鋼渣在瀝青混凝土中的實(shí)踐應(yīng)用分析

（太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西太原030020）

當(dāng)前階段，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度不斷增強(qiáng)，公路工程的覆蓋范圍也越來越大，但在對(duì)公路工程進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，通常會(huì)需要大量的施工材料，而對(duì)天然砂石進(jìn)行大規(guī)模的開采，不僅成本投入較高，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞，而如果能夠使用鋼渣來代替土石料，不僅能夠保證工程的建設(shè)質(zhì)量，降低工程的成本投入，還能減少鋼鐵行業(yè)的資源消耗，這對(duì)于國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深化具有非常積極的作用，因此，針對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深入的研究是很有必要的。

1 鋼渣的理化性質(zhì)

通常鋼渣的外觀顏色均為黑灰色，看上去與結(jié)塊之后的水泥熟料較為相似，由于其中含有鐵粒所以具有較大的硬度，密度則可以達(dá)到1700-2000kg/m3，鋼渣的形成溫度一般為1500℃-1700℃，在高溫狀態(tài)下表現(xiàn)為液態(tài)，冷卻之后會(huì)逐漸變?yōu)閴K狀。而鋼渣的化學(xué)成分主要包括：鐵元素、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅、氧化亞鐵、氧化亞錳、五氧化二磷、五氧化二釩以及二氧化鈦等等，其成分的波動(dòng)范圍相對(duì)較大。鋼渣的主要特點(diǎn)就是鐵的氧化物會(huì)以鐵元素和氧化亞鐵的形式存在。通常在鋼渣當(dāng)中都會(huì)含有一定的五氧化二磷，這也是鋼渣礦物形成的關(guān)鍵。鋼渣自身的礦物構(gòu)成往往會(huì)受到鋼渣化學(xué)成分的影響，尤其是鋼渣堿度在此期間發(fā)揮著巨大的作用。例如，低堿度鋼渣，其成分主要為氧化鐵，固溶有氧化鈣及氧化錳。而高堿度鋼渣則主要包含氧化錳、氧化鎂以及氧化亞鐵構(gòu)成的固溶體。對(duì)于鋼渣礦物組成來說，一般會(huì)含有較多的硅酸三鈣及硅酸二鈣，能夠保持較高的活性，所以在水泥生產(chǎn)中較為適用。另外，在低堿度鋼渣中，氧化鎂主要是以鎂薔薇輝石礦物的形式存在，而在高堿度鋼渣中，其主要在二價(jià)金屬離子氧化物當(dāng)中，所以不會(huì)造成穩(wěn)定性不良的情況。同時(shí)，在各種堿度的鋼渣中，都含有游離氧化鈣，其在分解的過程中，會(huì)造成體積膨脹的情況，進(jìn)而影響鋼渣的有效應(yīng)用，因此，在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)該保持注意[1]。

2 鋼渣在瀝青混凝土中的應(yīng)用

2.1 當(dāng)做粗骨料在瀝青混凝土當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用

某單位利用鋼渣瀝青混凝土進(jìn)行公路工程的施工建設(shè)，主要將鋼渣當(dāng)做粗骨料用于公路路面施工，在完成施工一個(gè)月以后，工程的路面表層具有較高的平整度，而且顆粒分布較為均勻。路面沒有膨脹或者是擁包現(xiàn)象存在，盡管路表面由于施工留有一些微小的裂紋，但卻并沒有出現(xiàn)松散以及開裂等典型的路面病害問題，公路整體的路用性能良好。

在案例工程當(dāng)中，鋼渣瀝青混凝土設(shè)計(jì)的油石比為6.3%，相比于常規(guī)的石灰石礦粉瀝青混凝土，其油石比相對(duì)較高，之所以要如此設(shè)計(jì)，主要是由于鋼渣表面通常會(huì)有一些微孔，表現(xiàn)為松散多孔狀，所以會(huì)對(duì)瀝青產(chǎn)生較大的吸附作用，大量瀝青滲透到鋼渣微孔當(dāng)中，會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)瀝青，而這會(huì)使鋼渣和瀝青產(chǎn)生較高的粘附性。

