不同粉膠比對(duì)鋼渣瀝青膠漿性能影響

王超磊 符浩

摘 要：鋼渣作為固體廢棄物可大量運(yùn)用于道路工程，其作為集料加入到瀝青混合料已有眾多研究，但較細(xì)的鋼渣粉與瀝青結(jié)合形成的鋼渣瀝青膠漿性能有待探討。本文外摻0.8、1.0、1.2、1.4四種配比下鋼渣替代部分瀝青，制備鋼渣瀝青膠漿進(jìn)行三大指標(biāo)測(cè)試。結(jié)果表面，隨鋼渣摻量增加，針入度與延度均有所降低；延度降低幅度遠(yuǎn)大于針入度，軟化點(diǎn)略有升高但變化不大；鋼渣摻加使瀝青膠漿變硬，高溫穩(wěn)定性略有增強(qiáng)，低溫抗裂性降低較多；綜合比較，1.0配比下的鋼渣瀝青膠漿路用性能較好。

關(guān)鍵詞：礦粉；鋼渣；瀝青；瀝青膠漿

鋼渣是煉鋼轉(zhuǎn)爐或電爐產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，在對(duì)鋼渣回收利用方面，用作低等級(jí)道路的路基填筑或者把磨細(xì)鋼渣粉用在其他方面是主要途徑[ 1 ]。鋼渣品質(zhì)與活性出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素及多數(shù)企業(yè)對(duì)瀝青混合料活性的考慮，使鋼渣的利用與發(fā)展變慢且總體消耗受很大影響。一些研究發(fā)現(xiàn)鋼渣耐磨，顆粒形狀和自然級(jí)配良好，力學(xué)性能優(yōu)于碎石，而且與瀝青粘附性良好[ 2 ]。胡光偉發(fā)現(xiàn)SMA-13及AC-13C兩種鋼渣瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均高于一般玄武巖及石灰?guī)r配制的瀝青混合料[ 3 ]。牛哲研究了南京鋼鐵聯(lián)合有限公司的鋼渣作為粗集料制備瀝青混合料的一些性能[ 4 ]。

由于物理特性相似，考慮用鋼渣代替石灰?guī)r礦粉，國(guó)內(nèi)修建了一些鋼渣瀝青路面的試驗(yàn)段。研究表明，僅25%的鋼渣替代量并不能顯著提升瀝青混凝土路用性能，如果換成更大的鋼渣取代量更有利于路用性能的提高[ 5-7 ]。近年雖然提出“去產(chǎn)能”，但多年積存的鋼渣仍需一段時(shí)間消耗。本文立足平頂山，利用當(dāng)?shù)氐奈桎撲搹S所產(chǎn)的鋼渣，探討鋼渣運(yùn)用在瀝青膠漿中的性能與特點(diǎn)。

1 原材料與試驗(yàn)方案

瀝青采樣地點(diǎn)：中亞路橋公司三工區(qū)夏李西拌合站。瀝青規(guī)格：70號(hào)A級(jí)。鋼渣采用河南舞鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣，比表面積410m2/Kg，SEM照片見圖1，其主要成分見表1，對(duì)其適當(dāng)破碎并過(guò)0.075mm方孔篩。

本文制作的鋼渣瀝青膠漿主要步驟如下：

（1）加熱至流動(dòng)狀態(tài)的瀝青分別倒入每個(gè)盆子中0.5Kg（經(jīng)計(jì)算：針入度試驗(yàn)用瀝青0.1Kg，延度試驗(yàn)用瀝青0.20Kg，軟化點(diǎn)試驗(yàn)用瀝青0.05Kg）；

（2）加熱后的一定量鋼渣粉摻入基質(zhì)瀝青中；

（3）不斷攪拌鋼渣瀝青膠漿，使鋼渣與瀝青混合均勻。

粉膠比為0.6-1.6范圍內(nèi)鋼渣瀝青膠漿性能較好[ 1 ]，本文采用的粉膠比為0.8、1.0、1.2、1.4，鋼渣與瀝青的具體用量如下表2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

制作完鋼渣瀝青膠漿試件后，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[ 8 ]要求分別進(jìn)行瀝青膠漿的針入度、延度、軟化點(diǎn)三大指標(biāo)試驗(yàn)（需要說(shuō)明的是一定嚴(yán)格按照規(guī)范要求加入蒸餾水或純凈水，不能直接加入自來(lái)水，否則對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。）并與基質(zhì)瀝青進(jìn)行比較，分析鋼渣的摻加對(duì)瀝青性能的影響，其結(jié)果分別如下圖2、3及表3所示。

