鋼渣混合料在城市道路改造中的應用

解英明 ，趙友權 ，趙旭章 ，俞海明 ，吳漢元 ，劉魯新

（1.新疆互利佳源科技有限公司；2.新疆交通建設集團股份有限公司；3.新疆中合大正冶金科技有限公司）

1 前言

鋼渣修路在行業已有70余年的歷史，國內外的經驗和案例表明，鋼渣是一種優質的路用材料，鋼鐵行業產生的鋼渣，70%以上被公路建設工程有效利用。中國鋼渣修路有三十余年的歷史，關于鋼渣修路國家和有關部門陸續頒布實施了一系列技術規范及標準十余項，如JTG D30-2015公路路基設計規范、JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范、JTJ034-2000公路路面基層施工技術規范、GB/T24765-2009耐磨瀝青路面用鋼渣、GB/T25824-2010等。國內的北京天安門大修工程、武黃高速、滬寧高速公路等工程[1-4]，均采用了鋼渣修路技術。這些工程項目是鋼渣混合料回收利用的典范，推動了公路建設和鋼鐵生產的融合創新與發展。

八鋼公司作為新疆最大的國有鋼鐵企業，在煉鋼生產中產生大量的固體廢棄物鋼渣，鋼渣的產量占鋼產量的18%～25%，每年產生100萬t鋼渣。為降低生產成本，實現鋼鐵工業綠色循環發展，多年來八鋼積極探索對鋼渣混合料的回收利用，先后實施了從鋼渣中回收鋼鐵料，在煉鋼和Corex工序循環利用，以及冷態鋼渣應用于轉爐冶煉的工藝，消化了30%～45%的鋼渣，但是有55%的鋼渣由于物理化學性能限制，不能夠在鋼鐵廠內部循環利用，只能做為工業廢棄物堆存。

為了解決鋼渣規模化應用問題，八鋼、新疆中合大正冶金科技有限公司、新疆交通建設集團股份有限公司（以下簡稱交建集團），合作開發適合新疆地區的鋼渣修路技術。交建集團對八鋼公司產生的鋼渣，做了全面的路用性能檢測和分析，制訂了符合新疆地區的鋼渣修路技術方案，于2016年先后鋪筑了G30烏奎高速K3654+755至K3656+255段、G312科研院所，起草了《鋼渣道路結構層施工技術規范》的新疆地方標準，并且于2018年5月通過了交通廳組織的專家評審，8月通過了自治區相關部門的評審驗收，成為地方標準。

2018年在八鋼“三供一業”項目工程實施中，規模化應用了八鋼鋼渣混合料。采用鋼渣修路簡化了施工工藝，縮短了修路建設周期，取得顯著的效果。

2. 鋼渣修路的優勢

鋼渣因含有硅酸二鈣和硅酸三鈣水硬性礦物,且二者含量之和在50%以上,水化過程和水化產物同硅酸鹽水泥熟料相似,不同點在于鋼渣的生成溫度在1560℃以上，而硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度約在1400℃，鋼渣的形成溫度比硅酸鹽水泥熟料高200～300℃，致使鋼渣中C2S（硅酸二鈣）和 C3S（硅酸三鈣）結晶致密,晶體粗大,水化硬化緩慢。鋼渣是一種過燒的硅酸鹽水泥熟料是業界的共識[5]。

