鋼渣在高速公路瀝青路面上面層養護中的應用研究

為探究鋼渣在高速公路瀝青路面上面層的養護應用效果，文章結合某高速公路瀝青路面養護項目的實施，對鋼渣瀝青混合料涉及的配合比設計、施工控制及路用性能進行分析。結果表明：鋼渣瀝青混合料的配合比設計及施工工藝整體與AC-13瀝青混合料較為接近，其路用性能達到了AC-13瀝青路面性能水平，甚至在抗滑性能方面更有優勢，路面在通車1年后未出現較大幅度性能衰減，具備在高速公路瀝青路面上面層應用的可行性。

鋼渣瀝青混合料；高速公路；養護；路面

U416.25A100292

作者簡介：

盧倡興（1982—），工程師，主要從事工程管理和高速公路運營管理等方面工作。

0" 引言

隨著我國近年來“雙碳”目標戰略的實施，交通建設領域也逐步推進綠色、低碳的可持續發展路線，針對廢棄物的規?；h利用也逐漸受到大家的重視。鋼渣屬于鋼鐵冶煉過程中形成的尾端廢棄物，我國鋼渣年產量＞1×108 t，重復利用率卻只有30%左右。如果將鋼渣進行簡單的堆存處置，這不僅要耗用大量的土地資源，對環境也會造成嚴重危害，考慮到鋼渣具備良好的力學性能，許多道路行業研究人員將其作為天然集料的替代物開展了應用研究［1-3］。

目前，鋼渣在道路工程領域中的規模化應用主要集中在半剛性基層，雖然這為鋼渣的循環利用提供了一定的消納渠道，但并未形成高附加值利用［4］?？紤]到鋼渣的性能指標與瀝青路面所用的集料較為接近，越來越多的人開始關注鋼渣瀝青混合料在高速瀝青路面養護中的應用。高速公路瀝青路面養護主要是針對上面層的病害進行集中處置，最常規的方式就是對原路面進行銑刨并重新攤鋪新瀝青混合料，所以解決鋼渣瀝青混合料在瀝青路面上面層的應用難點是現階段推廣鋼渣在高速公路瀝青路面規?；B護應用的當務之急。目前國內外針對鋼渣瀝青混合料在高速公路瀝青路面中的應用研究多集中在室內研究，實體的工程應用案例較為缺乏。為探究鋼渣在高速瀝青路面養護中作為上面層瀝青混合料是否具備可行性，本文依托廣西某高速瀝青路面養護項目，選用AC-13C型瀝青混合料級配，對鋼渣瀝青混合料從原材料、配合比設計、施工控制要點及檢測評價等方面進行全方位應用分析，以期為后續鋼渣在高速公路瀝青路面養護領域的規?；こ虘锰峁﹨⒖?。

1" 工程概況

某高速公路K126+000～K227+000段為雙向四車道，設計時速為120 km，其路面結構為AC-13瀝青路面。該高速公路自2018年通車運營以來，有力帶動了周邊區域經濟發展，高速公路承載的交通量顯著增加。在服役過程中，局部路段出現了車轍、橫縱裂縫、坑槽等病害，但路面整體并未出現結構性病害。高速公路運營方為提升路面服役水平，決定對病害嚴重路段實施集中養護修復，具體方案為銑刨原4 cm上面層并重新攤鋪4 cmAC-13瀝青混合料。為進一步探究鋼渣瀝青混合料在高速公路上面層的應用可行性，高速公路運營方選取了K136+000～K137+000段作為鋼渣瀝青混合料試驗路，采用鋼渣瀝青混合料替代AC-13瀝青混合料進行攤鋪應用。

2" 原材料

2.1" 鋼渣

選用廣西某煉鋼廠生產的轉爐鋼渣，鋼渣經過破碎后陳化存放已超過12個月。鋼渣主要包括1#料（粒徑為10～15 mm）和2#料（5～10 mm）兩種規格的粗集料，相關性能檢測結果如表1所示。

2.2" 粗、細集料及礦粉

3#料（3～5 mm）選用玄武巖集料，4#料細集料（0～3 mm）選用機制砂，礦粉為石灰石礦粉，相關檢測結果如下頁表2所示。

2.3" 瀝青

瀝青采用SBS改性瀝青，相關檢測結果如表3所示。

3" 鋼渣瀝青混合料配合比設計

3.1" 鋼渣瀝青混合料礦料級配設計

鋼渣瀝青混合料參考AC-13C型級配進行設計，為盡可能地提升鋼渣的利用率，采用1#料（10～15 mm）和2#料（5～10 mm）兩種規格的鋼渣替代AC-13瀝青混合料中的部分粗集料。在對各檔材料進行篩分基礎上，參考同類型工程案例經驗［5］，確立了鋼渣瀝青混合料各組成材料的比例（1#∶2#∶3#∶細集料∶礦粉的比例為39∶16∶8∶34∶3），礦料級配曲線如圖1所示。

集料的級配設計采用的是體積設計理論，但在實際工程應用中通常采用質量稱量的方法控制級配。由于鋼渣中包含許多金屬氧化物，其密度較常規路面用玄武巖集料還要高出20%，因此需要結合礦料密度將瀝青混合料的礦料比例由體積比轉化為質量比，換算后1#∶2#∶3#∶細集料∶礦粉的比例為41.4∶17.2∶8.9∶29.8∶2.7。

