張海賓，于明明，李小建

（1.西藏自治區(qū)交通運(yùn)輸廳 重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目管理中心，西藏拉薩 850000;2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西西安 710064;3.中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100142）

二灰鋼渣混合料路用性能試驗(yàn)

張海賓1，于明明2，李小建3

（1.西藏自治區(qū)交通運(yùn)輸廳 重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目管理中心，西藏拉薩 850000;2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西西安 710064;3.中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100142）

為了研究二灰鋼渣混合料的路用性能，進(jìn)行了3種配比的二灰鋼渣混合料抗凍性能、干縮性能、抗沖刷性能試驗(yàn)，并與二灰碎石類集料對(duì)比分析。結(jié)果表明:二灰鋼渣的抗凍性能優(yōu)于二灰碎石，而其干縮系數(shù)明顯小于同配比二灰碎石;配比為5∶15∶80的二灰鋼渣抗凍性能、抗干縮性能、抗沖刷性能均最優(yōu)。

二灰鋼渣;抗凍;干縮;抗沖刷

鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)品，是鋼鐵行業(yè)的主要固體廢棄物之一［1］。長期以來大量的鋼渣堆積，不但占用大量寶貴的土地資源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境［2］。同時(shí)，隨著我國新時(shí)期公路建設(shè)的快速發(fā)展，有的地區(qū)公路建設(shè)中出現(xiàn)了嚴(yán)重的集料缺乏現(xiàn)象。因此，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)筑路材料的需求，國內(nèi)外礦渣作為集料在道路方面已十分普遍，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［3-4］。但目前一般是鋼渣簡單地取代道路混合料（二灰碎石）中的碎石，將其用做路基回填材料直接應(yīng)用到道路中，然而并沒有對(duì)其性能進(jìn)行深入的探討和系統(tǒng)的研究。二灰鋼渣混合料的強(qiáng)度和剛度要大于同齡期的二灰碎石［5］，但半剛性基層在劇烈的干濕交替和氣溫作用下容易產(chǎn)生裂縫。

1 二灰鋼渣抗凍性能研究

1.1 試驗(yàn)方案

為了探討對(duì)二灰鋼渣混合料的路用性能［6］，筆者選擇3種配比的二灰鋼渣混合料，方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的二灰鋼渣配比分別為 6∶19∶75、5∶15∶80和4∶11∶85，3 種方案的二灰比均為 1∶3。分別進(jìn)行抗凍性、收縮性［7］、抗沖刷等試驗(yàn)，并與相同配比的二灰碎石混合料進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2 試驗(yàn)方法

二灰鋼渣的抗凍性能，用5～10次凍融循環(huán)后的軟化系數(shù)來評(píng)價(jià)。但是現(xiàn)行基層規(guī)范中并無凍融試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，所以凍融試驗(yàn)既要結(jié)合道路實(shí)際情況，又要考慮試驗(yàn)進(jìn)行的速度，達(dá)到加速性的目的。筆者結(jié)合實(shí)際條件，將試驗(yàn)中的冰凍溫度設(shè)為-20℃，冰凍時(shí)間20 h，然后將試件放入20℃溫水中，融化時(shí)間4 h，如此反復(fù)循環(huán)5次，通過測定凍融前的強(qiáng)度值和凍融后的強(qiáng)度值，來確定軟化系數(shù)。

1.3 凍融試驗(yàn)結(jié)果分析

不同配合比凍融前和凍融后的抗壓強(qiáng)度見圖1，不同配合比凍融循環(huán)的軟化系數(shù)見圖2。

圖1 不同配比的抗壓強(qiáng)度Fig.1 Compressive strength of different proportions

圖2 不同配比的軟化系數(shù)Fig.2 Ssoftening coefficients of different proportions

從圖1可以看出方案Ⅱ無論是凍融前，還是凍融后，其強(qiáng)度都是最高的;方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ凍融后強(qiáng)度分別降低15%、14%和19%，而且方案Ⅱ凍融后強(qiáng)度降低也是最少的。從圖2可以看出方案Ⅱ的軟化系數(shù)較其他兩個(gè)方案都大。