基于以上的認識，鋼渣在公路建設中的優勢，目前還沒有一種材料能夠全面替代，所以西歐和美洲，將鋼渣作為公路建設過程中的高級路用材料應用，鋼渣修路主要優勢有以下幾點：（1）鋼渣是一種水泥熟料，同時含有一些尖晶石物象，即耐磨相。所以作為水穩層材料，利用鋼渣細集料使用，細集料能夠發生水化反應，促使鋼渣形成整體的水硬性材料結構，道路的CBR值（加州承載比）在200以上，這是其它路用材料難以達到的指標。（2）鋼渣集料修筑水穩層，大顆粒起到骨架作用，細顆粒起到填充空隙的作用，顆粒料碎裂后，自身又會發生水化反應，穩定水穩層，所以具有自穩定性。加上鋼渣本身的熟料特性，遇水反應緩慢，故鋼渣鋪筑的水穩層，不僅CBR值高，路面沉陷現象能夠得到杜絕，并且路面的平整度，動穩定次數同比有著顯著的改善。（3）鋼渣的粗顆粒的硬度較大、耐磨性較強、壓碎值很小，熱容較大和導熱性很差的特點，決定了鋼渣修路后，道路面層的抗滑性能好，道路在炎熱和嚴寒的條件下，道路的熱變形和抗凍解凍性能好，路害少。使用鋼渣鋪筑的瀝青混凝土面層的車轍、龜裂、涌包同比減少50%。抗滑性提高60%以上。（4）鋼渣鋪筑面層，由于鋼渣與瀝青的粘附性優于玄武巖等材料，并且鋼渣與瀝青發生化學反應，道路的服役周期延長，維修費用減少。（5）由于鋼渣與瀝青的粘附性特點，所以使用鋼渣鋪筑瀝青混凝土面層的時候，瀝青材料可以放寬相關的標準，能夠降低面層施工成本。（6）鋼渣具有一定的透水性，加上其獨特的水泥熟料的特點，在處理濕軟路基和沉陷性路基的工藝上，能夠替代拋石擠淤和換填處理的工藝，施工簡單，效果突出。

3. 八鋼“三供一業”項目的道路施工工程

新疆八鋼于1951年建廠，長期以來八鋼居民區的水電暖均有八鋼企業承擔。八鋼的焦爐煤氣供應居民生活用燃氣，動力廠承擔居民的水、電供應。新疆冬季供暖期長達半年，每到冬季，為優先保障居民正常生活，對軋鋼生產系統實行限產。八鋼承擔了許多社會職能，企業負擔重。2018年八鋼響應國家和自治區的要求，開始全面有序推進職工家屬區“三供一業”分離移交工作。

八鋼居民區（烏魯木齊頭屯河區鋼城片區）的水電暖設施，多年來經歷了數次改造，大多數水暖管路和供排水系統鋪設在道路下方和道路側，“三供一業”面臨的最大作業內容是道路開挖后，盡快完成管路系統的改造，然后恢復道路交通的正常運行。針對道路的恢復，施工單位最初的設計方案是采用傳統的砂石料和戈壁料鋪筑。由于日趨嚴格的環保限制及對土壤保護的要求，砂石料和戈壁料的供應存在困難。為此新疆互利佳源科技有限公司主動對接項目，介紹鋼渣筑路的優越性，在取得施工方的認可后，八鋼“三供一業”項目規模化實施了鋼渣修路和鋼渣回填管廊基礎的工藝，技術指標見表1。

表1 鋼渣應用于瀝青混凝土的技術指標

在“三供一業”項目的建設過程中，街道道路下方的管廊鋪設，路面的恢復等區域都應用八鋼的鋼渣，對于降低工程造價，縮短建設周期，盡早開放道路，產生了極大的促進作用，減少了建設中對市民出行的影響，也是項目建設過程中最大的亮點。

4 鋼渣混合料在“三供一業”中的應用

4.1 鋼渣性能指標

八鋼的鋼渣采用熱悶和改質處理兩種工藝方法，鋼渣的熱悶效果和鋼渣的路用性能指標均滿足交通部的相關規定，新疆交建集團北朋土木工程有限公司對修路用鋼渣進行了檢測，應用于瀝青混凝土和水穩層的鋼渣性能指標見表1和表2。

