工業(yè)固廢鋼渣改良黃土路床研究

李俊濤

摘要：調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，甘肅省工業(yè)固廢累計(jì)儲(chǔ)存量約為8.9億t，綜合利用率不足14%，固廢的大量堆積、廢棄不僅占用大量土地資源，而且使原本就脆弱的生態(tài)環(huán)境更加雪上加霜。同時(shí)甘肅省中、東部地區(qū)為黃土高原，黃土的崩解性對(duì)工程建筑特別是水利工程和道路工程危害很大，利用煉鋼廢渣作為改良材料，能夠解決黃土地區(qū)公路路基濕陷性問題，提高公路修筑質(zhì)量與抗災(zāi)能力，減少公路病害，確保公路行車安全性與舒適性，減少了經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)效應(yīng)，避免了渣灰棄置帶來的土地、水源和環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土處置?工業(yè)固廢利用?鋼渣改良黃土?低碳綠色發(fā)展

中圖分類號(hào)：?U416.1???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research?on?the?Improvement?of?Industrial?Solid?Scrap?Slag?on?the?Loess?Roadbed

LI?Juntao

（Gansu?Province?Highway?Traffic?Construction?Group?Co.，Ltd.，Lanzhou，Gansu??Province，730000?China）

Abstract：?According?to?the?survey?data，?the?cumulative?storage?of?industrial?solid?waste?in?Gansu?Province?is?about?890?million?tons，?and?the?comprehensive?utilization?rate?is?less?than?14%.?The?massive?accumulation?and?abandonment?of?solid?waste?not?only?occupy?a?lot?of?land?resources，?but?also?make?the?already?fragile?ecological?environment?worse.?At?the?same?time，?the?central?and?eastern?regions?of?Gansu?Province?are?the?loess?plateau，?and?the?disintegration?of?loess?is?very?harmful?to?engineering?buildings，?especially?water?conservancy?projects?and?road?projects.?The?use?of?steel-making?slag?as?an?improved?material?can?solve?the?problem?of?collapsibility?of?the?highway?subgrade?in?the?loess?region，?improve?the?construction?quality?and?anti-disaster?ability?of?the?highway，?reduce?highway?diseases，?ensure?the?safety?and?comfort?of?highway?traffic，?reduce?economic?losses?and?adverse?social?effects，?and?avoid?the?pollution?of?land，?water?and?environment?caused?by?slag?and?ash?disposal.

Key?Words：?Collapsible?loess?treatment;?Industrial?solid?waste?utilization;?Steel?slag?improving?loess;?Low-carbon?and?green?development

1研究背景

1.1黃土地區(qū)公路路基濕陷性問題

甘肅省中、東部地區(qū)為黃土高原，黃土分布積約為12萬km2。主要分布在隴西和隴東兩區(qū)。黃土是具有大孔隙結(jié)構(gòu)，富含碳酸鹽等易溶鹽成分，對(duì)水特別敏感，遇水即崩解的特殊土。其崩解性對(duì)工程建筑特別是水利工程和道路工程危害很大，其危害表現(xiàn)在定量上的不可忽視性和在定性上的急速發(fā)展性。截至目前，國內(nèi)因黃土濕陷導(dǎo)致工程建筑物塌陷破壞的實(shí)例比比皆是[1]。所以，在黃土覆蓋層上進(jìn)行公路工程建設(shè)，通常需要對(duì)黃土地基進(jìn)行處理。

