钢渣透水混凝土在农村地区的应用潜力

谢文剑，阳 龙，许晴阳，袁伊芸

（1.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098；2.河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；3.河海大学马克思主义学院，江苏 南京 211100）

钢渣是炼钢工业产生的固态废弃物，随着我国钢铁工业的快速发展，我国每年的钢渣产量也迅速递增。据统计，我国每年的钢渣产量在1亿t左右，而处理后的钢渣综合利用率仅为25%左右。大量积存的钢渣不仅占用农村土地，而且其中的重金属元素经过雨水浸出会渗入土壤甚至流入地下水，给环境及人体健康带来危害。

近年来，国内专家学者对钢渣骨料和钢渣混凝土基本性能进行了大量研究，钢渣混凝土在实际工程中也已得到应用。这表明，只要采取合适处理方式以及合适的利用方向，钢渣也能变废为宝。而随着我国农村生活水平的提高，村民对人居环境问题也提出了更高要求。如果能将钢渣作为骨料制备钢渣透水混凝土并用于农村地区的路面、广场、河岸等地，就能在钢渣二次利用的同时降低资源消耗量和经济成本，实现环保与发展相互协调。

1 钢渣透水混凝土路面

1.1 应用范围

透水混凝土不包含细骨料，是由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互黏结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有高透水率、易维护、耐用性、环保性及良好的装饰性等优势。钢渣透水混凝土的特点在于以钢渣为集料，成型后表面非常粗糙，而且骨料的粒径越大，粗糙程度越高，所以需要根据铺筑地点的具体情况合理选择骨料粒径。如果主要用于人行，应适当减小集料粒径；如果用于停车场或者轻交通道路，应使用较大的粒径骨料；如果铺筑地段的环境较差、细小杂物较多，尽量使用大粒径的透水混凝土，避免孔隙堵塞[1]。

1.2 应用效果

（1）避免积水。农村公路的建设水平不高，预设的雨水口密度不足、管径流量小，局部地区甚至没有排水设施，而且管养维护能力较为有限。这些原因使得夹杂着泥浆的雨水在路面形成积水，不仅影响交通，还会导致公路过早损坏。与传统硬化路面相比，钢渣透水混凝土路面因为良好的透水性可以使路表面的雨水直接渗入内部，解决了路面积水问题。

（2）行车安全。钢渣透水混凝土路面的孔隙率大、纹理粗糙，增加了轮胎和道路的粗糙程度。此外，光线投射到这种粗糙表面上还会发生扩散，从而避免眩光现象。

（3）路面降温。传统硬化路面吸热能力强，太阳直射下道路表面的温度较高。而钢渣透水混凝土路面会形成连续的毛细管路，气候炎热时毛细管内的水会蒸发并吸收热量，中面层还可以借助地表风从孔隙散发热量，以此达到给路面降温的目的。

（4）吸声降噪。钢渣透水混凝土路面可以通过摩擦和空气运动的黏滞阻力、小孔中空气和孔壁的热交换引起热损失、声波在粗糙表面散射的方式衰减声能，还能降低轮胎引起空气喷排产生的噪声，进而改善周边的声环境。

（5）易于维护。钢渣透水混凝土路面在后续维护管理中不需要进行过于繁杂的操作，可以用高压水枪进行表面清洁处理，具备一定的维护便捷性。

（6）生态友好。钢渣透水混凝土路面由于透水性可以将地表雨水排到地下，补充地下水资源，并且在透水的同时进行过滤。钢渣透水混凝土路面由于透气性可以使地下土体与空气进行热量、水分交换保持土壤湿度，改善生态环境[2]。

2 钢渣透水混凝土广场

2.1 实用性能

农村广场由于面积较小一般不设排水设施，直接通过地表自然排水，广场面层材料则以普通水泥方砖或彩色水泥方砖、广场砖等为主。在实用性方面，这种广场铺装虽然漂亮耐久但透水性能不佳，下雨时广场面层阻止了雨水的渗透，不下雨时地面又尘土飞扬。另外，硬化地面还会阻止地表雨水渗入土壤，降低广场植被的存活率。而将钢渣透水混凝土运用于农村广场的铺设，正好能利用其透水、透气的特性解决这些问题，改善农村广场的环境。