與此同時(shí)，鋼渣當(dāng)中具有大量的鐵元素，所以其表現(xiàn)出的多為金屬性質(zhì)，對(duì)于熱量的傳導(dǎo)效率相對(duì)較快。將其當(dāng)做粗骨料和改性瀝青共同拌制以后，會(huì)產(chǎn)生較快的熱量散失速度，所以在進(jìn)行攤鋪操作時(shí)，要將拌合場(chǎng)地與施工現(xiàn)場(chǎng)的間距盡量縮短，并且要保留較高的下料溫度[2]。

在對(duì)鋼渣瀝青混凝土進(jìn)行攤鋪以后，壓路機(jī)應(yīng)該緊隨其后進(jìn)行碾壓操作，初壓階段需要使用振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行操作，在15米的范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)碾壓，具體需要進(jìn)行3遍碾壓之后，才能通過膠輪壓路機(jī)落實(shí)復(fù)壓操作，如此才能滿足施工的相關(guān)需要。

由于鋼渣主要是在冶煉廠煉鋼期間產(chǎn)生的副產(chǎn)品，所以，通常會(huì)被當(dāng)做廢料進(jìn)行處理，將其應(yīng)用在瀝青混凝土當(dāng)中，能夠?qū)⑹┕げ牧系某杀就度胗行Ы档汀?/p>

為了進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化鋼渣的應(yīng)用效果，相關(guān)技術(shù)人員在工程完成施工并應(yīng)用5年以后對(duì)工程性能進(jìn)行了全面的檢查，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，工程的摩擦系數(shù)以及滲水結(jié)果都表現(xiàn)良好，而且在長(zhǎng)期使用的情況下，其路面依然具備較高的平整度，遭受水損害的現(xiàn)象并不多見，而這也說明將鋼渣當(dāng)做粗骨料，能夠與瀝青產(chǎn)生較高的粘附性，不容易出現(xiàn)水剝離的情況，且測(cè)試結(jié)果也凸顯了鋼渣良好的耐磨性能。除此之外，工作人員還進(jìn)行了以下測(cè)試，使得鋼渣應(yīng)用的可行性得到了有效的驗(yàn)證。

第一，高溫穩(wěn)定試驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)主要是為了對(duì)高溫條件下鋼渣瀝青混凝土的抗荷載能力進(jìn)行檢驗(yàn)，需要保證其路面平整度，避免永久性變形問題的出現(xiàn)才能滿足相關(guān)工程的使用需要。因此，需要結(jié)合相關(guān)規(guī)定，通過車轍試驗(yàn)對(duì)鋼渣瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)評(píng)，主要是借助標(biāo)準(zhǔn)輪碾法進(jìn)行測(cè)試，在特定的輪碾條件及溫度條件下對(duì)試件表面進(jìn)行反復(fù)碾壓，并對(duì)反復(fù)碾壓之后的車轍深度進(jìn)行測(cè)定。經(jīng)測(cè)試以后，可以確定，使用鋼渣完全代替粗細(xì)骨料以后，其試塊在高溫環(huán)境下具有良好的穩(wěn)定性，而僅使用鋼渣作為粗骨料的試塊則略微次之，但也比全石灰?guī)r形式的瀝青混凝土試塊穩(wěn)定性高。除此之外，由于鋼渣表面紋理較為粗糙，其棱角豐富，而且與立方體較為接近，所以其更容易構(gòu)成緊密的結(jié)構(gòu)，這會(huì)使瀝青混凝土的抗剪性能得到進(jìn)一步的提升[5]。