1.2砂石、水泥等筑路資源匱乏

截至“十三五”末，甘肅省公路通車?yán)锍踢_(dá)到15.4?km，其中高速公路?6?000余km?！笆奈濉睍r(shí)期，為加快區(qū)域協(xié)同聯(lián)動(dòng)發(fā)展，推進(jìn)交通強(qiáng)國戰(zhàn)略實(shí)施，甘肅省將在2025年高速通車?yán)锍踢_(dá)8?000?km，國家高速公路甘肅境內(nèi)待貫通路段全面建成，省級(jí)高速骨干網(wǎng)絡(luò)基本形成，高速公路縣級(jí)節(jié)點(diǎn)覆蓋率達(dá)100%。包括國省高速及在建和已規(guī)劃高速達(dá)6?000多km，投資總額約?8?000?億元。交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，可以全面帶動(dòng)上下游經(jīng)濟(jì)及就業(yè)，并對(duì)各類自然資源和能源需求巨大。據(jù)估計(jì)，“十四五”僅公路建設(shè)對(duì)砂石需求超1億m3，水泥需求7?000萬t，距甘肅省筑路材料市場(chǎng)需求有很大的差距。甘肅省各地層分布較廣，巖石品種齊全，主要分布花崗巖、輝綠巖、閃長(zhǎng)巖、安山巖等，但區(qū)域分布極為不均，巖質(zhì)參差不齊。尤其是路面石料，對(duì)巖石物理學(xué)力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)要求高，致使部分工程項(xiàng)目嚴(yán)重缺乏合格石料。2020年甘肅省水泥產(chǎn)量超過4?500萬t，占全國水泥產(chǎn)2.1%。但是存在區(qū)域化分布差異顯著，?目前有水泥生產(chǎn)線38條，其中蘭州周邊年產(chǎn)量1?887萬t，占比43.4%。而甘肅省公路工程所用瀝青材料全部來自進(jìn)口或外省。?砂石產(chǎn)業(yè)和水泥產(chǎn)業(yè)是公路建設(shè)的主要材料來源，同時(shí)也是資源消耗和能源消耗大戶，在目前國家嚴(yán)格的環(huán)保政策壓力下，在實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展背景下，砂石開采和水泥生產(chǎn)將嚴(yán)重受限，筑路材料匱乏現(xiàn)象日益凸顯。

1.3甘肅省工業(yè)固廢體量大、利用率低

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，甘肅省工業(yè)固廢累計(jì)儲(chǔ)存量為8.9億t，綜合利用率不足14%，?甘肅省主要固體廢物的產(chǎn)量如下：尾礦（3?138萬t/a）＞粉煤灰（422萬t/a）＞冶煉廢渣（391萬t/a）＞煤矸石（250?萬t/a）＞爐渣（170?萬t/a）＞?路面銑刨料（5.5萬t/a），各類工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)生量約?4?400?萬t。工業(yè)固廢產(chǎn)量和儲(chǔ)量最大的是尾礦，其次為煤矸石、鋼渣。同時(shí)，甘肅省整體生態(tài)環(huán)境較為脆弱，水土流失嚴(yán)重，也是自然災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)。此外，該區(qū)域氣候環(huán)境差異明顯，存在高寒高海拔、大溫差、凍融破壞嚴(yán)重以及干旱等特點(diǎn)，對(duì)公路工程材料耐久性要求更高。在甘肅省強(qiáng)化資源集約節(jié)約與循環(huán)利用，積極推動(dòng)工業(yè)固廢循環(huán)利用，加大建筑垃圾、粉煤灰、礦渣等廢棄資源的綜合利用，對(duì)建設(shè)綠色公路和提高已建交通基礎(chǔ)設(shè)施的生態(tài)保護(hù)水平具有重要意義[2]。

