李建華

（上海寶鋼新型建材科技有限公司，上海市201900）

0 前言

鋼渣是煉鋼工業(yè)的廢渣，其排放量為鋼產(chǎn)量的10%～20%左右。2010年我國鋼鐵產(chǎn)量達(dá)到5.5億t，鋼渣產(chǎn)生量為8000萬t[1]，2012年鋼鐵產(chǎn)量更是達(dá)到了7.3億t，按此推算2012年的我國鋼渣產(chǎn)量突破了1億t。鋼渣綜合利用的潛力十分巨大。在歐美國家，目前利用率均達(dá)90%以上，其中用于道路工程達(dá)70%左右。國外就鋼渣在瀝青混合料中的應(yīng)用開展了大量研究，認(rèn)為鋼渣可以作為瀝青混合料集料使用[2,3]。

為分析寶鋼鋼渣作為瀝青混合料集料的可行性，本文選擇AC-13級配類型進(jìn)行對比研究，按照鋼渣摻量的不同分為三種類型進(jìn)行對比分析。鋼渣瀝青混凝土、全石灰?guī)r瀝青混凝土、粗鋼渣細(xì)石灰?guī)r瀝青混凝土。三種瀝青混合料的最佳瀝青用量采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行確定，三種瀝青混合料對應(yīng)的最佳瀝青用量為：5.2%、5.4%、5.4%。

1 鋼渣瀝青混合料高溫穩(wěn)定性

鋼渣瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性采用馬歇爾穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行評價(jià)。

1.1 鋼渣瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

馬歇爾數(shù)據(jù)列于表1。三種瀝青混合料的穩(wěn)定度均大于8 kN，滿足規(guī)范要求，并且流值都能滿足規(guī)范要求。全鋼渣瀝青混凝土穩(wěn)定度最大，全石灰?guī)r瀝青混凝土穩(wěn)定度最小，粗鋼細(xì)石瀝青混凝土穩(wěn)定度介于前面兩者之間。這一現(xiàn)象說明全鋼渣對于提高瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度有幫助。

表1 三種集料瀝青混凝土浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

1.2 鋼渣瀝青混凝土車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)是一種模擬車輛輪胎在路面上滾動(dòng)形成車轍的工程試驗(yàn)方法，采用標(biāo)準(zhǔn)輪碾方法成型瀝青混凝土板式試件。將全鋼渣、石灰?guī)r、粗鋼細(xì)石瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度測試結(jié)果整理如表2所列。

表2 三種集料瀝青混凝土車轍試驗(yàn)結(jié)果一覽表

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）》表4-1瀝青混凝土車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)要求，普通瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度不小800次/mm。由表2可看出，三種集料瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度值符合規(guī)范要求；全鋼渣瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能最好，全石灰?guī)r瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性最低，粗鋼細(xì)石混凝土介于兩者之間。

鋼渣瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度高的原因是：（1）鋼渣集料的顆粒形狀均勻，棱角豐富且接近立方體。經(jīng)搗實(shí)和碾壓后，顆粒與顆粒能形成緊密的嵌鎖作用，抗剪性能有所提升；（2）鋼渣集料表面擁有相對粗糙的紋理，增加了粗集料間的嵌鎖能力；（3）鋼渣具有多孔結(jié)構(gòu)，這不僅能有吸附多余的瀝青，特別在高溫季節(jié)，利于提高混合料的抗變形能力。

2 鋼渣瀝青混合料水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性評價(jià)采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來綜合評價(jià)。試驗(yàn)所得鋼渣瀝青混凝土等的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見表3所列。

表3 三種集料瀝青混凝土浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

三種瀝青混凝土凍融劈裂數(shù)據(jù)列于表4。

表4 三種瀝青混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度及強(qiáng)度比一覽表

從表4的數(shù)據(jù)可以看出，三種瀝青混凝土浸水殘留穩(wěn)定度都在80%之上，凍融劈裂強(qiáng)度比均大于75%，均滿足規(guī)范要求。

比較而言，鋼渣瀝青混凝土的水穩(wěn)定性最好，粗鋼細(xì)石瀝青混凝土次之。從化學(xué)成分組成來講，鋼渣中含有CaO、MgO、f-CaO等活性物質(zhì)，與瀝青黏附性較石灰?guī)r更加牢固，賦予了混合料更好的水穩(wěn)定性。說明混合料中加入鋼渣有利于增強(qiáng)路面耐久性并延長路面使用壽命[4]。

3 鋼渣瀝青混合料低溫抗裂性

采用小梁低溫彎曲試驗(yàn)評價(jià)混合料低溫抗裂性能。試驗(yàn)溫度-10℃±0.5℃，加載速率50 mm/min。試件采用輪碾成型后切割制成，長250mm±2.0mm，寬30 mm±2.0 mm，高35 mm±2.0 mm的棱柱體小梁，跨徑為200 mm±0.5 mm。試驗(yàn)設(shè)備為Material Test System 810。