2.2 美观性能

在美观方面，传统农村广场的美观设计较为单一，主要依靠种植绿植、设置宣传墙的方式美化周边风景，很少从美化地面的角度入手。事实上，行人在广场上行走时，视轴线往往是向下偏10°左右，较多的注意力也是在地面上。假如将钢渣透水混凝土用于铺设广场，然后运用合理的搭配在地面增添色彩，就能给原本单调的地面增加活力。处理得当者还能够与周围环境相协调，营造出“美观、舒适”的广场环境，进而提高农村地区的生活质量。

3 植生型混凝土护坡

3.1 传统护坡

河道护坡对于防洪排涝和防止水土流失有着重要意义。然而由于农村经济发展水平较低，且缺乏有效的治理和管理，农村河道护坡普遍存在以下两种现象：一种是保持自然河道，对原有土质岸坡不做任何防护处理，易发生岸坡坍塌与河道淤积；另一种是虽建有提高坡体稳定性的护坡，但无视河道周边的生态环境建设，破坏沿岸动植物的发展空间，且缺乏美观性和环保性。

3.2 生态护坡的效果

（1）护坡效果。多孔混凝土和植被可以组成植生型混凝土护坡，自下而上大致为夯实的坡基、生态混凝土、种植土、营养土、植被。它减缓岸坡侵蚀的能力优于草皮护坡，耐久性强于网石笼生态护坡，对地形和环境的适用范围广于土工合成材料护坡，具有较好的护坡效果[3]。

（2）生态效果。与传统的植石护坡相比，其生态效果主要表现在三个方面：①混凝土的内部孔隙可以为绿色植物提供根系生长和吸收养分的空间，实现河岸绿化，增强水域陆域的联系；②护坡的绿植可以通过水分的吸收与释放滞洪补枯；③依靠化学净化、物理净化和生物净化降低水体污染物质，改善河道水体水质[4]。

4 技术难点

（1）高强度与高渗透性难以并存。大孔隙率意味着较低的混凝土强度，这限制了透水混凝土技术的发展。尤其是将其应用于生态护坡时，需要较大孔隙率来提供土壤填充和植物根系生长的空间。对此，需不断改进化配合比设计，实现使用性能的最优化。

（2）易发生钢渣膨胀和冻融破坏。钢渣遇水体积会膨胀，使已经硬化的水泥浆体发生破裂，产生裂缝甚至直接破碎。与普通混凝土路面相比，透水混凝土的冻融破坏尤为明显，这直接影响着路面的耐久性能，限制了钢渣透水混凝土在北方寒冷地区的应用。对于钢渣膨胀，可以通过掺加矿物材料的方法，有效抑制游离氧化钙水化产生的膨胀[5]。对于冻融破坏，则可以通过掺加矿物掺合料和引气剂的方法减少未冻水的渗流通道，提高其抗冻性[6]。

（3）孔隙堵塞。随着使用时间的增长，透水混凝土的孔隙难免会发生堵塞。根据相关研究者的研究试验得知，可以通过降低混凝土的厚度，使固体悬浮物可以更快地穿过混凝土层，以达到减少空隙阻塞的效果。另外，可以通过对透水混凝土的冲洗或间歇性运作来减少其表面阻塞。

5 结束语

2016年中国废钢铁应用协会发布了《废钢铁产业“十三五”发展规划》，并指出“2020年钢铁渣的综合利用率达到90%，其中钢渣的利用率达到60%以上”。将钢渣透水混凝土用于农村透水路面可以改善道路交通条件、保护周边环境，将其用于农村透水广场可以改善广场环境、提高农村生活质量，用于农村河道护坡可以实现边坡的绿化、美化河道两岸的景观环境，具有较好的应用潜力。