1.4固廢綜合利用的政策支持

“十三五”期間，?國家高度重視固體廢棄物的綜合利用和砂石行業(yè)的健康發(fā)展，相繼出臺(tái)了《國家工業(yè)固體廢棄物資源綜合利用產(chǎn)品目錄》《關(guān)于推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用集聚發(fā)展的通知》（發(fā)改辦環(huán)資〔2019〕44號(hào)）、《關(guān)于促進(jìn)砂石行業(yè)健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見》《十部門關(guān)于推進(jìn)砂石行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干意見》（工信部聯(lián)原〔2019〕239號(hào)），大力推進(jìn)固體廢棄物在公路建設(shè)行業(yè)的綜合利用，鼓勵(lì)和支持綜合利用廢石、礦渣、尾礦、建筑垃圾等固廢資源制造再生砂石，解決砂石料供需矛盾[3]。甘肅省也相繼出臺(tái)了《甘肅省中長(zhǎng)期節(jié)能規(guī)劃》《甘肅省循環(huán)經(jīng)濟(jì)總體規(guī)劃》《甘肅省“十三五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》《甘肅省“十三五”工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃》，既定了工業(yè)固廢綜合利用的發(fā)展方向和發(fā)展目標(biāo)。為促進(jìn)甘肅省砂石行業(yè)健康有序發(fā)展，穩(wěn)定砂石市場(chǎng)供應(yīng)，甘肅省發(fā)展改革委等14部門印發(fā)《甘肅省關(guān)于促進(jìn)砂石行業(yè)健康有序發(fā)展的實(shí)施方案》（甘發(fā)改價(jià)格﹝2020﹞?695?號(hào)），鼓勵(lì)機(jī)制砂石、再生砂石等替代砂源利用。2021年國家發(fā)布《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用指導(dǎo)意見》，重點(diǎn)推進(jìn)固廢資源化利用[4]。通過大宗固體廢棄物在公路中的利用，一方面解決了固體廢棄物引起的環(huán)境污染和減少了砂石開采引起的生態(tài)環(huán)境破壞，另一方面彌補(bǔ)了交通建材的大缺口，并實(shí)現(xiàn)了公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和甘肅省的高質(zhì)量、綠色化發(fā)展。因此，通過工業(yè)固體廢棄物制備砂石原料及其他產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國建設(shè)和公路低碳綠色發(fā)展的有效途徑和需求方向。

1.5典型固廢鋼渣綜合利用情況

鋼渣是鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)固體副產(chǎn)品，主要礦物組成以硅酸三鈣為主，其次是硅酸二鈣、氧化相（RO）、鐵酸二鈣和游離氧化鈣（f-CaO）。我國是世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)第一大國，鋼渣年產(chǎn)量超過一億t，主要以回收廢鋼、磁選鐵精粉、用作熔劑等鋼廠內(nèi)部循環(huán)利用方式為主，使用量有限，目前約有75%的鋼渣處于堆存和填埋狀態(tài)，存在環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題。當(dāng)前普遍認(rèn)為鋼渣的力學(xué)性能優(yōu)于軋制碎石，其不僅耐磨、顆粒幾何形狀好，同時(shí)具有一定的膨脹性可補(bǔ)償干旱與半干旱地區(qū)基層大收縮應(yīng)變，降低了基層開裂的可能性。此外，多孔粗糙呈堿性的集料表面與瀝青具有良好的粘附性，加之集料堅(jiān)硬進(jìn)一步增強(qiáng)了瀝青混合料的整體粘結(jié)強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度，并且降低了瀝青老化程度及集料剝落的概率。同時(shí)，具有與水泥相似的礦物組成成分（C3S、C2S、Ca（OH）2等），這將決定了鋼渣是具有一定活性的固廢體廢棄物，成熟工藝中將鋼渣加入水泥中作為礦物摻合料使用，在路基中可代替水泥、石灰等用于改良膨脹土、黃土等，其活性特征可形成較強(qiáng)的路基膠凝體。因此，從材料性能來看，鋼渣可作為良好的筑路材料。

該研究為促進(jìn)鋼渣固體廢棄物在公路工程中的充分利用，并改善黃土地區(qū)路基填筑濕陷性問題，在考慮鋼渣具有活性特性基礎(chǔ)上，采用一定量的細(xì)粒徑鋼渣代替水泥用于穩(wěn)定黃土，以更加經(jīng)濟(jì)的方式提升黃土填筑路床性能，達(dá)到固廢利用和黃土濕陷性改善的雙向目標(biāo)。

1.6國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

路床是路面結(jié)構(gòu)與路基的過渡層，高速公路設(shè)計(jì)中一般采用低劑量石灰土或水泥土。而鋼渣含有大量?C2S、C3S等活性成分，研究表明其活性激發(fā)后具有類似石灰或水泥的特性。鑒于實(shí)際需要，在鋼渣應(yīng)用于路床方面的研究，一些學(xué)者取得了許多研究成果，并提出了有關(guān)鋼渣應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)[5]。

