鋼渣在市政工程中的應(yīng)用研究

焦 利 敏

(太原市筑鑫市政工程檢測(cè)有限公司，山西 太原 030006)

鋼渣在市政工程中的應(yīng)用研究

焦 利 敏

(太原市筑鑫市政工程檢測(cè)有限公司，山西 太原 030006)

從膠結(jié)料、集料、組成設(shè)計(jì)等方面入手，分析了水泥鋼渣穩(wěn)定材料和瀝青鋼渣混合料的技術(shù)性能，并對(duì)鋼渣的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析研究，指出將鋼渣替代砂石集料運(yùn)用于市政道路工程中，不僅有利于節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)，還可以節(jié)約建筑企業(yè)成本、實(shí)現(xiàn)煉鋼企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

鋼渣，水泥，瀝青，膠結(jié)料，性能，指標(biāo)

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的不斷加大，各種建筑材料供不應(yīng)求，尤其以砂石材料更為明顯。在巨大的市場(chǎng)誘導(dǎo)下，各地對(duì)于資源的開(kāi)采近乎瘋狂狀態(tài)，導(dǎo)致植被破壞，生態(tài)失衡的事件屢屢發(fā)生。而本文所述內(nèi)容就是探討可再生的資源——鋼渣，以及鋼渣在建筑領(lǐng)域的廣闊作為。鋼渣是鋼鐵企業(yè)熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的廢料。我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)，鋼渣的產(chǎn)量也是一個(gè)天文數(shù)字，研究鋼渣很有現(xiàn)實(shí)的意義。鋼渣的主要成分是氧化硅、氧化鈣等氧化物，經(jīng)檢測(cè)鋼渣硬度高，壓碎值遠(yuǎn)低于普通石料，是一種寶貴的資源。而如果將鋼渣替代砂石集料，不僅有利于節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)，還是建筑行業(yè)節(jié)約成本和煉鋼企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏之路。本文通過(guò)筆者的試驗(yàn)研究，以客觀翔實(shí)的數(shù)據(jù)證明鋼渣在道路工程當(dāng)中大有用武之地，值得普遍推廣使用。

1 鋼渣路面基層穩(wěn)定材料研究

筆者研究對(duì)比了兩種情況：1)以水泥為膠結(jié)料的水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能；2)以礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能。

1.1 以水泥為膠結(jié)料的水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能

1)膠結(jié)料。本次試驗(yàn)用水泥為山西廣廈水泥，礦渣硅酸鹽32.5級(jí)。取樣試驗(yàn)后，各檢測(cè)項(xiàng)目均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥檢測(cè)指標(biāo)

2)集料。本次試驗(yàn)用水泥穩(wěn)定材料的集料，全部用太鋼產(chǎn)鋼渣材料，取代傳統(tǒng)的石灰?guī)r碎石集料。經(jīng)試驗(yàn)，各檢測(cè)項(xiàng)目均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。表2是鋼渣集料取樣試驗(yàn)后的技術(shù)指標(biāo)。通過(guò)觀察，可以看出，鋼渣的表觀相對(duì)密度是很大的，一般石灰?guī)r的表觀相對(duì)密度為2.5～3.0左右，輝綠巖的表觀相對(duì)密度可達(dá)到2.9，鋼渣的表觀相對(duì)密度在3.2以上。而鋼渣的壓碎值卻很小，遠(yuǎn)小于普通石料。這足以說(shuō)明，用鋼渣作為路面集料堅(jiān)固耐磨，可大幅提升道路的使用性能。

表2 鋼渣集料取樣試驗(yàn)后的技術(shù)指標(biāo)

