水穩(wěn)路面底基層鋼渣材料性能評價

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摘要：該文采用鋼渣砂為細集料，5～16mm與16～31.5mm的鋼渣為粗集料，分別對強度為2.5MPa底基層與強度為3.5MPa的基層兩種配合比進行設計，通過擊實試驗分別確定了最佳含水率和最大干密度。同時，對重慶市沙坪壩區(qū)西部現(xiàn)代物流園倉儲加工片區(qū)橫二路進行了路面基層與底基層試驗路的鋪筑，并檢測了試驗路的回彈彎沉、壓實度、無側限抗壓強度。結果表明，通過水泥穩(wěn)定鋼渣所鋪筑的路面基層與底基層的整體路用性能良好。

關鍵詞：鋼渣；水泥穩(wěn)定鋼渣；基層；底基層

引言

鋼渣是鋼鐵工業(yè)利用率最差的固體廢物之一，它的排放量約為粗鋼摻量的15%～20%[1]。中國環(huán)境統(tǒng)計年報中，我國每年固體工業(yè)廢鋼渣的排放量約為5000萬噸。但多年來我國鋼渣的綜合利用卻僅為10%[2]，相比英國、法國的60%和日本的50%[3]，中國對鋼渣的利用率非常低。截止2019年底，我國公路總里程為501.25萬km，但在公路建設中，多采用半剛性基層材料。為了保護環(huán)境，我國多地已經(jīng)禁止開采石料，導致石料嚴重匱乏[4]。而鋼渣在耐磨性能、強度、抗凍融性能方面均優(yōu)于普通的花崗巖等碎石料[5]。同時，水泥穩(wěn)定鋼渣碎石干縮應變較小，不會產(chǎn)生較大的溫度收縮應變，用鋼渣代替基層碎石，有利于改善半剛性基層材料的干縮和溫縮特性[6]。因此，將鋼渣用于道路基層具有十分重要的研究意義?；诖?，本文首先對鋼渣砂、5～16mm與16～31.5mm的鋼渣進行了檢測，然后進行了基層和底基層配合比的設計。為了確定這兩種配合比的最佳含水率和最大干密度，進行了擊實試驗。為了驗證水穩(wěn)鋼渣路面基層、底基層的路用性能，將其應用于重慶市沙坪壩區(qū)西部現(xiàn)代物流園倉儲加工片區(qū)橫二路K0+500～K0+700段。完工后，對其回彈彎沉、壓實度、無側限抗壓強度進行了檢測。

1原料檢驗

水穩(wěn)鋼渣基層混合料主要包括水泥、粗集料、細集料。其中粗集料選用粒徑為5～16mm和16～31.5mm的鋼渣，細集料選用粒徑0～5mm的鋼渣砂。這些材料需要滿足一定的要求才能使用。根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTGE42—2005）及《鋼渣混合料路面基層施工技術規(guī)范》（YB/T4184—2009），其各項材料檢測結果及要求分析如下。

1.1結合料

水泥結合料要求采用初凝時間4h以上和終凝時間6h以上的32.5級水泥，不應使用快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質的水泥，水泥劑量（以水泥質量占全部粗細集料的干質量的百分率表示，即水泥劑量=水泥質量/集料質量）范圍為3%～5.5%。本文試驗路水泥采用P.C32.5R型水泥。

1.2細集料

細集料采用粒徑0～5mm的鋼渣砂，對其金屬鐵含量、壓碎值、顆粒級配進行檢測，檢測結果如表1、表2所示。

1.3粗集

料粗集料采用粒徑5～16mm和16～31.5mm的鋼渣，其金屬鐵含量、浸水膨脹率、壓碎值指標、顆粒級配見表3—表5。

2配合比研究

本文將水泥穩(wěn)定鋼渣混合料應用于路面的基層和底基層，其中底基層的設計強度為2.5MPa，基層設計強度為3.5MPa。對混合料進行相應的配合比設計，并按照標準試件靜壓成型。機械拌和，同時進行標準養(yǎng)生6d，浸水1d。按照表6配合比得到的試件采用萬能試驗機進行了7d無側限抗壓強度測試，測試結果如表7所示。兩種試件的7d無側限抗壓強度均大于3.5MPa，都大于設計強度。同時為了確定最大的干密度及最佳的含水量，項目對不同含水量的水泥穩(wěn)定鋼渣進行了擊實試驗，試驗結果如表8所示，干密度隨含水量變化趨勢如圖1所示。由圖1可知，設計強度為2.5MPa時，當含水量為6.5%時，干密度達到最大值2.401g/cm3。設計強度為3.5MPa時，當含水量為6.0%時，干密度達到最大值2.456g/cm3。因此，設計強度為2.5MPa時，采用6.5%的含水率；設計強度為3.5MPa時，采用6.0%的含水率。