1997年，DEMIRBA??F?A?和GENQT?H?通過對(duì)鋼渣混凝土的6種配合比的研究，結(jié)果表明：鋼渣可以部分代替水泥，并不會(huì)顯著降低其抗壓強(qiáng)度；其標(biāo)準(zhǔn)需水量、比表面積與普通水泥存在一定差別，但在國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

2007年，蔡曉飛和徐文娟等對(duì)石灰鋼渣穩(wěn)定土和水泥鋼渣穩(wěn)定土的研究均表明，鋼渣摻量合適時(shí)，可改善混合料的力學(xué)性能，干縮應(yīng)變的大小基本上隨著鋼渣摻量的增加而減小，并指出鋼渣混合料可以應(yīng)用于各等級(jí)公路材料。

2017?年，吳子龍等人圍繞偏高嶺土在改性土中應(yīng)用、工業(yè)廢棄鋼渣再生利用以及水泥改性土性能提升這3個(gè)問題，設(shè)計(jì)了摻入偏高嶺土與鋼渣后水泥改性土的一系列室內(nèi)試驗(yàn)，從擊實(shí)特性、劈裂抗拉強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度這3個(gè)方面闡述了改性土的宏觀性能；同時(shí)，開展了SEM、XRD、MIP?與TUA?等微觀試驗(yàn)，分析微觀結(jié)構(gòu)以及水化產(chǎn)物生成與孔隙分布的內(nèi)在機(jī)制，進(jìn)而為改性土性能提升與廢棄物再生利用奠定理論基礎(chǔ)。宏觀試驗(yàn)結(jié)果表明鋼渣的摻入改善了水泥改性土擊實(shí)特性和力學(xué)強(qiáng)度；引入偏高嶺土后，上述性能得到明顯改善，改良后力學(xué)強(qiáng)度與偏高嶺土的摻量之間呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律，最優(yōu)摻入比為?1/3～1/2；劈裂抗拉強(qiáng)度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度成正比關(guān)系，斜率比值為0.83。微觀試驗(yàn)結(jié)果表明偏高嶺土和鋼渣摻入后，水泥改性土中水化產(chǎn)物的類型沒有改變，但改變了水化產(chǎn)物的數(shù)量和包裹形式，使試樣的孔徑分布和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

2018?年，袁明月、張福海等人對(duì)膨脹土、石灰改良膨脹土、鋼渣微粉改良膨脹土進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)、自由膨脹率試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，比較驗(yàn)證鋼渣微粉對(duì)膨脹土的改良效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：鋼渣微粉對(duì)膨脹土干濕循環(huán)作用下裂隙的發(fā)展、自由膨脹率的減小、強(qiáng)度的增加均有明顯改善效果。同時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼渣微粉改良膨脹土與石灰改良膨脹土礦物成分相近結(jié)合，?分析得出鋼渣微粉改良膨脹土和石灰改良土在改良機(jī)理上有相似性。

綜合以上表明，鋼渣具有一定膠凝性用于路基填筑和改良特殊土是切實(shí)可行的。

2改良黃土用鋼渣原材料控制

采用X射線熒光光譜儀（XRF）測(cè)試鋼渣的化學(xué)元素組成，發(fā)現(xiàn)不同來源鋼渣呈現(xiàn)相同的元素組成規(guī)律，均以Ca、Si、Fe和Al等為主，其中以Ca元素含量最高，次之為Si，并采用二元堿度指標(biāo)評(píng)價(jià)鋼渣的活性，發(fā)現(xiàn)大部分鋼渣是屬于中堿度以上，這證明了鋼渣是一種具有較高活性的固體廢棄物，適用于穩(wěn)定黃土。

鋼渣用于改良黃土路基，需進(jìn)行原材料質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)包括體積穩(wěn)定性（浸水膨脹率、游離氧化鈣含量）、鐵含量、對(duì)環(huán)境的影響程度（浸出毒性及放射性）。通過對(duì)不同加工廠鋼渣的指標(biāo)檢測(cè)，不同鋼渣的鐵含量、浸水膨脹率及游離氧化鈣含量均滿足要求，其檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