3)組成設(shè)計(jì)。把經(jīng)過(guò)破碎加工后的各種規(guī)格的鋼渣進(jìn)行篩分合成，可以得出一條符合JTJ 034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范的合成級(jí)配曲線，從而確定出水泥鋼渣穩(wěn)定材料的組成配比為：10 mm～20 mm ∶5 mm～10 mm ∶0 mm～5 mm=31% ∶27% ∶42%。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)，得出混合料最佳含水量5.6%，最大干密度2.645 g/cm3；再經(jīng)過(guò)EDTA滴定得出結(jié)合料劑量為3%時(shí)的EDTA耗量為7.2 mL。結(jié)合料劑量為5%時(shí)的EDTA耗量為11.2 mL。然后，分別按照3%，5%的水泥劑量和已知的各種鋼渣比例稱(chēng)量拌合，并且在壓力機(jī)上各成型13組試件，脫模后放標(biāo)養(yǎng)室20 ℃，95%濕度環(huán)境中養(yǎng)生7 d。

4)水泥鋼渣穩(wěn)定材料性能驗(yàn)證。將養(yǎng)生7 d的試件從標(biāo)養(yǎng)室取出，簡(jiǎn)單擦拭其表面的水珠，即上無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)測(cè)3%，5%的水泥鋼渣穩(wěn)定材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為5.4 MPa，6.8 MPa。

5)水泥鋼渣穩(wěn)定材料小結(jié)。由4)中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鋼渣用于道路的水泥穩(wěn)定層中，尤為可行，而且用鋼渣做集料后水泥穩(wěn)定基層無(wú)論是3%或是5%的水泥劑量的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，都高于用普通碎石做集料的水泥穩(wěn)定基層強(qiáng)度。這足以證明鋼渣的使用價(jià)值。

1.2 以礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料性能

1)礦渣超細(xì)粉。礦渣超細(xì)粉是以?；郀t礦渣為主要原料，摻加少量石膏磨制成細(xì)度比表面積不小于500 m2/kg的灰白色粉狀物質(zhì)。礦渣超細(xì)粉的用途是在水泥中摻合以及在混凝土中添加，主要作用是提高水泥、混凝土的強(qiáng)度，改善混凝土的和易性、提高早強(qiáng)、減少水化熱等?？傻攘刻娲炷良八嘀破分械乃嘤昧浚梢悦黠@的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。同時(shí)也可直接和生產(chǎn)的熟料粉攪拌后配制新型礦渣水泥，節(jié)約熟料而水泥性能不降低。本項(xiàng)試驗(yàn)使用礦渣超細(xì)粉完全替代水泥，單獨(dú)作為膠結(jié)料來(lái)拌制鋼渣穩(wěn)定材料。

2)集料。本次用礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料試驗(yàn)，集料仍然全部用太鋼產(chǎn)鋼渣材料，各型號(hào)鋼渣集料的檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表2。

3)組成設(shè)計(jì)。將10 mm～20 mm，5 mm～10 mm，0 mm～5 mm三種規(guī)格的鋼渣進(jìn)行篩分合成，確定出符合JTJ 034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范的合成級(jí)配曲線，采用計(jì)算機(jī)人機(jī)對(duì)話方式得出礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料的組成配比為：10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm=27%∶31%∶42%。通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)，得出混合料最佳含水量5.9%，最大干密度2.585 g/cm3；采用外摻方式，摻入5%礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料攪拌，并且按照1.1中3)的方法成型試件。脫模后放標(biāo)養(yǎng)室20 ℃，95%濕度環(huán)境中養(yǎng)生7 d。

4)礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料性能驗(yàn)證。將養(yǎng)生7 d的試件依次上無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試壓，實(shí)測(cè)礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為5.5 MPa。

5)礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料小結(jié)。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，用5%的礦渣超細(xì)粉為膠結(jié)料的鋼渣穩(wěn)定材料，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高于用普通碎石做集料的水泥穩(wěn)定材料強(qiáng)度。這說(shuō)明礦渣超細(xì)粉鋼渣穩(wěn)定材料是一種新型的路面穩(wěn)定材料，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義非常重大。

2 鋼渣瀝青路面混合料性能研究

本試驗(yàn)?zāi)康氖翘接懹娩撛牧咸娲胀ㄋ槭虾蜑r青拌合后其瀝青鋼渣混合料的技術(shù)性能。根據(jù)材料規(guī)格，以AC-20為研究對(duì)象。

2.1 膠結(jié)料

以韓國(guó)SK普通90A級(jí)瀝青作為此項(xiàng)試驗(yàn)的膠結(jié)材料，指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 90A級(jí)瀝青指標(biāo)