從圖2看出：15℃時(shí)只有1.0配比下鋼渣瀝青膠漿的針入度值大于基質(zhì)瀝青，總體來(lái)說(shuō)在此溫度下針入度數(shù)值差別不大。25、30℃時(shí)鋼渣瀝青膠漿的針入度下降明顯，數(shù)值大體為基質(zhì)瀝青的30～70%，1.0粉膠比下的鋼渣瀝青膠漿針入度較大，也最接近基質(zhì)瀝青。因此1.0粉膠比（瀝青與鋼渣等量）下的瀝青膠漿性能較好，其余配比下瀝青針入度下降明顯，顯示瀝青變硬。此時(shí)的鋼渣瀝青膠漿運(yùn)用在路面上，會(huì)適當(dāng)提高路面的高溫穩(wěn)定性，但是低溫性能需要進(jìn)一步研究確定。

從圖3看出：不同配比下鋼渣的摻入使瀝青膠漿的延度劇烈下降，下降幅度超過(guò)80%。隨粉膠比增加，鋼渣瀝青膠漿延度值逐漸變小，但降低范圍不大。1.4粉膠比時(shí)的延度值最小，此時(shí)的瀝青膠漿可塑性低，容易發(fā)生脆斷現(xiàn)象，0.8粉膠比下的延度值最大，但是稀稠，硬度不高，1.0粉膠比下的延度值在4種粉膠比中偏高。

比較表3中不同配比下的數(shù)值看出：鋼渣摻入基本上使瀝青膠漿的軟化點(diǎn)有所升高；0.8粉膠比下略有降低，其余配比下軟化點(diǎn)均有所升高，但升高幅度不大，都在8℃以內(nèi)。結(jié)合之前針入度結(jié)果可以說(shuō)明，鋼渣瀝青膠漿較基質(zhì)瀝青相比，高溫穩(wěn)定性有所提升。

綜合考慮幾種配下鋼渣瀝青膠漿性能，1.0粉膠比下的針入度有適當(dāng)下降，延度下降很明顯，軟化點(diǎn)有所升高；說(shuō)明此配比下的鋼渣瀝青膠漿低溫抗裂性降低明顯，高溫穩(wěn)定性有適當(dāng)提高。其余0.8、1.2、1.4三個(gè)配比下鋼渣瀝青膠漿的高溫性能有一定的提高，但低溫抗裂性下降過(guò)大，難以在一般地區(qū)使用。

3 結(jié)論

通過(guò)四種不同粉膠比下鋼渣瀝青膠漿與基質(zhì)瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

（1）摻加鋼渣使瀝青膠漿的針入度值有所降低，延度劇烈下降，軟化點(diǎn)有所升高；

（2）鋼渣摻加對(duì)道路的高溫穩(wěn)定性有所改善，但道路的低溫抗裂性嚴(yán)重下降，容易發(fā)生脆斷現(xiàn)象，在低溫且對(duì)道路抗裂性要求嚴(yán)格要求的地區(qū)慎重使用鋼渣瀝青膠漿；

（3）1.0粉膠比下的鋼渣瀝青膠漿稠度適宜且硬度較高，綜合路用性能高于其它配比；

（4）1.0粉膠比下的鋼渣瀝青膠漿有較好的高溫穩(wěn)定性，但低溫抗裂性較差，所以建議在我國(guó)南方高溫地區(qū)使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝君.鋼渣瀝青混凝土的制備、性能與應(yīng)用研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.

[2] 歐陽(yáng)異.高粘度基質(zhì)瀝青及混合料試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2007.

[3] 胡光偉，王坤.不同混合料類型的鋼渣瀝青混凝土高溫性能研究[J].道路工程2015.（4）：11-14.

[4] 牛哲.鋼渣瀝青混合料的制備與性能研究[D].東南大學(xué)，2016.

[5] 吳少鵬，薛永杰.鋼渣SMA的研究[R]第八屆國(guó)際交通新技術(shù)應(yīng)用大會(huì)，2004.

[6] 韓海峰，水作用下瀝青混合料永久變形特性的表現(xiàn)形式[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)2003.16（4）.

[7] 薛永杰，吳少鵬，廖衛(wèi)東，等.鋼渣在武黃高速公路加鋪工程中的應(yīng)用研究[C].湖北省公路交通科技，2004.

[8] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[JTG E20-2011].北京：人民交通出版社，2011.