當(dāng)鋼渣應(yīng)用于道路工程時(shí)，常與雨水接觸，這時(shí)鋼渣中重金屬離子很可能會(huì)發(fā)生浸出，污染地下水和道路周邊的土壤，甚至對(duì)人體的健康造成威脅，因此鋼渣應(yīng)用于道路工程應(yīng)特別注意鋼渣對(duì)周圍環(huán)境的影響。從生態(tài)角度出發(fā)，鋼渣含有的微量重金屬離子，對(duì)環(huán)境的影響巨大，不同鋼渣廠生產(chǎn)的重金屬離子類別和含量各不相同，因此對(duì)鋼渣重金屬離子把控尤為重要。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG?D30-2015）3.10條的規(guī)定，工業(yè)廢渣應(yīng)用于道路工程時(shí)，必須符合國家現(xiàn)行環(huán)境保護(hù)的相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)禁采用含有有害物質(zhì)的工業(yè)廢渣應(yīng)用于道路工程。特別是工業(yè)廢渣浸出液內(nèi)微量元素含量，需符合國家生態(tài)環(huán)境部2004年發(fā)布的《危險(xiǎn)廢物安全填埋處置工程建設(shè)技術(shù)要求》中直接填埋廢物控制限制值。根據(jù)國標(biāo)?《固體廢物浸出毒性浸出方法?醋酸緩沖溶液法》（HJ/T?300-2007）處理鋼渣，收集其中可浸出的重金屬等有害金屬離子。根據(jù)?《固體廢物鎳和銅的測(cè)定?火焰原子吸收分光光度法》（HJ?751-2015）和?《固體廢物鉛、鋅和鎘的測(cè)定焰原子吸收分光光度法》（HJ786-2016）等標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試鋼渣浸出液的重金屬離子含量。再根據(jù)?《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB?3838-2002），判定鋼渣作為筑路材料是否會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。采用原子吸收光譜對(duì)榆鋼鋼渣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示，結(jié)果顯示鋼渣符合安全性規(guī)定。

根據(jù)表2試驗(yàn)結(jié)果可知，鋼渣中有害金屬離子浸出都滿足技術(shù)指標(biāo)要求，鋼渣浸出液中能檢測(cè)到部分有害金屬離子，但都滿足規(guī)范限值要求。具體來看，甲基汞、乙基汞、鎘、總鉻、銅、鋅、鈹、鎳、無機(jī)氟化物、總氰化物、鉻（六價(jià)）等微量元素并未檢測(cè)到。汞含量特別低，滿足限值?0.1?要求。鉛、鋇、砷等元素含量相對(duì)較高，但也都滿足規(guī)范限值要求。表明散料鋼渣金屬微量離子浸出濃度滿足要求，當(dāng)鋼渣以塊狀混合料存在時(shí)，其微量重金屬離子浸出也必能滿足要求，?因此鋼渣應(yīng)用于道路工程符合規(guī)范要求。含有放射性物質(zhì)的固體廢物以外照射或通過其他途徑進(jìn)入人體產(chǎn)生內(nèi)照射的方式危害人體健康。隨著核能源的日益發(fā)展，放射性固體廢物量迅速增加，因此控制和防止環(huán)境中放射性固體廢物污染，是保護(hù)環(huán)境的一個(gè)重要方面。

該研究為確保采用的鋼渣對(duì)環(huán)境無放射性影響，對(duì)不同廠鋼渣進(jìn)行了放射性檢測(cè)，檢測(cè)依據(jù)《建筑材料放射性核素限量》（GB/6566-2010），放射性采用內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)來表征，內(nèi)照射指數(shù)不大于1.0，?外照射指數(shù)不大于1.0，鋼渣放射性檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