3性能檢測與評價

利用水泥穩(wěn)定鋼渣混凝土對倉儲加工片區(qū)橫二路K0+500～K0+700段路面基層進行試驗路鋪筑，并嚴格按照試驗段施工試鋪方案及相關規(guī)范要求，底基層和基層采取兩層攤鋪一次成型的施工工藝。同時，在底基層鋪筑檢測合格且水穩(wěn)料初凝前，暫時停止底基層鋪筑，立即在新鋪底基層上鋪筑基層。對現(xiàn)場試驗段鋼渣水穩(wěn)層壓實度、彎沉值、7d無側限抗壓強度等進行檢測。

3.1回彈彎沉檢測

對K0+500～K0+700左右幅第一、第二車道的彎沉值進行檢測。采用5.4m貝克曼梁對道路每20m一個點進行檢測，檢測值如圖2所示。如圖2所示，整個試驗路的彎沉值都遠小于設計彎沉32mm，滿足設計要求。因此，水泥穩(wěn)定鋼渣鋪筑的基層與底基層具有良好的抗變形能力，彈性應變較好。

3.2無側限抗壓強度檢測

通過對現(xiàn)場試驗道路K0+600～K0+700左幅水泥穩(wěn)定鋼渣基層和底基層進行無側限抗壓強度試驗，根據(jù)最佳含水量和最大干密度分別制備準150mm×150mm試件各13個，養(yǎng)生7d后對試件進行無側限抗壓強度檢測，檢測結果如表9所示。根據(jù)使用質量設計要求，檢測值的均值應大95%保證率值，其中底基層為2.8MPa，基層為3.9MPa。因此，在試驗路上鉆芯取樣的基層、底基層的無側限抗壓強度都滿足要求。說明水泥穩(wěn)定鋼渣具有良好的抗壓強度，可滿足設計要求。

3.3壓實度檢測

水泥穩(wěn)定鋼渣集料試驗段基層與底基層的壓實度測試結果見表10。壓實分初壓、復壓、終壓三個步驟進行。初壓采用20t振動壓路機靜壓1遍，然后弱振1遍，再強振碾壓1遍；復壓采用20t震動壓路機碾壓2遍；終壓采用振動壓路機靜壓一遍，收光輪跡。經(jīng)檢測，基層試驗段壓實度均滿足設計要求。

4結語

（1）水泥穩(wěn)定鋼渣基層與底基層鋪筑的試驗路的彎沉值小于設計彎沉32mm，因此，具有良好的抗變形能力，抗彈性應變較好。（2）水泥穩(wěn)定鋼渣基層與底基層現(xiàn)場鉆芯取樣的無側限抗壓強度均大于設計彎沉2.5MPa和3.5MPa，滿足設計要求。（3）鋼渣集料堅硬、抗磨耗，其制備的水泥穩(wěn)定鋼渣基層與底基層試驗段具有良好的性能。

參考文獻：

[1]劉福芳，劉喜文.水泥穩(wěn)定鋼渣在公路路面基層中的應用[J].公路交通科技：應用技術版，2009（3）：83-84.

[2]杜傳明.轉爐鋼渣資源利用的新方法[J].山東冶金，2012（2）：51-53.

[3]張朝暉，廖杰龍，巨建濤，等.鋼渣處理工藝與國內(nèi)外鋼渣利用技術[J].鋼鐵研究學報，2013（7）：1-4.

[4]鄭武西.鋼渣在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用研究[D].西安：長安大學，2018.

[5]喬軍志，胡春林，陳中學.鋼渣作為路用材料的研究及應用[J].國外建材科技，2005（5）：6-8.

作者：汪勇余英杰單位：重慶市設計院有限公司