歐陽衡，吳 迪，韓亞芳

（1、廣州交投城市道路建設(shè)有限公司 廣州 510500；2、廣東建科交通工程質(zhì)量檢測中心有限公司 廣州 510500）

0 引言

坑洞破損是高速公路運(yùn)營維護(hù)中常見的難以一勞永逸修復(fù)的病害，不僅影響交通安全和路城環(huán)境景觀，也影響道路交通暢順和通行能力，降低道路服務(wù)質(zhì)量。路面日常養(yǎng)護(hù)中，零星破損坑槽養(yǎng)護(hù)處置不徹底、質(zhì)量難以保證，重復(fù)修復(fù)率高，并易引發(fā)病害向周邊擴(kuò)散。重復(fù)性維修也進(jìn)一步降低了道路運(yùn)營維護(hù)服務(wù)水平。目前修補(bǔ)材料主要存在的問題為修補(bǔ)材料粘結(jié)性能差、天然砂石資源短缺、整體耐久性差、養(yǎng)護(hù)時間久。

因此，本文采用新研制改性環(huán)氧樹脂膠結(jié)料和固廢資源鋼渣骨料，制備成鋼渣樹脂混合料用于路面破損修補(bǔ)，新開發(fā)的修補(bǔ)材料需要具有粘結(jié)性能高、耐久性好、固化快、與瀝青基面、水泥混凝土基面均可粘結(jié)牢固克服了傳統(tǒng)修補(bǔ)材料的缺點，并且通過對鋼渣的研究應(yīng)用，既可解決鋼渣占地、污染環(huán)境的問題，又可減少對砂石資源的依賴［1-3］。

1 原材料試驗

1.1 原材料

1.1.1 改性樹脂膠結(jié)料

本文所用的路面破損修補(bǔ)材料膠黏劑由A 樹脂組分、B 固化劑、無機(jī)填料C 組分組成，其中A∶B∶C 的質(zhì)量配比為1∶0.5∶0.3，改性樹脂膠結(jié)料的具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 改性樹脂膠結(jié)料主要技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Main Technical Indexes of Modified Resin Binder

1.1.2 骨料

近年來，隨著我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鋼渣作為煉鋼后的副產(chǎn)物也逐年增加，但目前國內(nèi)對鋼渣的處理工藝較少，利用率較低［4］。我國大粒徑鋼渣的利用主要集中在填筑道路基層、底基層，但是對于小粒徑、壓碎值偏高的鋼渣利用率較低［5-6］。

本文所研制的鋼渣樹脂混合料所用的骨料包括河沙、鋼渣，其中鋼渣粒徑范圍為0～2.36 mm（35%）、2.36～9.75 mm（65%），且骨料干凈（含塵率小于1%）、表面粗糙、干燥、無雜色，鋼渣的具體技術(shù)指標(biāo)如表2所示。鋼渣的物理測試結(jié)果與常用骨料金剛砂結(jié)果接近，其中鋼渣的表觀相對密度達(dá)到3.01，因為其含有較多的金屬化合物，相對密度較大。含水率、磨耗損失、吸水率、膨脹率均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范：JTG F40—2004》的要求［7］。

表2 集料技術(shù)指標(biāo)Tab.2 Aggregate Technical Index

1.2 膠水用量篩選

首先，將改性樹脂膠結(jié)料的A、B、C 三組分按照1∶0.5∶0.3 的比例攪拌均勻后備用；其次，將混合均勻的膠液與計量的骨料按照比例拌和均勻。

從圖1 可以看出，隨著膠石比的降低，即用膠量的減小，樹脂混合料的吸水率逐漸上升，抗壓強(qiáng)度逐漸下降［8］。主要原因是隨著膠水用量減少，混合料空隙率不斷增大，吸水率上升，混合料密實度下降，抗壓強(qiáng)度由62.9 MPa 下降到45.4 MPa。由此可見，鋼渣樹脂混合料中的改性樹脂膠黏劑可以粘結(jié)鋼渣骨料、填充骨料孔隙，提高混合料的密實度和力學(xué)強(qiáng)度［9］。因改性樹脂膠結(jié)料成本價較高，滿足鋼渣樹脂混合料抗壓強(qiáng)度達(dá)到50 MPa，用膠量推薦膠∶骨料比例為1∶8。

圖1 膠水用量對吸水率和抗壓強(qiáng)度的影響Fig.1 Influence of Glue Dosage on Water Absorption and Compressive Strength

1.3 固化性能

快干水泥混凝土、樹脂膠和鋼渣樹脂混合料的固化條件如表3 所示?？梢钥闯觯男詷渲z結(jié)料具有較快的固化速度。其中，快干水泥可開放交通時間為65 min，改性樹脂膠結(jié)料表干時間為11.5 min，開放交通時間為35 min，鋼渣樹脂混合料表干時間為20 min，開放交通時間為65 min。從固化速度方面來講，改性樹脂膠結(jié)料更快，對于縮短交通圍閉時間具有較大的幫助，可促進(jìn)快速開放交通。

