釩鈦鋼渣配制AC-13型瀝青混合料的研究

錢強

（攀枝花鋼城集團有限公司，四川 攀枝花 617022）

目前，環保形勢日益嚴峻，鋼鐵企業環保責任任重道遠，而鋼渣的處理和排放一直是被關注的焦點。由于其硬度大難利用，大部分被堆棄和傾倒，給周邊環境帶來了一定的危害。同時，其含有40%左右的氧化鈣沒有得到很好利用而造成了浪費[1-2]。而筑路所需的砂石料越來越受到開采的限制，采購費用日益增高。德國和日本等國家發揮了鋼渣強度高、耐磨性能好的優勢將其成功地應用到道路工程中，鋼渣利用率達到了90%以上。將廢棄的鋼渣應用于筑路，可降低筑路成本，實現鋼渣資源的最大化利用，推動道路工程的穩定發展[3-4]。我國高速公路應用最廣泛的路面結構形式 （混合料類型）是SMA-13型和AC-13型瀝青混合料。SMA-13型瀝青混合料是瀝青瑪蹄脂碎石混合料，一般使用硬度為5～7的玄武巖，造價較高。AC-13型瀝青混合料是粗集料最大公稱粒徑為13 mm碎石的細粒式瀝青混合料。攀西大裂谷、河北承德等地鋼鐵冶煉后均產生釩鈦鋼渣，釩鈦鋼渣的硬度為7。因此，可探索其配制AC-13型瀝青混合料的可行性。

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1　釩鈦鋼渣性能

釩鈦鋼渣是由含鈦鐵水在轉爐冶煉過程中添加高鎂鈣石灰等造渣材料而形成的冶煉廢渣，產量約為鋼產量的10%。冶煉過程中還涉及到氧化吹釩工藝，導致一部分釩元素進入鋼渣中，最終釩鈦鋼渣中V2O5和TiO2含量均約1.5%，同時還有25%以上的Fe2O3。釩鈦鋼渣化學成分見表1。該鋼渣具有孔隙多、容重高、多棱角等特點。

表1　釩鈦鋼渣化學成分（質量分數） %

按T0705-2000（表干法）測定試件毛體積相對密度，根據瀝青浸漬法實測合成集料的有效相對密度，計算瀝青混合料最大理論相對密度，并據此計算試件體積參數。AC-13型瀝青混合料的配合比設計數據和相應的技術要求見表7。

表2　釩鈦鋼渣粗、細集料顆粒級配

表3　釩鈦鋼渣粗、細集料質量指標

2　瀝青結合料和礦粉的性能測試

根據道路路面材料AC-13型瀝青混合料性能的要求，對采用的其它原材料如瀝青結合料、礦粉進行了性能測試。瀝青結合料采用中國石化股份有限公司廣東茂名的成品SBS改性瀝青，其路用性能等級滿足SHRP分級PG76-22的技術要求，SBS改性瀝青性能指標檢測結果見表4。礦粉采用堿性的粉料，如石灰石礦粉、消石灰、水泥等，有利于提高集料和瀝青的粘附性。礦粉質量指標見表5。由表4、5可見，SBS改性瀝青、礦粉的各項技術指標均符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》中的技術要求，可以在工程中使用。

3　釩鈦鋼渣瀝青混合料的礦料級配及油石比的確定

3.1　礦料級配的確定

（1）釩鈦鋼渣具有較好的力學和表面特性，可作為AC-13型瀝青混合料的集料。

結合表7及表8可見，當油石比設計在4.5%～5.0%時，該級配下的礦料空隙率和礦料間隙率才能符合設計要求。最終確定AC-13型瀝青混合料的最佳油石比為4.9%。

3.2　油石比的確定

OAC表示瀝青混合料中最佳的瀝青含量，即油石比，常作為瀝青是否經濟的指標。我國目前規定，OAC為OAC1與OAC2的平均值，OAC1為密度滿足最大值的瀝青用量、穩定性最大值的瀝青用量和規定空隙率的瀝青用量三者的平均值，OAC2為瀝青用量范圍OACmin～OACmax的中值 （即中間值）。瀝青使用量過少或過多都不利于路面混合料性能的發揮，從而影響車輛的行駛安全性及路面的保護。

二要認真落實云南與周邊省區市及長江沿岸省區市簽訂的戰略合作協議，深入推進與長江流域、成渝經濟區和周邊省區的交流合作，加強資本引進、渠道建設、市場對接，深度開展資本和產業合作。

