路面工程鋼渣瀝青混凝土的試驗檢測與工程應用

摘要 文章介紹了鋼渣的陳化與過篩工藝，分析了鋼渣的制備與檢測性能指標。研究表明，鋼渣瀝青混凝土作為表面磨耗層使用具有抗滑、抗高溫車轍、抗水損害、使用性能耐久等諸多優點。鋼渣硬度高，可替代傳統玄武巖耐磨集料制備耐磨防滑的瀝青混凝土，既可消納鋼渣固廢，又可節約天然優質骨料，降低建設成本。

關鍵詞 固廢利用；鋼渣；路面工程；試驗檢測；應用

中圖分類號 U416.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0081-03

0 引言

山西省鋼渣固廢年排放約2 000萬噸，綜合利用率較低，堆放占地且污染環境，環保壓力大，急需開展源頭減量、資源化利用和無害化處置。高速公路瀝青路面表面磨耗層的優質骨料缺乏，山西省耐磨集料緊缺且價格高。

1 鋼渣的陳化與過篩

1.1 灑水陳化

將渣罐運輸的轉爐渣、電爐渣在熱潑場傾倒后，鏟運到熱燜池。熱燜過程中產生的飽和蒸汽使游離氧化鈣和游離氧化鎂充分消解，熱燜后的鋼渣具有較高的穩定性，通過篩分、破碎、磁選的工藝處理，實現鋼渣的有效回收和篩分出不同粒徑的尾渣。根據推薦選用5～10 mm、

10～15 mm兩種規格的鋼渣，5 mm以下和16 mm 以上的顆粒不應使用。根據規范要求，鋼渣中的游離氧化鈣大于3%，粉化率大于5%時不應使用。2022年12月至2023年3月期間，路面項目共計入場鋼渣17 508.6 t（其中：5～10 mm粒徑為4 356.06 t、10～15 mm粒徑為12 355.38 t、5～15 mm粒徑為797.16 t）。從鋼渣入場開始，按照鋼渣瀝青混合料面層施工工藝中質量控制要點的要求，制定陳化實施方案，并對入場存放的鋼渣進行周期性的澆水陳化。經過熱燜工藝處理后進場的鋼渣，對其進行周期性的灑水陳化，不少于6個月。

1.2 水洗過篩

待鋼渣陳化6個月后，進行水洗過篩，將覆蓋在粗顆粒表面的粉質鋼渣清洗干凈，以保證瀝青與鋼渣粗顆粒在混合料拌和過程中具有很好的黏附性。同時，可加速消解游離氧化鈣，減少表面陳化產物，提高體積的安定性。

2 鋼渣制備與檢測

2.1 鋼渣的制備

鋼渣骨料經破碎加工、水洗，篩分成5～10 mm和10～15 mm兩種規格骨料。鋼渣陳化處理后活性低，安定性穩定，壓碎值小，且經水煮、凍融和高溫加熱后變化小。此外，鋼渣硬度高、耐磨，且與瀝青黏附性優良，可在瀝青混凝土中替代傳統天然骨料。為進一步檢驗鋼渣的體積安定性，開展鋼渣骨料水煮后的壓碎值試驗，發現水煮后壓碎值增量小，具有很好的體積安定性，用作瀝青面層骨料使用不會發生體積粉化問題。鋼渣粗集料分成5～10 mm和10～15 mm兩種規格，在使用前進行水洗以減少表面粉塵污染和促進鋼渣游離氧化鈣消解。

2.2 鋼渣的檢測

對進場鋼渣粗集料進行取樣，進行各項性能指標試驗，鋼渣粉化率≤5%，游離氧化鈣含量不大于3%，鋼渣瀝青混凝土的膨脹量≤1.5%。其他各項指標應滿足規范中瀝青混合料上面層用粗集料的指標要求。ARAC-13膠粉復合改性瀝青混合料中用的3～5 mm、0～3 mm機制砂與AC-20中下面層用集料相同，均滿足施工技術規范要求。鋼渣中含有白色顆粒的鋼渣，約占鋼渣總量的4%，有部分鋼渣實質為顆粒內包裹了氧化鈣物質，在高溫環境下易發生粉化、膨脹，不利于路面的長期耐久性。若減少該顆粒含量，需在源頭控制。