3改良黃土用鋼渣摻量確定

參考已有研究基礎(chǔ)，選擇0～3?mm鋼渣改良黃土，為了確定鋼渣改良黃土用鋼渣的最佳摻量，設(shè)計(jì)了10%、15%、20%、25%、30%這5個(gè)不同摻量，并設(shè)計(jì)了對(duì)照組素土、水泥穩(wěn)定黃土和石灰穩(wěn)定黃土，以7?d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為控制指標(biāo)。通過與3%水泥穩(wěn)定土和6%石灰穩(wěn)定土對(duì)比得出隨著石灰摻量和水泥摻量的增加，穩(wěn)定黃土的7?d?無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增大；對(duì)于鋼渣土，隨著鋼渣摻量的增加，7?d無側(cè)限強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)鋼渣摻量為?15%時(shí)，鋼渣土強(qiáng)度最大，且從?10%增大至15%時(shí)，鋼渣土強(qiáng)度提升幅度很大。表明?15%鋼渣摻量對(duì)于黃土的穩(wěn)定作用較為顯著。

4改良土用鋼渣粒徑選擇

采用5個(gè)加工廠生產(chǎn)的鋼渣配制鋼渣穩(wěn)定黃土，鋼渣摻量為15%，鋼渣粒徑設(shè)計(jì)為0～3?mm和0～5?mm兩種，更細(xì)粒徑不利于鋼渣的大比例及全粒度應(yīng)用。

采用0～3?mm鋼渣，5個(gè)加工廠鋼渣配制的鋼渣改良黃土的7?d和14?d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足國家技術(shù)要求。其中，以伏海和眾力泰兩個(gè)加工廠鋼渣配制的鋼渣改良黃土的強(qiáng)度最高，7?d強(qiáng)度代表值可達(dá)到0.7?MPa以上。對(duì)于浸水強(qiáng)度損失，4個(gè)加工廠鋼渣配制的鋼渣改良黃土在不同齡期下浸水后強(qiáng)度損失均滿足要求（50%）。采用0～5?mm鋼渣，5個(gè)加工廠鋼渣配制的鋼渣改良黃土強(qiáng)度均滿足技術(shù)要求。對(duì)于浸水強(qiáng)度損失，除伏海和眾力泰鋼渣不同齡期浸水強(qiáng)度損失滿足要求外（50%），宏得鋼泰、襆北永冠加工廠鋼渣配制的鋼渣改良黃土7?d浸水強(qiáng)度不滿足要求，榆鋼渣場(chǎng)鋼渣配制的鋼渣改良黃土7?d和14?d浸水強(qiáng)度損失均不滿足要求。

綜合以上0～3?mm和0～5?mm鋼渣改良黃土，分析7?d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)定性可知，不同加工廠的0～3?mm鋼渣改良黃土均能達(dá)到技術(shù)要求，而采用0～5?mm鋼渣改良黃土，存在較大波動(dòng)因素，部分鋼渣改良黃土浸水強(qiáng)度損失不達(dá)標(biāo)。因此，考慮到實(shí)際工程應(yīng)用，選擇0～3?mm鋼渣用于改良穩(wěn)定黃土。

5改良黃土用鋼渣級(jí)配要求

0～3?mm粒徑的5個(gè)加工廠生產(chǎn)的鋼渣均符合國家技術(shù)要求規(guī)定的中砂范圍，然而國家技術(shù)要求未規(guī)定0.075?mm通過率。0.075?mm篩下鋼渣粉對(duì)改良黃土強(qiáng)度影響較大，故以0.075?mm篩孔通過率為變量進(jìn)行7?d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比分析。通過分析得出了改良黃土用鋼渣中0.075?mm鋼渣粉含量不小于6%。由于道路用鋼渣砂對(duì)于中砂的級(jí)配下限規(guī)定較小，為確保鋼渣細(xì)度及保障改良黃土強(qiáng)度，在該級(jí)配下限基礎(chǔ)上，篩孔通過率增加5%，形成新的級(jí)配下限規(guī)定值，同時(shí)要求2.36?mm篩孔通過率誤差不大于2%，即2.36?mm?最低篩孔通過率為?98%。鋼渣改良黃土用鋼渣級(jí)配規(guī)定如表4所示。

