解英明 ，趙友權(quán) ，趙旭章 ，俞海明 ，吳漢元 ，劉魯新

（1.新疆互利佳源科技有限公司；2.新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司；3.新疆中合大正冶金科技有限公司）

1 前言

鋼渣修路在行業(yè)已有70余年的歷史，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)和案例表明，鋼渣是一種優(yōu)質(zhì)的路用材料，鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的鋼渣，70%以上被公路建設(shè)工程有效利用。中國(guó)鋼渣修路有三十余年的歷史，關(guān)于鋼渣修路國(guó)家和有關(guān)部門陸續(xù)頒布實(shí)施了一系列技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)十余項(xiàng)，如JTG D30-2015公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范、JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范、JTJ034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范、GB/T24765-2009耐磨瀝青路面用鋼渣、GB/T25824-2010等。國(guó)內(nèi)的北京天安門大修工程、武黃高速、滬寧高速公路等工程[1-4]，均采用了鋼渣修路技術(shù)。這些工程項(xiàng)目是鋼渣混合料回收利用的典范，推動(dòng)了公路建設(shè)和鋼鐵生產(chǎn)的融合創(chuàng)新與發(fā)展。

八鋼公司作為新疆最大的國(guó)有鋼鐵企業(yè)，在煉鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的固體廢棄物鋼渣，鋼渣的產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的18%～25%，每年產(chǎn)生100萬(wàn)t鋼渣。為降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展，多年來(lái)八鋼積極探索對(duì)鋼渣混合料的回收利用，先后實(shí)施了從鋼渣中回收鋼鐵料，在煉鋼和Corex工序循環(huán)利用，以及冷態(tài)鋼渣應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐冶煉的工藝，消化了30%～45%的鋼渣，但是有55%的鋼渣由于物理化學(xué)性能限制，不能夠在鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)利用，只能做為工業(yè)廢棄物堆存。

為了解決鋼渣規(guī)模化應(yīng)用問(wèn)題，八鋼、新疆中合大正冶金科技有限公司、新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱交建集團(tuán)），合作開(kāi)發(fā)適合新疆地區(qū)的鋼渣修路技術(shù)。交建集團(tuán)對(duì)八鋼公司產(chǎn)生的鋼渣，做了全面的路用性能檢測(cè)和分析，制訂了符合新疆地區(qū)的鋼渣修路技術(shù)方案，于2016年先后鋪筑了G30烏奎高速K3654+755至K3656+255段、G312科研院所，起草了《鋼渣道路結(jié)構(gòu)層施工技術(shù)規(guī)范》的新疆地方標(biāo)準(zhǔn)，并且于2018年5月通過(guò)了交通廳組織的專家評(píng)審，8月通過(guò)了自治區(qū)相關(guān)部門的評(píng)審驗(yàn)收，成為地方標(biāo)準(zhǔn)。

2018年在八鋼“三供一業(yè)”項(xiàng)目工程實(shí)施中，規(guī)?；瘧?yīng)用了八鋼鋼渣混合料。采用鋼渣修路簡(jiǎn)化了施工工藝，縮短了修路建設(shè)周期，取得顯著的效果。

2. 鋼渣修路的優(yōu)勢(shì)

鋼渣因含有硅酸二鈣和硅酸三鈣水硬性礦物,且二者含量之和在50%以上,水化過(guò)程和水化產(chǎn)物同硅酸鹽水泥熟料相似,不同點(diǎn)在于鋼渣的生成溫度在1560℃以上，而硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度約在1400℃，鋼渣的形成溫度比硅酸鹽水泥熟料高200～300℃，致使鋼渣中C2S（硅酸二鈣）和 C3S（硅酸三鈣）結(jié)晶致密,晶體粗大,水化硬化緩慢。鋼渣是一種過(guò)燒的硅酸鹽水泥熟料是業(yè)界的共識(shí)[5]。