結(jié)合圖1和圖2，說明二灰鋼渣混合料方案Ⅱ的凍融穩(wěn)定性是最好的。

而有資料表明與方案Ⅱ相同配比的二灰碎石，其規(guī)范級(jí)配和骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的軟化系數(shù)為69%、71%，說明二灰鋼渣混合料的凍融穩(wěn)定性較二灰碎石類好。

2 二灰鋼渣干縮性能研究

2.1 試驗(yàn)方法

按JTJ 057—94《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，對(duì)3種配比的二灰鋼渣混合料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。干縮試驗(yàn)［8］在最佳含水量和最大干密度下采用靜力壓實(shí)法制備試件，壓實(shí)度97%，試件規(guī)格為100 mm×100 mm×400 mm。試件成形后放入養(yǎng)生室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，7 d后取出，平放在試驗(yàn)室操作臺(tái)上讓它自然干燥，即可進(jìn)行干縮數(shù)據(jù)的測定。每組進(jìn)行8個(gè)平行試驗(yàn)，其中4個(gè)測定干縮變形，4個(gè)測定失水量，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

用千分表測量自然干燥后不同齡期試件的干縮量，在測量干縮量的同時(shí)，用敏感天平測定另一組試件的水分蒸發(fā)損失量，直至試件含水量不再減少為止。

式中:εd為干縮應(yīng)變，10-6;αd為干縮系數(shù)，10-6;ΔL為含水量損失時(shí)，試件整體收縮量，10-3mm;ΔW為干縮試件的平均失水率，%。

2.2 干縮試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖3可以看出，干縮系數(shù)隨失水率的變化而變化，當(dāng)失水率在3.0% ～7.0%之間時(shí)，二灰鋼渣混合料的干縮系數(shù)減小較少，而失水率大于7.0%時(shí)，則干縮系數(shù)增大較快。原因在于，初始時(shí)含水量較大，蒸發(fā)的是自由水分，干縮受影響較小，所以失水率在7.0%以內(nèi)時(shí)，干縮系數(shù)比較穩(wěn)定;隨著水分的繼續(xù)蒸發(fā)，開始損失部分結(jié)合水，這時(shí)收縮增大，干縮系數(shù)也開始增大。

圖3 干縮系數(shù)與失水率關(guān)系Fig.3 The relationship between shrinkage coefficients and water loss rate

由圖4干縮系數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系可見，開始時(shí)干縮系數(shù)隨時(shí)間增加而增大，20 d后，含水量很小，干縮應(yīng)變趨于穩(wěn)定，上下變化不大。

圖4 干縮系數(shù)隨時(shí)間變化關(guān)系Fig.4 The relationship of shrinkage coefficients variation with time

表1為二灰鋼渣各方案干縮參數(shù)對(duì)比。表2是與方案II（5∶15∶80）相同配比的規(guī)范級(jí)配和骨架密實(shí)二灰碎石干縮試驗(yàn)結(jié)果。

表1 二灰鋼渣各方案干縮參數(shù)對(duì)比Table 1 Parameter comparison of each scheme of lime-fly ash slag

表2 二灰碎石的干縮試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Shrinkage test results of ash broken stone

由表1和表2可看出，二灰鋼渣混合料方案II最大干縮量和平均干縮量都是最小的，方案I因?yàn)槎液枯^多，所以干縮量最大?；旌狭项愋蛯?duì)干縮系數(shù)影響較大，對(duì)于同配比混合料，骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)的干縮量相對(duì)小些。結(jié)論是二灰鋼渣干縮系數(shù)明顯小于同配比二灰碎石。

