對道路基層用鋼渣的性能研究與分析

薛健 趙維 惠靈芝 楊欣

西安市政道橋建設有限公司 陜西 西安 710016

水泥穩定鋼渣基層具有良好的力學性能和板結性、水穩性以及抗裂性等優點,水泥穩定鋼渣作為一種新型的道路基層材料,不僅消化了大量的工業廢料，節省了投資，而且保護了環境，減少了污染和對耕地的占用。因此，在環保要求日益提高的今天，鋼渣基層具有較大的推廣價值。盡管其優點很多，但大規模應用于路面基層的實例還較少。

本次試驗是基于我公司（西安市政道橋建設有限公司）、陜西龍門鋼鐵（集團）有限責任公司（以下簡稱龍剛公司）及西安建筑科技大學三方簽訂戰略框架協議的提前下，對目前陜西龍門鋼鐵有限責任公司大量鋼渣進行深入研究，本次試驗所用鋼渣陳化時間為半年。

1、鋼渣取樣

為了保證試驗的準確性，試驗所用鋼渣均按隨機抽樣法獲得即從陳化半年的鋼渣堆料內部1m處取足夠數量（滿足所做試驗的量）的鋼渣樣品，從3處以上取樣混合后按四分法進行處理。

2、鋼渣級配試驗

按照JTG E42-2005《公路工程集料試驗規格》的規定，采用干篩法對龍剛公司生產的鋼渣混合料進行篩分，通過試驗可發現該鋼渣符合YB/T4184-2009《鋼渣混合料路面基層施工技術規程》標準中水泥穩定鋼渣混合料集料的級配要求，具體結果見表1。

表1 鋼渣集料級配表

3、鋼渣的化學組成

使用德國布魯克AXS有限公司生產的S4PIONEER型X射線熒光光譜儀設備對小粒徑（1#，粒徑小于10mm）、大粒徑（2#，粒徑大于10mm）的鋼渣分別進行化學組成分析，具體結果見表2。通過試驗發現，鋼渣中鈣、鐵含量較高，鐵的分選效果較差，氧化鎂含量較低。

表2 鋼渣化學組成（%）

4、游離氧化鈣分析

游離氧化鈣是鋼渣穩定性的一個重要指標，所以，根據YB/T4328-2012《鋼渣中游離氧化鈣含量測定方法》對小粒徑（1#）、大粒徑（2#）鋼渣的進行游離氧化鈣分析和熱重分析，檢測鋼渣中游離總鈣和氫氧化鈣的含量。從測定結果可以看出，1#和2#相比，粒徑較小的鋼渣游離氧化鈣陳化消解效果更好。具體數據見表3。

表3 游離氧化鈣分析統計表（%）

5、鋼渣的礦物相分析

使用X射線衍射分析儀設備（日本理學，型號D/MAX2200）對鋼渣進行礦物相分析，鋼渣中主要礦物相有RO相（FeO、MgO的固溶體）、四氧化三鐵Fe3O4、硅酸二鈣C2S、鐵酸二鈣C2F、游離氧化鈣CaO、三氧化二鐵Fe2O3以及少量氫氧化鈣Ca(OH)2。具體礦物相對比分析見圖1。從礦物相對比分析圖可見，1# 號試樣鋼渣Fe3O4含量較高； 2#號試樣鋼渣Fe2O3含量較高，RO相（FeO、MgO的固溶體）含量較高；兩個試樣的Ca(OH)2含量都較低，在XRD分析中衍射峰不明顯。其中RO相較高，則鋼渣硬度高，抗壓性能好。

圖1 鋼渣試樣礦物相對比分析圖

6、壓碎值的測定

按照JTG E42-2005《公路工程集料試驗規格》標準中T0316方法進行壓碎值試驗，用13.2mm和9.5mm標準篩過篩，取9.5mm～ 13.2mm的試樣3組各3000g。經測定后，3組試樣壓碎值分別為25.9%、24.0%、25.9%，平均值為25.3%。所以，根據GB/T 25824-2010《道路用鋼渣》規定，用于道路基層集料和瀝青混合料鋼渣粗集料壓碎值要求≤30%，證明該鋼渣的壓碎值符合使用要求。

7、浸水膨脹率的測定

根據GB24175-2009《鋼渣穩定性試驗方法》標準中浸水膨脹率試驗方法，制備3個高度為120mm的鋼渣試樣，采用（90±3）℃水浴養護的方法，經過10天后使鋼渣中的游離氧化鈣、游離氧化鎂消解，通過體積膨脹率來判定。通過10天檢測，三個試樣浸水膨脹率分別為1.4%、1.2%、1.2%，平均值為1.3%。根據符合GB 25824-2010《道路用鋼渣》標準，道路基層用鋼渣集料技術要求浸水膨脹率≤1.3%，所以，該鋼渣浸水膨脹率符合使用要求。

8、壓蒸粉化率的測定

因現試驗室無壓蒸釜設備，特委托北京冶金環境監測中心試驗室按照GB 24175-2009《鋼渣穩定性試驗方法》標準制備3個鋼渣試樣進行壓蒸粉化率試驗，3個試件測量值分別為3.4%、3.6%、3.9%，平均值為3.6%。根據YB/T 4329-2012《水泥混凝土路面用鋼渣砂應用技術規程》中規定，用于混凝土路面的鋼渣壓蒸粉化率控制指標≤5.9%，所以該鋼渣的壓蒸粉化率滿足其要求。

9、總結

從以上試驗結果可見，鋼渣中的RO相較高，硬度高，抗壓性能好，對應用于道路基層來說是一種比較理想的骨料。而且，鋼渣的壓碎值、浸水膨脹率、壓蒸粉化率試驗結果均滿足標準要求。所以，我公司已在龍剛廠區內利用陳化半年的鋼渣作為骨料進行了水泥穩定鋼渣基層試驗段的鋪設，目前，經過一個月現場跟蹤，其面層彎沉結果顯示該試驗段最大彎沉值為11，最小彎沉值為8.4，彎沉有效深度可達1m，符合該道路彎沉設計要求（≤30）。