基于以上的認(rèn)識(shí)，鋼渣在公路建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)，目前還沒(méi)有一種材料能夠全面替代，所以西歐和美洲，將鋼渣作為公路建設(shè)過(guò)程中的高級(jí)路用材料應(yīng)用，鋼渣修路主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：（1）鋼渣是一種水泥熟料，同時(shí)含有一些尖晶石物象，即耐磨相。所以作為水穩(wěn)層材料，利用鋼渣細(xì)集料使用，細(xì)集料能夠發(fā)生水化反應(yīng)，促使鋼渣形成整體的水硬性材料結(jié)構(gòu)，道路的CBR值（加州承載比）在200以上，這是其它路用材料難以達(dá)到的指標(biāo)。（2）鋼渣集料修筑水穩(wěn)層，大顆粒起到骨架作用，細(xì)顆粒起到填充空隙的作用，顆粒料碎裂后，自身又會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，穩(wěn)定水穩(wěn)層，所以具有自穩(wěn)定性。加上鋼渣本身的熟料特性，遇水反應(yīng)緩慢，故鋼渣鋪筑的水穩(wěn)層，不僅CBR值高，路面沉陷現(xiàn)象能夠得到杜絕，并且路面的平整度，動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)同比有著顯著的改善。（3）鋼渣的粗顆粒的硬度較大、耐磨性較強(qiáng)、壓碎值很小，熱容較大和導(dǎo)熱性很差的特點(diǎn)，決定了鋼渣修路后，道路面層的抗滑性能好，道路在炎熱和嚴(yán)寒的條件下，道路的熱變形和抗凍解凍性能好，路害少。使用鋼渣鋪筑的瀝青混凝土面層的車轍、龜裂、涌包同比減少50%?？够蕴岣?0%以上。（4）鋼渣鋪筑面層，由于鋼渣與瀝青的粘附性優(yōu)于玄武巖等材料，并且鋼渣與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，道路的服役周期延長(zhǎng)，維修費(fèi)用減少。（5）由于鋼渣與瀝青的粘附性特點(diǎn)，所以使用鋼渣鋪筑瀝青混凝土面層的時(shí)候，瀝青材料可以放寬相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠降低面層施工成本。（6）鋼渣具有一定的透水性，加上其獨(dú)特的水泥熟料的特點(diǎn)，在處理濕軟路基和沉陷性路基的工藝上，能夠替代拋石擠淤和換填處理的工藝，施工簡(jiǎn)單，效果突出。

3. 八鋼“三供一業(yè)”項(xiàng)目的道路施工工程

新疆八鋼于1951年建廠，長(zhǎng)期以來(lái)八鋼居民區(qū)的水電暖均有八鋼企業(yè)承擔(dān)。八鋼的焦?fàn)t煤氣供應(yīng)居民生活用燃?xì)?，?dòng)力廠承擔(dān)居民的水、電供應(yīng)。新疆冬季供暖期長(zhǎng)達(dá)半年，每到冬季，為優(yōu)先保障居民正常生活，對(duì)軋鋼生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)行限產(chǎn)。八鋼承擔(dān)了許多社會(huì)職能，企業(yè)負(fù)擔(dān)重。2018年八鋼響應(yīng)國(guó)家和自治區(qū)的要求，開(kāi)始全面有序推進(jìn)職工家屬區(qū)“三供一業(yè)”分離移交工作。

八鋼居民區(qū)（烏魯木齊頭屯河區(qū)鋼城片區(qū)）的水電暖設(shè)施，多年來(lái)經(jīng)歷了數(shù)次改造，大多數(shù)水暖管路和供排水系統(tǒng)鋪設(shè)在道路下方和道路側(cè)，“三供一業(yè)”面臨的最大作業(yè)內(nèi)容是道路開(kāi)挖后，盡快完成管路系統(tǒng)的改造，然后恢復(fù)道路交通的正常運(yùn)行。針對(duì)道路的恢復(fù)，施工單位最初的設(shè)計(jì)方案是采用傳統(tǒng)的砂石料和戈壁料鋪筑。由于日趨嚴(yán)格的環(huán)保限制及對(duì)土壤保護(hù)的要求，砂石料和戈壁料的供應(yīng)存在困難。為此新疆互利佳源科技有限公司主動(dòng)對(duì)接項(xiàng)目，介紹鋼渣筑路的優(yōu)越性，在取得施工方的認(rèn)可后，八鋼“三供一業(yè)”項(xiàng)目規(guī)?；瘜?shí)施了鋼渣修路和鋼渣回填管廊基礎(chǔ)的工藝，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 鋼渣應(yīng)用于瀝青混凝土的技術(shù)指標(biāo)

在“三供一業(yè)”項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，街道道路下方的管廊鋪設(shè)，路面的恢復(fù)等區(qū)域都應(yīng)用八鋼的鋼渣，對(duì)于降低工程造價(jià)，縮短建設(shè)周期，盡早開(kāi)放道路，產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用，減少了建設(shè)中對(duì)市民出行的影響，也是項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中最大的亮點(diǎn)。

4 鋼渣混合料在“三供一業(yè)”中的應(yīng)用

4.1 鋼渣性能指標(biāo)

八鋼的鋼渣采用熱悶和改質(zhì)處理兩種工藝方法，鋼渣的熱悶效果和鋼渣的路用性能指標(biāo)均滿足交通部的相關(guān)規(guī)定，新疆交建集團(tuán)北朋土木工程有限公司對(duì)修路用鋼渣進(jìn)行了檢測(cè)，應(yīng)用于瀝青混凝土和水穩(wěn)層的鋼渣性能指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表2 鋼渣應(yīng)用于水穩(wěn)層的顆粒級(jí)配檢測(cè)值

影響應(yīng)用的游離氧化鈣的檢測(cè)，以及鋼渣的容重檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3和4。