鋼渣在高速公路瀝青路面上面層養護中的應用研究/盧倡興，王頒法

3.2" 鋼渣瀝青混合料最佳油石比確定

通過參考相關研究及初步室內試驗，確定以4.9%的油石比為基準，按0.5%為增減量上下浮動確定5組不同油石比制備鋼渣瀝青混合料進行馬歇爾試驗，相關結果如表4所示。

結合表4中試驗數據及馬歇爾試驗最佳油石比的選取原則，確定鋼渣瀝青混合料的最佳油石比為4.7%。對該油石比條件下的鋼渣瀝青混合料進行馬歇爾試驗，如表5結果所示，鋼渣瀝青混合料的各項指標滿足規范要求。

為驗證鋼渣瀝青混合料路用性能是否達標，對鋼渣瀝青混合料分別進行水穩定性、高溫穩定性及低溫抗裂性能的檢驗。結果如表6所示，鋼渣瀝青混合料的水穩定性、高溫穩定性及低溫抗裂性均滿足規范要求，所設計的配合比可用于實際工程的指導生產。

4" 鋼渣瀝青混合料施工控制要點及路用效果評價

4.1" 鋼渣瀝青混合料施工質控要點

在進行鋼渣瀝青混合料試驗路施工時，其施工工藝與常規的瀝青混合料在整體上并無較大區別，但由于鋼渣自身的材料特性，在其質量控制上仍有重點關注的地方，總結如下：

（1）鋼渣集料表面孔隙較多，應避免加熱烘干時溫度過高使鋼渣出現粉化，否則將使鋼渣瀝青混合料級配失真。

（2）鋼渣的導熱性較好，雖然該特點有助于提升加熱拌和速率，但卻不利于運輸過程中的溫度保存。為了保證鋼渣瀝青混合料具備良好的攤鋪性能，應結合現場試拌情況適當延長集料的干拌時間，同時重點強化混合料的到場溫度抽檢工作。

（3）鋼渣的金屬化合物含量較高會導致其混合料溫度的消散較快，所以應嚴格做好混合料到場后的攤鋪及碾壓工序銜接。除此之外，碾壓過程中要加強對路面壓實情況的檢測工作，在保證壓實度的同時又要防止過壓的情況出現。

（4）從前述可知，鋼渣瀝青混合料對溫度控制的要求非常高，通過試驗路總結了相關施工環節溫度控制建議值，具體如表7所示。

（5）鋼渣瀝青混合料的油石比過高容易導致混合料離析，而過低的油石比則容易導致鋼渣瀝青混合料空隙率過高、集料瀝青膜裹附不足等問題，這將嚴重影響鋼渣瀝青混合料的路用性能，因此在拌和站現場要按照規范要求對生產的鋼渣瀝青混合料進行檢測，嚴格控制好鋼渣瀝青混合料的瀝青含量和級配的生產穩定性。

4.2" 鋼渣瀝青混合料路用效果評價

為了對鋼渣瀝青混合料路用性能進行綜合評價，運營方在試驗路段鋪設完成后及通車1年后對試驗路段及相鄰普通AC-13瀝青路面進行了檢測，檢測結果如表8所示。

從表8施工后數據可看出，鋼渣瀝青混合料試驗路的路面性能指標與普通AC-13瀝青混合料路面較為接近，但擺值高出10%說明其抗滑性能更為優越。這主要是因為鋼渣集料自身形狀包含許多路面紋理構造的棱角有利于路面的抗滑性能提升。通車1年后的數據也并未出現較大的衰減，路面整體性能仍達到同路段AC-13瀝青路面的水平。從外觀整體上來看，試驗路并沒有出現體積不均勻膨脹和鐵銹等現象，鋼渣瀝青混合料的瀝青膜較為均勻，未出現松散脫粒的情況，這說明鋼渣瀝青混合料在高速公路瀝青路面上面層具備工程應用可行性。

5" 結語

鋼渣瀝青混合料用于高速公路瀝青路面上面層可以實現鋼渣的高附加值利用，能夠有效緩解當前日益趨緊的礦產資源危機。從試驗路的實施來看，鋼渣瀝青混合料的配合比設計及施工工藝與常規AC-13瀝青混合料的差異較小。從實際應用效果來看，鋼渣瀝青混合料路面性能指標與常規AC-13瀝青混合料路面較為接近，在抗滑性能方面甚至表現更好。在運營1年后仍具備良好的路用性能，證明鋼渣瀝青混凝土在高速公路瀝青路面上面層具備初步實施可行性。但需要強調的是，不同鋼廠由于生產工藝上存在差別，其生產的鋼渣在性能上也存有一定差異，在后續推廣應用過程中需要針對鋼渣原材料進行嚴格檢驗，以確保鋼渣瀝青混合料能夠實現可靠應用。

［1］崔友超.鋼渣與瀝青混合料回收料用于SMA優化設計與性能研究［D］.濟南：山東大學，2023.

［2］張霄涵.鋼渣在瀝青混合料中的應用研究［D］.蘇州：蘇州科技大學，2022.

［3］劉明金，柯" 望，李闖民.摻鋼渣瀝青混合料AC-13配合比優化設計［J］.長沙理工大學學報（自然科學版），2021，18（1）：24-32.

［4］劉興成.不同鋼渣摻量的OGFC-13瀝青混合料性能研究［D］.西安：長安大學，2019.

［5］舒志強.AC-13型鋼渣—橡膠瀝青混合料表面層的熱學參數及高低溫性能研究［D］.西安：長安大學，2021.

20240421