3 鋼渣瀝青混凝土配合比及性能試驗

試驗段鋼渣瀝青混凝土采用AC-13間斷級配骨架密實結構，充分利用鋼渣粗集料，以形成骨架嵌擠結構，用細料填充以保證密實性。鋼渣ARAC-13瀝青混凝土的應用，使高溫穩定性與低溫穩定性、水穩定性與抗滑性等相互制約的性能得到統一與兼顧[1-2]。在鋼渣瀝青混合料配合比設計中，粗集料采用鋼渣骨料，而細料采用石灰巖機制砂。由于鋼渣與石灰巖細料、礦粉存在較大的密度差異，配合比設計時應以鋼渣骨料作為密度基準，因同樣重量的石灰巖細料和礦粉比在同等質量下的鋼渣具有較大體積，故進行密度換算，以避免細料和礦粉的實際用量過多，影響瀝青混合料的骨架作用和相關體積性能[3-4]。由于拌和站采用的最大篩網為18 mm，鋼渣篩分后存在部分超粒徑的情況，導致13.2 mm、16 mm篩孔的通過率偏低。具體見表1所示。

根據生產配合比，對成形馬歇爾試件進行浸水膨脹率試驗，試驗檢測結果見表2所示：

為了評價鋼渣瀝青混凝土的體積穩定性和使用耐久性，開展了長期60℃浸水體積膨脹試驗、浸水后劈裂強度衰減試驗、漢堡車轍試驗和動水沖刷試驗等，試驗結果均滿足要求。

4 鋼渣瀝青混凝土應用

4.1 工程情況

山西省晉城市市政道路路面工程利用山西晉城鋼鐵控股集團所產的鋼渣，根據鋼渣試驗段現場的持續觀察，發現存在表面大量白點析出的情況。為進一步加強面層的抗水損害性能，建議在后續使用中適當增加鋼渣材料的油石比，同時加強現場碾壓，以提高面層的密實性，盡可能避免雨水滲入而導致路面發生早期損壞，提高路面使用的耐久性。

（1）禮義街（丹川路—丹河西路），西起丹川路（K0+000），東至丹河西路（K0+970.546），路線全長約970.546 m，紅線寬18 m。采用雙向兩車道，標準斷面為3 m（路側帶）+12 m（車行道）+3 m（路側帶）=18 m（道路規劃紅線）。該工程自西向東與現狀丹川路、現狀玨山路、規劃丹青路、規劃環丹路、現狀丹河西路平面交叉，重要工程如下：道路工程、市政管線工程（給水、雨水、污水、電纜排管）、照明、綠化、交通設施等配套工程。

（2）丹青路（青山路—碧水路），南起青山街（K0+000），北至碧水街（K0+306.133），路線全長約306.133 m，道路紅線寬度16 m。該工程自南向北與現狀青山街、同步實施的禮義街、現狀碧水街平面交叉。重要工程如下：道路工程、市政管線工程（給水、雨水、污水）照明、綠化交通設施等配套工程。

（3）幸福路（龍門街—學苑街），南起龍門街（K0+000），北至學苑街（K1+123.732），路線全長1 123.732 m，道路紅線寬度30 m，沿線由南向北依次與現狀龍門街、雙創街、現狀桃李街、安居街、現狀學苑街平面交叉。重要工程如下：道路工程、市政管線工程（雨水、污水、給水、燃氣、強電、弱電、熱力）、照明工程、綠化工程、交通設施等工程。

