昆钢钢渣在公路基层中的试验性能研究

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摘要：从公路路面半刚性基层材料的要求出发，分析了钢渣的化学成份及力学特性，对不同配合比的水泥稳定钢渣-碎石的路用性能进行了试验室内研究，试验包括10天浸水膨胀率、无侧限抗压强度、劈裂及回弹试验等，然后对其路用性能做了详细的理论分析，为合理利用钢渣作为公路基层或底基层材料提供了依据。

关键词：钢渣；半刚性基层；路用性能；

Abstract: from the requirement of highway pavement semi-rigid base material, chemical composition and mechanical properties of steel slag are analyzed, with different mixing ratio of cement stabilized slag and gravel road use performance test indoor research and trial including 10 days of flooding expansion ratio, unconfined compressive strength, splitting and springback test etc., and then the road made a detailed theoretical analysis, performance for the rational utilization of steel slag used as road base or subbase materials to provide the basis.

Keywords: steel slag; Semi-rigid base; Road performance;

中图分类号：F540.3文献标识码：A

一、前言

钢渣是钢铁企业生产的固体废渣，随着我国钢铁产量的逐年递增，钢渣产生量也日益增多，大量的钢渣堆积，污染环境。昆钢集团公司位于昆明市西南32公里处的安宁市，昆钢集团公司是该市主要产生固体钢渣的工业企业，每年排放大量的钢渣，钢渣堆放占用大量的耕地，已严重污染当地的环境，如何处理和综合利用固体钢渣已是大势所趋。

钢渣具有良好的力学性能及板结性等，可作为一种优良的路用材料，其优点已被国内外所证实。因此，扩大钢渣在道路工程中的应用范围，提高钢渣的应用水平，减少钢渣堆放造成的环境污染，钢渣在基层中的应用具有巨大的推广价值。

二、原材料试验

（一）水泥

采用云南国资水泥海口水泥厂P.S.A 32.5水泥，所检各指标符合该水泥强度等级要求，具体指标略。

（二） 钢渣的化学分析、力学性能

钢渣均采用昆钢陈化一年以上的钢渣，对3个不同堆放地点（序号1、2、3）的昆钢钢渣取样进行化学分析及物理性能试验。其化学成份见表

1，物理力学性质见表2

表1 钢渣化学成份分析

表2钢渣物理力学性能

从表1 中看出，钢渣中CaO+MgO含量较高，SiO2/Al2O3比值达到6.0，该钢渣活性较强，游离氧化钙含量0.64%，体积稳定性较好。表2中看出，钢渣的力学性能满足路面相关规范要求。参考《钢渣石灰类道路基层施工及验收规范》（CJJ 35-90）及《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1-2008）中要求小于3%，该钢渣的游离氧化钙含量符合要求。

三、 水泥稳定钢渣-碎石路用性能试验

（一） 浸水膨胀率试验

由于钢渣在使用中的主要问题是膨胀破坏问题，因此采用CBR方法测定水泥稳定钢渣-碎石10d浸水膨胀率。试验方法按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005 T0348-2005）进行。钢渣中掺配10%、20%的碎石和不掺碎石，通过击实试验得到最大干密度和最佳含水率。根据最佳含水率进行重型击实试验制件得到用于测定膨胀率试件各3个。将试模浸入恒温水浴中，装好表架及百分表，读取初读数。加温至80℃后连续6h，停止加热，自然冷却后第二天又加热。持续进行10日，每次加热前读取百分表读数，最后计算得到膨胀率。膨胀率(%)与试验循环天数（d）关系见表3及图1.

表3掺配不同碎石的钢渣CBR值、膨胀率结果表

图1膨胀率(%)与试验循环天数（d）关系

从表3及图1中可见，随着碎石掺量的增加，水泥稳定钢渣的CBR值增大，膨胀性减缓且膨胀率减小。参考《钢渣混合料路面基层施工技术规程》（YBJ 230-91）中规定“筑路用钢渣的浸水膨胀率不应大于2.0％”，该钢渣可以用于路面铺筑。

（二）水泥稳定钢渣-碎石的无侧限抗压强度和劈裂强度试验

钢渣与水接触会融析出微量的石灰等物质，在钢渣的表面形成致密的水化生成物，它成为连接钢渣颗粒的结合剂，具有凝结固固化的潜在水硬性。正由于钢渣的这种性质，路面基层在施工后很长的时期，其承载力增大。设计施工中一般用无侧限抗压强度和劈裂强度来评价基层混合料，表4为水泥稳定钢渣-碎石试验结果,其7d无侧限抗压强度、劈裂强度及回弹模量满足《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）相关要求，其混合料级配范围也满足JTG D50-2006要求。

（1）试验方法

采用重型击实试验确定水泥稳定钢渣-碎石的最大干密度及最佳含水率；制备无侧限抗压强度试件规格为Φ150mm×150mm，养护温度为20℃±2℃，湿度≥95%，保湿养生到龄期前1d，浸水24h±2h，测试其无侧限抗压强度、劈裂强度及回弹模量。

（2）试验结果

采用几种不同比例的水泥稳定钢渣-碎石混合料做了重型击实试验，根据得到最大干密度及最佳含水率，依据相关要求的压实度制备无侧限抗压强度、劈裂强度及回弹模量试件。测定结果见表4、表5，其最大干密度及最佳含水率关系见图2。

表4水泥稳定钢渣-碎石试验结果

表5 水泥稳定钢渣-碎石混合料级配类型

试验分析

（1） 最佳含水率及最大干密度分析

水泥稳定钢渣-碎石混合料中，在钢渣的比例增加时，最佳含水率降低，最大干密度由于受钢渣的粒级影响，不呈现明显的变化趋势。

（2）抗压强度分析

试验结果可以看出，水泥稳定钢渣-碎石混合料抗压强度变化随水泥剂量的增加是明显的，根据配合比③、④的无侧限抗压强度，在混合料级配良好的情况下其28d强度较7d强度的平均值增长了35.6%，即水泥稳定钢渣碎石混合料的后期(28d)强度强度增长较大。当水泥剂量的使用在4%、5%时，除配合比⑥（水泥剂量3%、4%）不能满足重、中交通3～4(MPa)抗压强度要求外，其它基本能满足要求。在实际使用时，可调整配合比例得到良好的合成级配，以提高抗压强度。

劈裂强度及回弹模量分析

从试验结果可以看出，水泥剂量在5%时，水泥稳定钢渣-碎石混合料的劈裂强度在0.468～0.551MPa之间，回弹模量在1616～2636MPa之间，其值均随水泥剂量的增加而增加。