3 二灰鋼渣抗沖刷性能研究

3.1 試驗(yàn)方法

國內(nèi)外的調(diào)查研究表明，基層唧泥現(xiàn)象和沖刷破壞是經(jīng)常存在的，隨著交通量和汽車軸載的增加，這種破壞現(xiàn)象呈加劇的趨勢，而基層材料的沖刷及唧泥現(xiàn)象均與半剛性基層材料組成特性有關(guān)。因此，有必要對(duì)二灰鋼渣混合料的抗沖刷性能進(jìn)行研究。然而現(xiàn)在國內(nèi)道路基層方面尚未有一個(gè)統(tǒng)一的、合適的沖刷實(shí)驗(yàn)來衡量道路基層抗沖刷能力，本文采用長安大學(xué)研制的沖刷實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖刷實(shí)驗(yàn)。本試驗(yàn)條件:720 r/min，10 Hz，配重 392.1 kg。

為了研究不同齡期下，不同配比二灰鋼渣混合料的抗沖刷性能，試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下:方案1、方案2、方案3配比分別同方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ，齡期為90 d;方案4配比同方案Ⅱ，齡期為365 d。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 沖刷實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Scouring test results

由表3可以看出，與方案2配比相同且齡期較長的方案4的沖刷損失最大，方案1和方案3其次，方案2沖刷損失最小。原因是，方案1二灰含量高達(dá)25%，而集料和粗集料含量比方案2和方案3少，因此質(zhì)量損失較多;方案3雖然粗集料含量較多，但黏結(jié)料并不是很充分，因此沖刷質(zhì)量損失也較方案2大，但是比方案1小;方案4與方案2配比相同，但齡期長達(dá)365 d，按理說方案4強(qiáng)度較大，沖刷質(zhì)量損失應(yīng)較小些，然而因方案4強(qiáng)度較高，剛度較大，考慮所用沖刷裝置振幅、頻率等，在此沖刷臺(tái)上震動(dòng)劇烈，所以導(dǎo)致質(zhì)量損失較大。

4 結(jié)語

1）通過凍融試驗(yàn)、干縮試驗(yàn)及沖刷實(shí)驗(yàn)，從抗裂性能、抗干縮性能及抗沖刷性能3方面，研究了二灰鋼渣混合料的路用性能。

2）二灰鋼渣的凍融穩(wěn)定性優(yōu)于二灰碎石類，同時(shí)配比為5∶15∶80的二灰鋼渣性能最優(yōu)。

3）二灰鋼渣干縮系數(shù)明顯小于同配比二灰碎石，混合料類型對(duì)干縮系數(shù)影響較大，對(duì)于同種配比混合料，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的干縮量相對(duì)小些。

（References）:

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Pavement Performance of Lime-Fly Ash Slag Mixture

ZHANG Hai-bin1，YU Ming-ming2，LI Xiao-jian3
（1.Key Highway Construction Management Center of Transportation Office in Tibet Autonomous Region，Lhasa 850000，Tibet，China;
2.School of Road，Chang’an University，Xi’an 710064，Shaanxi，China;
3.No.2 Engineering Corporation Limited of CR20G，Beijing 100142，China）

In order to study the pavement performance of lime-fly ash slag，the frost resistance，dry-shrinkage property，scour resistance experiments of 3 kinds of lime-fly ash slag mixtures are performed.The experiment shows that the antifreezing and thawing performance of lime-fly ash slag mixture is better than that of lime-fly ash broken stone;the shrinkage coefficient is much less than that of lime-fly ash broken stone with the same mix proportion.And the frost resistance，dryshrinkage property，scour resistance of lime-fly ash slag is best when the mixture proportion ratio is 5∶15∶80.

lime-fly ash slag;frost resistance;dry-shrinkage;scour resistance

U 416.25

A

1674-0696（2011）06-1344-03

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.06.20

2011-05-18;

2011-07-11

交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目（200531881213）

張海賓（1977-），男，河北石家莊人，高級(jí)工程師，主要從事路基路面施工方面的研究。E-mail:xizang123456789@126.com。