③徐俯《卜算子》(胸中千種愁)：雙調45字，上闋4句22字2仄韻，下闋4句23字3仄韻。句式：5575。55733。

表4　SBS改性瀝青性能指標檢測結果

表5　礦粉質量指標

表6　AC-13型瀝青混合料礦料組成級配

由表7可見，該級配下的礦料空隙率設計要求為3%～6%，只有當油石比為4.5%和5.0%時才符合要求。同時，該級配下礦料間隙率設計要求為65%～75%，油石比為3.5%和4.0%時低于設計要求，源于瀝青使用量偏少；油石比為5.5%時超出了設計要求，瀝青消耗較大，只有5.0%的油石比才符合要求。5種油石比下的瀝青飽和度、穩定度和流值均符合設計要求。OAC各指標結果見表8（本文均為外配油石比）。

Abstract:Due to its good mechanical properties and surface characteristics,the feasibility for preparing AC-13 type asphalt mixture by using steel slag containing vanadium and titanium oxides was studied.The study results showed that steel slag containing vanadium and titanium oxides could be used as the aggregate for preparing AC-13 type asphalt mixture.The mix proportion for asphalt mixture by using steel slag containing vanadium and titanium oxides with the size from 4.75 mm to 13.2 mm,steel slag powder containing vanadium and titanium oxides with the size from 0.075 mm to 4.75 mm and fine ore was 58 to 40 to 2 together with the optimal proportion of asphalt-aggregate ratio 4.9%.

用于路面瀝青混合料的鋼渣主要作為粗、細集料使用。路面用瀝青混合料的機理為:粗集料通過互相鑲嵌形成一定的強度，而細集料則用于進一步填滿所有的空隙，從而保證混合料具有較好的穩定性和抗滑性。互嵌的作用取決于混合料的級配及硬度、顆粒性和棱角性。同時，集料還需與瀝青具有較好的粘附性。因此，需要詳細了解釩鈦鋼渣的各項性能參數，進而評價其路用材料的可靠性。釩鈦鋼渣粗集料粒度范圍:4.75～13.2 mm，細集料粒度范圍:0.075～4.75 mm，粗、細集料顆粒級配見表2，質量指標見表3。表3中的標準要求為JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》中關于高速公路及一級公路瀝青混合料用粗、細集料的技術要求。由上述表中看出，釩鈦鋼渣粗、細集料各項指標均符合要求，具有較好的力學和表面特性。

AC-13型瀝青混合料配合比設計采用GTM法。試件成型條件為:垂直壓強0.7 MPa；拌合溫度170℃；成型溫度160～165℃；控制方式為極限平衡狀態。選擇5種油石比，分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%。

3.3.3 應用兒茶酚胺類藥物可使動靜脈張力升高，導致中心靜脈壓值升高。而靜脈或吸入麻醉藥，以及擴血管藥物可使周圍血管擴張，導致中心靜脈壓值下降。

另外，自由貿易度(市場開放程度)和政府投資對被解釋變量的相關性也是顯著的，而且統計意義上的顯著性程度較高(都在1%的置信程度上顯著)。但是包括這兩個變量在內的三個控制變量方向皆為負號，這與傳統以生產總值增長為解釋變量的實證結果相反。筆者認為，其原因可能是這些控制變量有利于經濟總量的增長，然而對于結構的優化弊大于利。這在經濟邏輯上也是成立的，比如發達國家總是把附加值低、環境污染大的產業轉移到發展中國家，這無疑增加了發展中國家的經濟總產值，然而對整體產業結構來說，卻是加大了低端產業的占比。

表7　AC-13型瀝青混合料的配合比設計數據和相應的技術要求

表8　OAC各指標結果 %

4　結論

按照AC-13型瀝青混合料的標準級配要求，并結合釩鈦鋼渣粗、細集料的各項性能，參照常規砂石料進行了配合比設計。通過馬歇爾試驗[5]，最終確定AC-13型瀝青混合料的礦料級配為:鋼渣粗集料∶鋼渣細集料∶礦粉為 58∶40∶2。 AC-13 型瀝青混合料礦料組成級配見表6。

（2）參考AC-13型瀝青混合料路面集料的配合比設計為:釩鈦鋼渣（4.75～13.2 mm）、釩鈦鋼渣粉（0.075～4.75 mm）、礦粉三者之比為 58∶40∶2。

（3）釩鈦鋼渣作為AC-13型瀝青混合料路面集料時的外配油石比為4.5%～5.0%，最佳油石比為4.9%。