水泥和混凝土掺合料，鼓励有色金属冶炼渣在生产建筑、道路材料方面的应用。

4.2热焖技术的应用

2010年安钢集团开始采用"热焖技术"处理钢渣的先进工艺。钢渣热焖处理技术是将热融钢渣倾翻到热焖池内，封盖，打水。水遇钢渣产生蒸汽，使钢渣发生化学反应，f-CaO生成Ca（OH）2，体积膨胀并在温度变化应力作用下破裂粉化，使钢渣稳定。"热焖技术"处理钢渣与其它钢渣处理方法相比处理工艺简单，渣、铁分离彻底，废钢回收率高，使得处理后钢渣性能得以稳定，为钢渣在工程中直接应用创造了良好的条件。采用"热焖技术"处理后的钢渣其f-CaO和f-MgO含量有效降低，经破碎、筛分后的颗粒度满足工程要求，初步具备在工程中应用的可行性。

结束语

在道路工程中推广应用钢渣，对钢渣的资源再生利用，改善环境、走可持续发展道路以及提高经济效益和社会效益有着重要意义。

参考文献：

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