表2 鋼渣應用于水穩層的顆粒級配檢測值

影響應用的游離氧化鈣的檢測，以及鋼渣的容重檢測結果見表3和4。

表3 鋼鐵渣的比重實測值

根據表4可知，鋼鐵渣中間，對于環境有害物質的含量，低于國標要求，能夠滿足修路的安全性要求。

4.2 鋼渣在水穩層施工中的應用

最初的鋼渣應用，在環繞頭屯河區烏魯木齊市92小學的兩條道路開挖后作為恢復道路的水穩層材料使用。該路段原有的路基為建筑垃圾和戈壁料填筑，部分路段開后發現路基下方有有機質的路段，路基已有沉陷情況。為此項目部將沉陷性的路基軟土挖出，換填鋼渣后，鋪筑水穩層，水穩層厚度在200～300mm。

表4 鋼渣和煉鐵渣中間部分重金屬元素的含量檢測 %

在水穩層的鋪筑中，鋼渣從鋼渣廠渣堆直接取用，拉運到制定路段后，沒有添加水泥，按照路拌工藝攤鋪灑水后，壓路機碾壓3～5遍后，檢測壓實度，準備養生后鋪筑瀝青混凝土面層。當壓路機壓實后的第二天，技術人員發現鋪筑的水穩層壓實度和強度、彎沉值等均滿足鋪筑面層的條件后，創新性的在上面直接鋪筑面層，效果良好。其平整度、壓實度等指標滿足工程建設要求。

4.3 管線道路的基礎和回填施工

“三供一業”的大多數管線（水、暖、氣）沿著城市主干道布置，開挖后，更換原有的管線，鋪設新的管線，然后回填后進行道路的鋪筑。這些管線途經的區域，為了施工的便捷，需要將開挖的大部分土方拉走，然后才能夠實施管道的建設。

開挖后，路基的情況差異較大，濕陷性路段大多數由供水滲漏和綠化水滲透造成，原有的管線腐蝕嚴重，管溝深度在1.5～3.5m。鋪設好管道后，管溝的回填考慮了鋼渣的性質，即鋼渣是堿性材料，能夠與環境中間的氯離子和硫酸根離子反應，能夠有效減少環境對于管線的腐蝕，并且鋼渣的導熱性較差（導熱系數為0.4W/mok），對于新疆嚴寒冬季的保暖有貢獻。故項目實施過程中，針對管溝一律采用鋼渣回填，從路基到水穩層，回填的厚度在1.5～3.5m。

經歷了冬季，采用鋼渣處理的區域，地面無泛漿、沉陷、冒漲等病害，效果超出預期效果。

4.4 水穩層的質量控制

鋼渣作為“三供一業”道路水穩層的唯一材料，從攤鋪到壓實后，道路即開放，主干道采用灑水降塵和養生，輔路直接開放，以減少對市民出行的影響。為了評估修路的質量，新疆交建集團的技術人員到現場實勘后認為，熱悶渣鋪筑水穩層，采用灑水和不灑水的效果在水穩層的早期強度上有一定的差別，即灑水養護的強度明顯高于不灑水的強度。

除此之外，鋼渣水穩層的鋪筑，與高速公路采用的常規材料的鋪筑工藝相比，其采取的施工方法和降低筑路成本上有著得天獨厚的的優勢。采用鋼渣鋪筑的城市交通主干道的效果，優于傳統的鋪筑工藝。

5 結束語

鋼渣修路的優越性是業界的共識，在新疆還沒有得到廣泛應用。八鋼“三供一業”項目的施工證明，熱悶渣在城市道路建設過程中具有顯著的優點。

（1）作為水穩層和瀝青混凝土面層的主要材料應用，具有施工工藝簡化、工藝效果好、工程造價低、修筑質量優越、路害減少的優點。

（2）鋼渣鋪筑城市道路，對于縮短修路建設周期，盡早開放道路有積極的意義，有利于減少工程建設施工對于民生的干擾。

（3）八鋼“三供一業”采用的鋼渣修路模式，為新疆境內的鋼渣資源化利用提供了樣板工程，可在疆內城市建設和道路施工中推廣應用。