按公式(1)計(jì)算試件破壞時(shí)的抗彎拉應(yīng)變εB。

式中：εB——試件破壞時(shí)最大彎拉應(yīng)變；

h——跨中斷面試件高度，mm；

L——試件跨徑，mm；

d——試件破壞時(shí)跨中撓度，mm。

將破壞時(shí)對應(yīng)的撓度代入公式（1）計(jì)算試件最大彎拉應(yīng)變并整理于表5所列。

表5 三種集料組合瀝青混凝土彎曲試驗(yàn)結(jié)果一覽表

根據(jù)氣候分區(qū)，上海及周邊地區(qū)普通瀝青混凝土的破壞應(yīng)變με為不低于2000。三種集料組合的瀝青混凝土最大彎拉應(yīng)變都大于規(guī)范要求的2000。低溫抗裂性石灰?guī)rAC-13混合料最優(yōu)，鋼渣AC-13次之，粗鋼細(xì)石AC-13最差。這說明加入鋼渣后瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變存在一定程度的降低。

4 鋼渣瀝青混凝土膨脹特性

式中：C2——鋼渣瀝青混凝土膨脹量，%；

V1——浸泡養(yǎng)生前試件體積，cm3；

V2——浸泡養(yǎng)生后試件體積，cm3。

三種瀝青混凝土測量的浸泡前后的高度和直徑見表6所列。

由表6可看出，三種集料組合的瀝青混凝土膨脹量皆滿足規(guī)范規(guī)定的要求，并且使用鋼渣的瀝青混合料的膨脹率反而較不使用的小。說明這批鋼渣安定性較好，可以在瀝青路面中使用。另一方面也說明了鋼渣與瀝青的黏附性好，瀝青包裹鋼渣抑制了其活性物質(zhì)的膨脹。

鋼渣中的游離氧化鈣數(shù)量可占到5%～10%，這些游離氧化鈣水解時(shí)體積將增大1～2倍，使得鋼渣粉化膨脹[5,6]。如果膨脹率過大，會嚴(yán)重影響整體路面的使用性能。所以必須測定所用鋼渣的膨脹率。

該項(xiàng)試驗(yàn)按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》的T0348-2005測體積的方法[7]，制作3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，用游標(biāo)卡尺測試浸水前試件的直徑和高度計(jì)算得到初始體積V1，然后將試件浸泡在60℃±1℃的恒溫水箱中72 h，之后取出測定直徑、高度，從而得到浸泡后體積V2，按照《試驗(yàn)規(guī)程》的公式(4-9)進(jìn)行鋼渣瀝青混凝土膨脹率的計(jì)算。

表6 三種集料組合瀝青混凝土膨脹量結(jié)果一覽表

5 結(jié)語

通過以上分析，鋼渣瀝青混合料的水溫性和高溫穩(wěn)定性均優(yōu)于普通的瀝青混合料，鋼渣瀝青混合料的低溫抗裂性較普通瀝青混合料有所降低，但仍能滿足規(guī)范要求。此外，鋼渣瀝青混合料的膨脹性也滿足規(guī)范要求，且不會對瀝青混合料的性能產(chǎn)生劣化影響。因此，鋼渣能夠替代普通石灰?guī)r集料用于瀝青混合料，鋼渣瀝青混合料可以用于面層瀝青混合料。

[1]國家發(fā)改委《“十二五”資源綜合利用指導(dǎo)意見》和《大宗固體廢物綜合利用實(shí)施方案》，《大宗工業(yè)固體廢物綜合利用“十二五”規(guī)劃》,發(fā)改環(huán)資[2011]2919[Z].2011.

[2]Ahmedzade,P,Sengoz B.Evaluation of steel slag coarse aggregate in hot mix asphalt concrete[J].Journal of Hazardous Materials,2009,165(1):300-305.

[3]Pasetto M,Baldo N.Mix design and performance analysis of asphalt concreteswith electric arc furnace slag[J].Construction and Building Materials 2011,25(8):3458-3468.

[4]D.Derwin，P.Both，P.Zaleski，W.Marsey，W.Flood Jr，Snow free heated pavement system to eliminate icy runways，SAE International，No.2003-01-2145，2003.

[5]肖琪仲.鋼渣的膨脹破壞與抑制[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1996,24(6)635-640.

[6]錢光人,徐光亮,李和玉,等.低堿度鋼渣的礦物組成、巖相特征與膨脹研究[J].西南工學(xué)院學(xué)報(bào),1997,12(1)：35-39.

[7]JTG E42-2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].