表3 鋼鐵渣的比重實(shí)測(cè)值

根據(jù)表4可知，鋼鐵渣中間，對(duì)于環(huán)境有害物質(zhì)的含量，低于國(guó)標(biāo)要求，能夠滿足修路的安全性要求。

4.2 鋼渣在水穩(wěn)層施工中的應(yīng)用

最初的鋼渣應(yīng)用，在環(huán)繞頭屯河區(qū)烏魯木齊市92小學(xué)的兩條道路開(kāi)挖后作為恢復(fù)道路的水穩(wěn)層材料使用。該路段原有的路基為建筑垃圾和戈壁料填筑，部分路段開(kāi)后發(fā)現(xiàn)路基下方有有機(jī)質(zhì)的路段，路基已有沉陷情況。為此項(xiàng)目部將沉陷性的路基軟土挖出，換填鋼渣后，鋪筑水穩(wěn)層，水穩(wěn)層厚度在200～300mm。

表4 鋼渣和煉鐵渣中間部分重金屬元素的含量檢測(cè) %

在水穩(wěn)層的鋪筑中，鋼渣從鋼渣廠渣堆直接取用，拉運(yùn)到制定路段后，沒(méi)有添加水泥，按照路拌工藝攤鋪灑水后，壓路機(jī)碾壓3～5遍后，檢測(cè)壓實(shí)度，準(zhǔn)備養(yǎng)生后鋪筑瀝青混凝土面層。當(dāng)壓路機(jī)壓實(shí)后的第二天，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)鋪筑的水穩(wěn)層壓實(shí)度和強(qiáng)度、彎沉值等均滿足鋪筑面層的條件后，創(chuàng)新性的在上面直接鋪筑面層，效果良好。其平整度、壓實(shí)度等指標(biāo)滿足工程建設(shè)要求。

4.3 管線道路的基礎(chǔ)和回填施工

“三供一業(yè)”的大多數(shù)管線（水、暖、氣）沿著城市主干道布置，開(kāi)挖后，更換原有的管線，鋪設(shè)新的管線，然后回填后進(jìn)行道路的鋪筑。這些管線途經(jīng)的區(qū)域，為了施工的便捷，需要將開(kāi)挖的大部分土方拉走，然后才能夠?qū)嵤┕艿赖慕ㄔO(shè)。

開(kāi)挖后，路基的情況差異較大，濕陷性路段大多數(shù)由供水滲漏和綠化水滲透造成，原有的管線腐蝕嚴(yán)重，管溝深度在1.5～3.5m。鋪設(shè)好管道后，管溝的回填考慮了鋼渣的性質(zhì)，即鋼渣是堿性材料，能夠與環(huán)境中間的氯離子和硫酸根離子反應(yīng)，能夠有效減少環(huán)境對(duì)于管線的腐蝕，并且鋼渣的導(dǎo)熱性較差（導(dǎo)熱系數(shù)為0.4W/mok），對(duì)于新疆嚴(yán)寒冬季的保暖有貢獻(xiàn)。故項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)管溝一律采用鋼渣回填，從路基到水穩(wěn)層，回填的厚度在1.5～3.5m。

經(jīng)歷了冬季，采用鋼渣處理的區(qū)域，地面無(wú)泛漿、沉陷、冒漲等病害，效果超出預(yù)期效果。

4.4 水穩(wěn)層的質(zhì)量控制

鋼渣作為“三供一業(yè)”道路水穩(wěn)層的唯一材料，從攤鋪到壓實(shí)后，道路即開(kāi)放，主干道采用灑水降塵和養(yǎng)生，輔路直接開(kāi)放，以減少對(duì)市民出行的影響。為了評(píng)估修路的質(zhì)量，新疆交建集團(tuán)的技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘后認(rèn)為，熱悶渣鋪筑水穩(wěn)層，采用灑水和不灑水的效果在水穩(wěn)層的早期強(qiáng)度上有一定的差別，即灑水養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度明顯高于不灑水的強(qiáng)度。

除此之外，鋼渣水穩(wěn)層的鋪筑，與高速公路采用的常規(guī)材料的鋪筑工藝相比，其采取的施工方法和降低筑路成本上有著得天獨(dú)厚的的優(yōu)勢(shì)。采用鋼渣鋪筑的城市交通主干道的效果，優(yōu)于傳統(tǒng)的鋪筑工藝。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋼渣修路的優(yōu)越性是業(yè)界的共識(shí)，在新疆還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。八鋼“三供一業(yè)”項(xiàng)目的施工證明，熱悶渣在城市道路建設(shè)過(guò)程中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

（1）作為水穩(wěn)層和瀝青混凝土面層的主要材料應(yīng)用，具有施工工藝簡(jiǎn)化、工藝效果好、工程造價(jià)低、修筑質(zhì)量?jī)?yōu)越、路害減少的優(yōu)點(diǎn)。

（2）鋼渣鋪筑城市道路，對(duì)于縮短修路建設(shè)周期，盡早開(kāi)放道路有積極的意義，有利于減少工程建設(shè)施工對(duì)于民生的干擾。

（3）八鋼“三供一業(yè)”采用的鋼渣修路模式，為新疆境內(nèi)的鋼渣資源化利用提供了樣板工程，可在疆內(nèi)城市建設(shè)和道路施工中推廣應(yīng)用。