第二，膨脹性試驗(yàn)。鋼渣受到自身的化學(xué)成分影響，其中的錳和鐵會(huì)以低化合價(jià)離子以及硫的形式形成化合物，但在其遇水以后會(huì)有氫氧化物形成，進(jìn)而導(dǎo)致鋼渣出現(xiàn)體積增大的情況，而若是膨脹反應(yīng)產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力，就可能會(huì)出現(xiàn)錳分離以及鐵分離的情況，導(dǎo)致鋼渣出現(xiàn)碎裂成酥的現(xiàn)象。因此，為了檢測(cè)鋼渣作為集料時(shí)的膨脹性，工作人員結(jié)合相關(guān)規(guī)程對(duì)鋼渣膨脹性進(jìn)行了測(cè)試。具體需要制作3個(gè)馬歇爾試件，通過游標(biāo)卡尺對(duì)浸水之前的試件高度及直徑進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而獲得其初始體積，隨后準(zhǔn)備一個(gè)60℃±1℃的水箱對(duì)試件進(jìn)行浸泡，在浸泡時(shí)間達(dá)到72小時(shí)以后，將試塊取出對(duì)其高度及直徑進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算浸泡之后的體積，最后計(jì)算試塊的膨脹率。經(jīng)測(cè)試以后，可以確定鋼渣具有良好的穩(wěn)定性，不會(huì)由于體積發(fā)生膨脹對(duì)路面穩(wěn)定性造成不利影響，因此，可以在瀝青混凝土當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用。且在鋼渣摻入到瀝青混凝土以后，瀝青混凝土不會(huì)出現(xiàn)較大的膨脹量，這主要是因?yàn)殇撛?dāng)中含有的游離氧化鎂以及游離氧化鈣相對(duì)較多，而提高瀝青用量則可以避免水分對(duì)集料的影響，能夠使瀝青混凝土更加穩(wěn)定[6]。

第三，低溫抗裂性測(cè)試。在進(jìn)入冬季以后，由于溫度相對(duì)較低，所以瀝青面層經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)體積收縮的情況，但受到周圍材料以及基層結(jié)構(gòu)的約束，瀝青混凝土往往無法進(jìn)行自由的收縮，并在結(jié)構(gòu)層當(dāng)中形成溫度應(yīng)力。特別是在氣溫急劇下降的情況下，溫度應(yīng)力無法得到及時(shí)的化解，在這種情況下，非常容易在瀝青路面當(dāng)中產(chǎn)生裂縫問題，并對(duì)工程造成損壞，降低工程的質(zhì)量。而為了對(duì)鋼渣瀝青混凝土自身的低溫抗裂性進(jìn)行測(cè)評(píng)，工作人員也結(jié)合了相關(guān)規(guī)定實(shí)施了低溫彎曲試驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)需要在-10℃以下進(jìn)行，且試驗(yàn)速率應(yīng)保持50mm/min，在石灰?guī)r以及鋼渣瀝青混合料試塊上施加集中荷載，使其斷裂，并對(duì)至其破壞的彎拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)測(cè)試以后確定，石灰?guī)r瀝青混凝土試塊具有較高的抗彎拉應(yīng)變能力，而使用鋼渣作為粗骨料的瀝青混凝土試塊其抗彎拉應(yīng)變值則相對(duì)較小。這主要是受到混凝土內(nèi)部懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)影響造成的[7]。

2.2 對(duì)磨細(xì)鋼渣粉進(jìn)行應(yīng)用

在工程面層施工中，對(duì)磨細(xì)鋼渣粉進(jìn)行應(yīng)用，將其作為填料制備鋼渣瀝青混凝土，可以將傳統(tǒng)施工的石灰石礦粉取代，其不僅應(yīng)用方法較為簡(jiǎn)單，而且在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也非常的廣泛。但在對(duì)磨細(xì)鋼渣粉進(jìn)行具體應(yīng)用的過程中還需要對(duì)以下工作加以落實(shí)[3]。

2.2.1 室內(nèi)試驗(yàn)

在瀝青混凝土的制備中，花崗巖的應(yīng)用非常廣泛，通常是作為粗集料或者是細(xì)集料進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用能夠有效降低瀝青混凝土的生產(chǎn)成本。但想要在實(shí)際施工中進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，還需要在試驗(yàn)室當(dāng)中，做好性能監(jiān)測(cè)工作。

