水泥穩定鋼渣級配碎石在道路基層中的應用

陳思芃

（重慶交通大學，重慶400067）

1 概述

近年來，新建道路及改擴建公路工程對道路材料的性能要求日漸提升，同時也更加注重鋼渣等材料在道路基層中的應用。相關技術從20 世紀70 年代起在西方國家中已經開始，有諸多將鋼渣作為道路材料綜合利用的案例，日本在1987 年高爐渣接近100%利用，德國在1994 年鋼渣利用率就超過了94%，美國鋼渣利用率也達到79%[1]。我國如今也在逐步提升鋼渣材料的利用率，國內相關學者的應用研究也積累了一定成果。2000 年，方衛民等將鋼渣用于京滬高速鐵路徐滬段的不良地基處理，提高了路基土的強度[2]。2017 邢琳琳等人通過XRF 等微觀測試手段研究了鋼渣的形貌、化學成分及礦物組成。測定了鋼渣粗骨料壓蒸粉化率及不同齡期下鋼渣混凝土試件的抗壓強度[3]。

2 級配及水泥摻量設計

本文采用鋼渣為陳化5 個月所得，鋼渣與碎石比例為60：40[4]。設計了粗粒徑的骨料相對較多的級配JP1，其標準篩分實驗（孔徑0.075～26.5mm）通過率由高到低分別為100%、82.5%、74.0%、66.1%、54.5%、40.0%、29.0%、20.0%、14.0%、9.5%、6.5%、3.0%，水泥摻量為4.5%。再對所設計級配的試件參照《公路工程無機結合料穩定材料實驗規程》（JTG E51-2009），進行了7d 無側限抗壓強度實驗。

實驗結果表明，所得的強度R=5.64MPa、Rd=4.06MPa、Cv=17.0%，滿足相關性能指標要求。

3 路用性能研究

在前文實驗結果的基礎上，對4.5%水泥摻量、60%鋼渣摻量的水泥穩定級配碎石無機結合料進行了不同齡期的相關力學性能試驗，以期通過更詳細的力學參數，驗證這一級配的鋼渣級配碎石在道路基層的可用性。

3.1 無側限抗壓強度

不同齡期試件的抗壓強度實驗結果見表1。

表1 無側限抗壓強度實驗結果

實驗結果表明：齡期與抗壓強度是正相關的關系，而從增長速度看，0～28d 區間是強度增長最明顯的，在28d 齡期后這一指標的增長趨于平穩。

3.2 劈裂強度及抗壓回彈模量

不同齡期試件的劈裂強度及抗壓回彈模量實驗的結果見表2。

表2 劈裂強度及抗壓回彈模量實驗結果

實驗結果表明：齡期與劈裂強度及抗壓回彈模量的數值均成正相關，在增速方面與抗壓強度增長趨勢類似，28d 齡期試件回彈模量已達1615MPa，與普通水泥穩定級配碎石相比也屬于較優值。上述路用性能實驗中采用的均為陳化5 個月的鋼渣，沒有出現因鋼渣陳化時間較短、體積安定性稍差所造成混合料劈裂強度降低現象。

4 結論與建議

4.1 按照JP1 的級配設計及4.5%的水泥摻量是較為經濟合理的方案，這是由于鋼渣摻量固定為60%時，粗骨料含量的增加會更有利于嵌擠骨架密實型結構的形成，同時也具備了滿足路用性能的抗壓強度指標。

4.2 不同齡期的JP1 級配相關實驗表明，水泥穩定鋼渣級配碎石的無側限抗壓強度、劈裂強度、回彈模量的數值均可滿足其在道路基層中的運用。

4.3 本文中實驗采用的是陳化5 個月的鋼渣，陳化時間對其路用性能的影響還有待考究。

4.4 可以進一步對比摻鋼渣和未摻鋼渣的水泥穩定級配碎石干縮性能的不同，探究齡期對失水率及干縮應變的影響。