鋼渣在市政工程中的應用研究

焦 利 敏

(太原市筑鑫市政工程檢測有限公司，山西 太原 030006)

鋼渣在市政工程中的應用研究

焦 利 敏

(太原市筑鑫市政工程檢測有限公司，山西 太原 030006)

從膠結料、集料、組成設計等方面入手，分析了水泥鋼渣穩(wěn)定材料和瀝青鋼渣混合料的技術性能，并對鋼渣的經濟性進行了分析研究，指出將鋼渣替代砂石集料運用于市政道路工程中，不僅有利于節(jié)能降耗和環(huán)境保護，還可以節(jié)約建筑企業(yè)成本、實現(xiàn)煉鋼企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

鋼渣，水泥，瀝青，膠結料，性能，指標

近年來，隨著我國城市基礎設施建設力度的不斷加大，各種建筑材料供不應求，尤其以砂石材料更為明顯。在巨大的市場誘導下，各地對于資源的開采近乎瘋狂狀態(tài)，導致植被破壞，生態(tài)失衡的事件屢屢發(fā)生。而本文所述內容就是探討可再生的資源——鋼渣，以及鋼渣在建筑領域的廣闊作為。鋼渣是鋼鐵企業(yè)熔煉過程中產生的廢料。我國是鋼鐵生產大國，鋼渣的產量也是一個天文數(shù)字，研究鋼渣很有現(xiàn)實的意義。鋼渣的主要成分是氧化硅、氧化鈣等氧化物，經檢測鋼渣硬度高，壓碎值遠低于普通石料，是一種寶貴的資源。而如果將鋼渣替代砂石集料，不僅有利于節(jié)能降耗和環(huán)境保護，還是建筑行業(yè)節(jié)約成本和煉鋼企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏之路。本文通過筆者的試驗研究，以客觀翔實的數(shù)據(jù)證明鋼渣在道路工程當中大有用武之地，值得普遍推廣使用。

1 鋼渣路面基層穩(wěn)定材料研究

筆者研究對比了兩種情況：1)以水泥為膠結料的水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能；2)以礦渣超細粉為膠結料的水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能。

1.1 以水泥為膠結料的水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能

1)膠結料。本次試驗用水泥為山西廣廈水泥，礦渣硅酸鹽32.5級。取樣試驗后，各檢測項目均符合標準要求，具體技術指標見表1。

表1 水泥檢測指標

2)集料。本次試驗用水泥穩(wěn)定材料的集料，全部用太鋼產鋼渣材料，取代傳統(tǒng)的石灰?guī)r碎石集料。經試驗，各檢測項目均符合標準要求。表2是鋼渣集料取樣試驗后的技術指標。通過觀察，可以看出，鋼渣的表觀相對密度是很大的，一般石灰?guī)r的表觀相對密度為2.5～3.0左右，輝綠巖的表觀相對密度可達到2.9，鋼渣的表觀相對密度在3.2以上。而鋼渣的壓碎值卻很小，遠小于普通石料。這足以說明，用鋼渣作為路面集料堅固耐磨，可大幅提升道路的使用性能。

表2 鋼渣集料取樣試驗后的技術指標

3)組成設計。把經過破碎加工后的各種規(guī)格的鋼渣進行篩分合成，可以得出一條符合JTJ 034-2000公路路面基層施工技術規(guī)范的合成級配曲線，從而確定出水泥鋼渣穩(wěn)定材料的組成配比為：10 mm～20 mm ∶5 mm～10 mm ∶0 mm～5 mm=31% ∶27% ∶42%。在此基礎上，通過擊實試驗，得出混合料最佳含水量5.6%，最大干密度2.645 g/cm3；再經過EDTA滴定得出結合料劑量為3%時的EDTA耗量為7.2 mL。結合料劑量為5%時的EDTA耗量為11.2 mL。然后，分別按照3%，5%的水泥劑量和已知的各種鋼渣比例稱量拌合，并且在壓力機上各成型13組試件，脫模后放標養(yǎng)室20 ℃，95%濕度環(huán)境中養(yǎng)生7 d。

4)水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能驗證。將養(yǎng)生7 d的試件從標養(yǎng)室取出，簡單擦拭其表面的水珠，即上無側限抗壓試驗機進行試驗，實測3%，5%的水泥鋼渣穩(wěn)定材料的無側限抗壓強度平均值為5.4 MPa，6.8 MPa。

5)水泥鋼渣穩(wěn)定材料小結。由4)中的試驗結果可以看出，鋼渣用于道路的水泥穩(wěn)定層中，尤為可行，而且用鋼渣做集料后水泥穩(wěn)定基層無論是3%或是5%的水泥劑量的無側限抗壓強度，都高于用普通碎石做集料的水泥穩(wěn)定基層強度。這足以證明鋼渣的使用價值。

1.2 以礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料性能

1)礦渣超細粉。礦渣超細粉是以粒化高爐礦渣為主要原料，摻加少量石膏磨制成細度比表面積不小于500 m2/kg的灰白色粉狀物質。礦渣超細粉的用途是在水泥中摻合以及在混凝土中添加，主要作用是提高水泥、混凝土的強度，改善混凝土的和易性、提高早強、減少水化熱等?？傻攘刻娲炷良八嘀破分械乃嘤昧浚梢悦黠@的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。同時也可直接和生產的熟料粉攪拌后配制新型礦渣水泥，節(jié)約熟料而水泥性能不降低。本項試驗使用礦渣超細粉完全替代水泥，單獨作為膠結料來拌制鋼渣穩(wěn)定材料。