2.2 集料

本項(xiàng)試驗(yàn)用全部集料采用太鋼產(chǎn)鋼渣材料，規(guī)格為10 mm～20 mm，5 mm～10 mm，0 mm～5 mm，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。填料仍采用普通石灰?guī)r磨細(xì)礦粉。

2.3 組成設(shè)計(jì)

根據(jù)JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)要求，對(duì)各規(guī)格型號(hào)鋼渣集料，礦粉填料進(jìn)行篩分，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算得出符合AC-20瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的合成級(jí)配曲線，確定出各組成材料的配比為10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶礦粉=31%∶32%∶33%∶4%，瀝青外摻，油石比為4.7%。

2.4 鋼渣瀝青路面混合料性能驗(yàn)證

將鋼渣集料、填料、瀝青按照2.3中所述配方進(jìn)行配料拌合，并進(jìn)行試件擊實(shí)成型。分別做馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。表4為鋼渣瀝青路面混合料的試驗(yàn)結(jié)果。

表4 鋼渣瀝青路面混合料試驗(yàn)結(jié)果

2.5 鋼渣瀝青路面混合料性能小結(jié)

通過(guò)對(duì)表4的性能觀察，發(fā)現(xiàn)鋼渣瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)要求。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

綜上所述，在本文第1節(jié)和第2節(jié)內(nèi)容中，鋼渣無(wú)論是作為鋼渣路基，還是鋼渣瀝青路面都擁有非常優(yōu)異的技術(shù)性能。在采購(gòu)單價(jià)上，鋼渣也擁有無(wú)可比擬的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。目前，太原市每立方米石子集料的采購(gòu)價(jià)一般在80元左右，而鋼渣作為煉鋼廠的工業(yè)廢渣，一般40元左右即可購(gòu)買(mǎi)。以太原市一年平均修路20 km計(jì)算，如果按普通石灰?guī)r，需要160萬(wàn)m3材料，共計(jì)需要人民幣12 800萬(wàn)元，如果用鋼渣材料替代石灰?guī)r則可節(jié)省約5 000萬(wàn)元，市場(chǎng)前景非常廣闊。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼渣作為煉鋼廠的工業(yè)廢渣，若不能循環(huán)利用，必將對(duì)環(huán)境造成巨大破壞，經(jīng)濟(jì)上也要負(fù)擔(dān)巨大的費(fèi)用。在以前太原市也進(jìn)行過(guò)鋼渣的一些簡(jiǎn)單研究，是將高溫鋼渣運(yùn)至工地，直接傾倒路床做基層。然其未進(jìn)行過(guò)完全分解，仍有大部分游離氧化鈣在通車(chē)后，遇水不斷分解，體積不斷膨脹，產(chǎn)生路面的破壞。這是人們對(duì)鋼渣的早期研究不夠細(xì)化深入所致。本文所述鋼渣是指鋼渣從車(chē)間出廠后，加水熱悶48 h，使其中的游離氧化鈣成分充分分解、粉化，達(dá)到飽和穩(wěn)定的狀態(tài)，才予以使用。因此，本文所論鋼渣與以前簡(jiǎn)單的鋼渣料有本質(zhì)的不同。當(dāng)前，面對(duì)自然資源的過(guò)度使用，面對(duì)鋼鐵企業(yè)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的迫切需求，鋼渣項(xiàng)目在市政道路工程中的推廣運(yùn)用必將有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

[1] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

Application research of slag in municipal engineering

JIAO Li-min

(Taiyuan Zhuxin Municipal Engineering Detection Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Starting from aspects of binder, aggregate and organization design, the paper analyzes cement slag stability material and asphalt mixture technology performance, studies slag economy performance, and points out that: applying slag into municipal highway engineering can not only save energy consumption and protect environment but also save construction enterprise cost, which realizes sustainable development of steel enterprises.

slag, cement, asphalt, binder, performance, index

1009-6825(2014)31-0212-02

2014-08-28

焦利敏(1976- )，男，工程師

TU511

A