（4）樂業路（龍門街—街學苑），南起龍門街（K0+000），北至學苑街（K1+123.732），路線全長1 123.732 m，沿線由南向北依次與現狀龍門街、雙創街、現狀桃李街、安居街、現狀學苑街平面交叉。重要工程如下：道路工程、市政管線工程（雨水、污水、給水、燃氣、強電、弱電、熱力）、照明工程、綠化工程、交通設施等工程。

4.2 工程應用

在生產配合比設計前開展了瀝青拌和樓標定工作，以保證各檔冷料上料速度與實際生產用量相匹配，生產過程中不出現等料、溢料的問題。通過拌和樓標定的冷料上料速度，瀝青拌和樓振動篩設置應與集料加工篩網相對應，以避免二次篩分后造成混料。生產配合比設計所需熱料，按目標配合比確定的上料速度進行上料烘干和過振動篩。拌和樓按正常生產設定各設備參數，如正常產量、集料加熱溫度、風門大小和熱料篩分頻率等開展上料的取樣工作，以保證生產的熱料具有代表性。上料時間15 min后按規范要求分別取熱料。經篩分后按目標配合比合成曲線進行生產配合比設計，要求生產配合比合成曲線在關鍵篩孔如9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm和0.075 mm與目標配合比曲線基本重合[5]。采用目標配合比確定的最佳油石比為5.7%，并在最佳油石比5.7±0.2%范圍內開展生產配合比的驗證工作，經檢測鋼渣瀝青混合料相關性能達到設計要求。在混合料生產過程中，通過取料室內成形馬歇爾試件，檢測各項試驗指標，其試驗結果如表3所示。同時，進行車轍動穩定度試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾殘留穩定度試驗、凍融劈裂試驗，以驗證鋼渣瀝青混凝土上面層的高溫、低溫及水穩定性，結果見表4～5所示。

由表3～4可以看出，由于改性瀝青上面層對于施工溫度要求較高，而混合料現場溫度易散失，改性瀝青黏度較大，雙鋼輪易在溫度較低的情況下過振導致集料壓碎，應主要采用膠輪壓路機揉搓碾壓密實，建議碾壓工藝調整如下：初壓采用一臺雙鋼輪壓路機前靜后振碾壓1～2遍；復壓采用兩臺30 t以上的膠輪壓路機碾壓4～6遍；終壓采用雙鋼輪壓路機靜壓，直至平整。同時，應加強現場的碾壓管理，碾壓時應相互緊跟，避免溫度下降過快而影響碾壓的密實性。

5 結論

綜上所述，形成以下結論：

（1）鋼渣經過水洗和陳化處理后可作為粗集料鋪筑瀝青路面。鋼渣骨料經破碎加工、水洗、篩分和陳化處理后活性低，安定性穩定、抗壓、耐磨，與瀝青的黏附性優良，在瀝青混凝土中可替代傳統天然骨料。

（2）鋼渣資源化利用可很好地解決瀝青路面表面磨耗層優質骨料（玄武巖、輝綠巖）消耗，實現鋼渣固廢在瀝青路面建設與養護中的循環再生利用。

參考文獻

[1]張海山.公路工程瀝青路面施工現場試驗檢測技術研究[J].四川建材， 2021（8）：13+16.

[2]張璠，申鐵軍.新型筑路材料在公路路面工程的試驗檢測分析[J].四川建材， 2022（9）：109-110+113.

[3]樊寧寧.試論試驗檢測對保證工程公路隧道質量的重要性[J].四川建材， 2021（8）：19-20.

[4]張智聰，申鐵軍.基于GTM設計方法的鋼渣瀝青混凝土試驗研究[J].山東交通科技， 2023（1）：70-72.

[5]申鐵軍，陳瀟，李建軍，等.山西省首例耐磨耗鋼渣SMA-13瀝青路面研究與應用[J].黑龍江交通科技， 2024（2）：17-20+26.

收稿日期：2024-07-31

作者簡介：牛敏（1994—），女，本科，工程師，主要從事公路試驗檢測工作。

通訊作者：申鐵軍（1980—），男，本科，正高級工程師，主要從事鋼渣混凝土研究工作。