2)集料。本次用礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料試驗，集料仍然全部用太鋼產鋼渣材料，各型號鋼渣集料的檢測指標見表2。

3)組成設計。將10 mm～20 mm，5 mm～10 mm，0 mm～5 mm三種規(guī)格的鋼渣進行篩分合成，確定出符合JTJ 034-2000公路路面基層施工技術規(guī)范的合成級配曲線，采用計算機人機對話方式得出礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料的組成配比為：10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm=27%∶31%∶42%。通過擊實試驗，得出混合料最佳含水量5.9%，最大干密度2.585 g/cm3；采用外摻方式，摻入5%礦渣超細粉為膠結料攪拌，并且按照1.1中3)的方法成型試件。脫模后放標養(yǎng)室20 ℃，95%濕度環(huán)境中養(yǎng)生7 d。

4)礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料性能驗證。將養(yǎng)生7 d的試件依次上無側限抗壓試驗機進行試壓，實測礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料試件無側限抗壓強度平均值為5.5 MPa。

5)礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料小結。由試驗結果可以看出，用5%的礦渣超細粉為膠結料的鋼渣穩(wěn)定材料，無側限抗壓強度高于用普通碎石做集料的水泥穩(wěn)定材料強度。這說明礦渣超細粉鋼渣穩(wěn)定材料是一種新型的路面穩(wěn)定材料，經濟和社會意義非常重大。

2 鋼渣瀝青路面混合料性能研究

本試驗目的是探討用鋼渣材料替代普通碎石集料和瀝青拌合后其瀝青鋼渣混合料的技術性能。根據(jù)材料規(guī)格，以AC-20為研究對象。

2.1 膠結料

以韓國SK普通90A級瀝青作為此項試驗的膠結材料，指標見表3。

表3 90A級瀝青指標

2.2 集料

本項試驗用全部集料采用太鋼產鋼渣材料，規(guī)格為10 mm～20 mm，5 mm～10 mm，0 mm～5 mm，其各項技術指標見表2。填料仍采用普通石灰?guī)r磨細礦粉。

2.3 組成設計

根據(jù)JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規(guī)范的有關要求，對各規(guī)格型號鋼渣集料，礦粉填料進行篩分，采用計算機計算得出符合AC-20瀝青混合料技術標準的合成級配曲線，確定出各組成材料的配比為10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶礦粉=31%∶32%∶33%∶4%，瀝青外摻，油石比為4.7%。

2.4 鋼渣瀝青路面混合料性能驗證

將鋼渣集料、填料、瀝青按照2.3中所述配方進行配料拌合，并進行試件擊實成型。分別做馬歇爾穩(wěn)定度試驗和動穩(wěn)定度試驗。表4為鋼渣瀝青路面混合料的試驗結果。

表4 鋼渣瀝青路面混合料試驗結果

2.5 鋼渣瀝青路面混合料性能小結

通過對表4的性能觀察，發(fā)現(xiàn)鋼渣瀝青混合料的各項性能指標滿足JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規(guī)范中的有關要求。

3 經濟性分析

綜上所述，在本文第1節(jié)和第2節(jié)內容中，鋼渣無論是作為鋼渣路基，還是鋼渣瀝青路面都擁有非常優(yōu)異的技術性能。在采購單價上，鋼渣也擁有無可比擬的市場優(yōu)勢。目前，太原市每立方米石子集料的采購價一般在80元左右，而鋼渣作為煉鋼廠的工業(yè)廢渣，一般40元左右即可購買。以太原市一年平均修路20 km計算，如果按普通石灰?guī)r，需要160萬m3材料，共計需要人民幣12 800萬元，如果用鋼渣材料替代石灰?guī)r則可節(jié)省約5 000萬元，市場前景非常廣闊。

4 結語

鋼渣作為煉鋼廠的工業(yè)廢渣，若不能循環(huán)利用，必將對環(huán)境造成巨大破壞，經濟上也要負擔巨大的費用。在以前太原市也進行過鋼渣的一些簡單研究，是將高溫鋼渣運至工地，直接傾倒路床做基層。然其未進行過完全分解，仍有大部分游離氧化鈣在通車后，遇水不斷分解，體積不斷膨脹，產生路面的破壞。這是人們對鋼渣的早期研究不夠細化深入所致。本文所述鋼渣是指鋼渣從車間出廠后，加水熱悶48 h，使其中的游離氧化鈣成分充分分解、粉化，達到飽和穩(wěn)定的狀態(tài)，才予以使用。因此，本文所論鋼渣與以前簡單的鋼渣料有本質的不同。當前，面對自然資源的過度使用，面對鋼鐵企業(yè)發(fā)展綠色經濟的迫切需求，鋼渣項目在市政道路工程中的推廣運用必將有一個質的飛躍。

[1] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術規(guī)范[S].

[2] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

Application research of slag in municipal engineering

JIAO Li-min

(Taiyuan Zhuxin Municipal Engineering Detection Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Starting from aspects of binder, aggregate and organization design, the paper analyzes cement slag stability material and asphalt mixture technology performance, studies slag economy performance, and points out that: applying slag into municipal highway engineering can not only save energy consumption and protect environment but also save construction enterprise cost, which realizes sustainable development of steel enterprises.

slag, cement, asphalt, binder, performance, index

1009-6825(2014)31-0212-02

2014-08-28

焦利敏(1976- )，男，工程師

TU511

A