凍融循環(huán)試驗(yàn)。通過試驗(yàn)可以確定，石灰石礦粉自身的馬歇爾劈裂強(qiáng)度比僅有72.8%，所以并不能對(duì)高速公路的施工要求加以滿足，而磨細(xì)鋼渣粉在馬歇爾劈裂強(qiáng)度比方面則可以達(dá)到93.2%，而且經(jīng)過3次凍融以后，其劈裂強(qiáng)度仍然可以達(dá)到75.6%。另外，對(duì)經(jīng)過3次凍融以后的試件進(jìn)行觀察可以確定，加入鋼渣粉的試件整體較為完整，而且掉粒情況相對(duì)較少。而石灰石礦粉試件經(jīng)過3次凍融以后，其表面出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的顆粒脫離現(xiàn)象，并且試件當(dāng)中的粗骨架結(jié)構(gòu)已經(jīng)外露，由此可以判斷，石灰石礦粉試件更容易出現(xiàn)水損壞的問題[4]。

2.2.2 磨細(xì)鋼渣粉試驗(yàn)段

為了將磨細(xì)鋼渣粉應(yīng)用期間的穩(wěn)定性問題有效解除，必須要將其放置在高溫條件下，或者是浸水條件下2-3天，并在烘干以后，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用。另外，相關(guān)人員在吸取上述案例經(jīng)驗(yàn)以后，對(duì)工程的鋪筑工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。由于磨細(xì)鋼渣粉具有較快的散熱速度，所以，同樣需要在攤鋪以后立即進(jìn)行碾壓，避免鋼渣瀝青混凝土溫度過低影響壓實(shí)質(zhì)量。在攤鋪機(jī)完成混合料的鋪設(shè)以后，利用膠輪壓路機(jī)在10米的范圍內(nèi)進(jìn)行3-4次的碾壓，通過膠輪的有效碾壓，瀝青混凝土當(dāng)中的花崗巖骨料能夠得到充分的揉搓，防止堅(jiān)硬的粗骨料出現(xiàn)層疊或者是凸起的情況，使骨料能夠保持嵌擠、均勻、立體的結(jié)構(gòu)。在此之后，還要借助振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行2-4次復(fù)壓，以此來保證壓實(shí)操作的效果。最后，終壓操作也要使用膠輪壓路機(jī)來實(shí)現(xiàn)，要通過科學(xué)的碾壓有效提升路面施工的平整度[8]。

在鋪筑施工完成7天，瀝青路面徹底冷卻以后，還需要相關(guān)人員針對(duì)路面實(shí)施鉆芯取樣測(cè)試，而且要利用體積法對(duì)其孔隙率進(jìn)行計(jì)算，鉆芯取樣操作應(yīng)該以200米為間隔進(jìn)行實(shí)施。經(jīng)測(cè)試以后，可以確定花崗巖顆粒適中，且砂漿和大顆粒之間具有良好的粘結(jié)效果，另外，試樣結(jié)構(gòu)較為緊湊，沒有明顯的孔洞存在，而這種結(jié)構(gòu)對(duì)于水損害具有較高的抵抗力。同時(shí)為了對(duì)路面壓實(shí)情況進(jìn)行全面的掌握，可以采集24個(gè)試件，且這些試件必須要在試驗(yàn)段的左右兩側(cè)均勻提取[9]。

3 結(jié)語

綜上所述，在瀝青混凝土當(dāng)中對(duì)鋼渣進(jìn)行應(yīng)用，能夠使瀝青混凝土的性能得到有效的提升，這對(duì)于鋼渣瀝青混凝土的有效應(yīng)用，以及國家建設(shè)工作的開展具有非常重要的意義，因此，相關(guān)領(lǐng)域一定要對(duì)鋼渣的應(yīng)用保持高度的重視，要結(jié)合實(shí)際需求，對(duì)鋼渣的性能進(jìn)行深入的研究，并在工程建設(shè)當(dāng)中進(jìn)行合理的應(yīng)用，使其能夠在工程建設(shè)當(dāng)中發(fā)揮更大的作用。