6鋼渣改良黃土承載力驗(yàn)證

分別對(duì)不同來源鋼渣改良黃土進(jìn)行了CBR承載比試驗(yàn)，并對(duì)比3%水泥穩(wěn)定黃土承載比。結(jié)果顯示，不同鋼渣改良黃土CBR承載比均滿足路床承載力要求，基本得出不同廠鋼渣CBR承載比大小順序?yàn)楸娏μ┅兎）円L北永冠﹥宏得鋼泰﹥榆鋼渣場(chǎng)，這與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大小呈現(xiàn)較為相似的大小規(guī)律。同時(shí)，鋼渣改良黃土的浸水膨脹率大于水泥改良土。對(duì)不同鋼渣改良黃土，最高膨脹率僅為0.64%。并且發(fā)現(xiàn)，承載力和水穩(wěn)定性是呈正相關(guān)的，改良黃土早期強(qiáng)度的提高有助于提高承載力和水穩(wěn)定性。

7技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析

采用鋼渣代替水泥或石灰進(jìn)行黃土路基改良，其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益體現(xiàn)如下。

7.1技術(shù)優(yōu)勢(shì)

從原材料生產(chǎn)分析，水泥生產(chǎn)需要一系列設(shè)備，生產(chǎn)過程復(fù)雜、工藝要求高、能耗大。石灰生產(chǎn)過程中排放煙氣及粉塵等，且生產(chǎn)過程相對(duì)復(fù)雜。而0～3?mm鋼渣只需通過二次加工破碎或者直接篩分，流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，能耗小。從原材料儲(chǔ)存、運(yùn)輸分析，水泥和石灰均屬于粉末狀，儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程易產(chǎn)生粉塵污染空氣，同時(shí)水泥具有一定保質(zhì)期，如果是生石灰還需在施工現(xiàn)場(chǎng)灑水熟化，因此水泥及石灰儲(chǔ)存及運(yùn)輸過程要求較高。對(duì)于0～3?mm鋼渣，粉塵產(chǎn)生量較水泥及石灰低，可直接采用卡車裝運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)只需采用篷布遮蓋即可，運(yùn)輸過程簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低。從應(yīng)用方法分析，鋼渣與水泥、石灰等均采用路拌法施工，施工方法或工藝基本一致。對(duì)于鋼渣改良黃土施工，建議采用機(jī)械撒布代替人工撒布，且采用全深式再生機(jī)拌合，可達(dá)到撒布和拌合均勻的效果。因此，鋼渣代替水泥或石灰改良黃土具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[6]。

7.2經(jīng)濟(jì)效益

以1?m3為計(jì)算單元，對(duì)15%的鋼渣穩(wěn)定土、3%的水泥穩(wěn)定土和6%的石灰穩(wěn)定土進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。混合料的成本由水泥、石灰、鋼渣和土組成。

鋼渣穩(wěn)定土混合料的干密度為1.953?g/cm3，水泥穩(wěn)定土混合料的干密度為1.84?g/cm3，石灰穩(wěn)定土混合料的干密度為1.812?g/cm3，按1?m3的料進(jìn)行成本核算：

鋼渣成本：1.953×15%×55=16.1元

水泥成本：1.841×3%×360=19.9元

石灰成本：1.812×6%×250=27.2元

由以上計(jì)算可知，從改良劑成本的角度出發(fā)，鋼渣穩(wěn)定土相對(duì)于水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土來說，經(jīng)濟(jì)性占有優(yōu)勢(shì)。鋼渣穩(wěn)定土的成本最低，石灰穩(wěn)定土成本最高。

8結(jié)語

將鋼渣應(yīng)用于公路建設(shè)當(dāng)中，不僅解決了公路路基黃土濕陷性問題，而且能節(jié)約數(shù)量客觀的土地資源，同時(shí)有助于解決鋼渣粗放處置所帶來的環(huán)境問題。鋼渣生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，減小了因生產(chǎn)水泥及石灰等過程中引起的CO2排放量。經(jīng)過粗略估算，長(zhǎng)為1?km，寬為25?m，厚為80cm路床建設(shè)中采用鋼渣代替3%水泥可減少碳排放817.7?t，碳減排量可觀。因此，項(xiàng)目的建設(shè)不僅能推動(dòng)當(dāng)?shù)亟煌ǖ陌l(fā)展，而且為國家2030年碳達(dá)峰做出相應(yīng)貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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