表3 固化條件Tab.3 Curing Conditions

2 測試結(jié)果分析

2.1 力學(xué)強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度測試參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程：JTG E30—2005》水泥砂漿立方體抗壓試驗方法進(jìn)行抗壓性能測試，參照鋼渣骨料在水泥混凝土中應(yīng)用，研究表明不同鋼渣摻量對混凝土強(qiáng)度、抗凍融、抗?jié)B、抗收縮性能均有明顯影響［10］。

從表4 結(jié)果中可以看出，在23 ℃養(yǎng)護(hù)7 d 后測試不同鋼渣摻量下鋼渣樹脂混合料的抗壓強(qiáng)度，隨著鋼渣摻量由50%逐漸提高至100%，鋼渣樹脂混合料抗壓強(qiáng)度呈下降的趨勢，這是由于鋼渣本身抗壓性能較差，不耐壓，表面孔隙較多，粒徑偏大，抗壓強(qiáng)度差。當(dāng)鋼渣和河沙比例為50∶50 時，河沙將鋼渣骨料孔隙進(jìn)行了填充，混合料達(dá)到密實度達(dá)到最大，此時，抗壓強(qiáng)度最高，達(dá)到51.5 MPa。

表4 鋼渣樹脂混合料抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果Tab.4 Test Results of Compressive Strength of Steel Slag Resin Mixture

2.2 吸水性能和膨脹性研究

飽水率測試參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程：JTG E20—2011》中T 0717—1993 瀝青混合料飽水率測試試驗。鋼渣混合料的膨脹性參照《公路工程集料試驗規(guī)程：JTG E42—2005》中T 0348—2005 方法測定，計算其體積變化率。

由表5 可知，隨著鋼渣摻量的增加，飽水率逐漸上升，主要原因是由于鋼渣粒徑較分散，為0～9.75 mm，制備成樹脂混合料后存在一定量的孔隙，隨著鋼渣摻量的增加，混合料孔隙逐漸增加，因此飽水率上升。在鋼渣摻量由50%提升至100%后，飽水率由2.07%升至7.55%。

鋼渣遇水產(chǎn)生膨脹主要與其組成成分游離CaO 含量有關(guān)，游離CaO 可與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)［11］。因此，通過測試鋼渣混合料的膨脹性進(jìn)而可以分析鋼渣的穩(wěn)定性。鋼渣樹脂混合料的膨脹性結(jié)果由表5可以得出，隨著鋼渣摻量提升，經(jīng)過浸水膨脹后鋼渣混合料體積幾乎無變化，膨脹率最大僅提高0.20%，完全滿足《耐磨瀝青路面用鋼渣：GB/T 24765—2009》規(guī)定的膨脹率不大于2.0%的要求，可用于路面坑槽破損修補(bǔ)。

表5 鋼渣樹脂混合料飽水率和膨脹特性Tab.5 Water Saturation and Expansion Characteristics of Steel Slag Resin Mixture

2.3 高溫穩(wěn)定性

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程：JTG E20—2011》中T0703 通過輪碾法制備長300 mm×寬300 mm×厚50 mm車轍試件測試?；旌狭橡B(yǎng)護(hù)完成，保溫6 h 后，采用溫度60℃，輪壓0.7 MPa，模擬高溫重交通的使用情況，如圖2所示，具體測試結(jié)果如表6所示。通過鋼渣摻量由0、50%、60%、70%、80%、90%、100%，動穩(wěn)定度由13 450 次/mm 下降至4 980 次/mm。仍滿足瀝青混合料路面應(yīng)用動穩(wěn)定度技術(shù)≥1 000 次/mm的要求?？梢钥闯?，鋼渣樹脂混合料具有很高的高溫穩(wěn)定性，可以減少高溫夏季道路產(chǎn)生的車轍，具有較高的路用應(yīng)用價值。

圖2 高溫穩(wěn)定性測試Fig.2 High Temperature Stability Test

表6 鋼渣樹脂混合料高溫穩(wěn)定性測試Tab.6 High Temperature Stability Test of Steel Slag Resin Mixture

3 工程應(yīng)用

3.1 道路破損修補(bǔ)

3.1.1 工程概況

施工地點為廣州某高速公路高速跨涌大橋右幅慢車道及匝道位置，于2019 年11 月18 日對破損位置進(jìn)行鑿除瀝青薄層與破損混凝土層，使用鋼渣改性樹脂混合料進(jìn)行修補(bǔ)，施工溫度為35 ℃。采用鋼渣骨料和中砂比為1∶1，膠水和骨料配比為1∶8 制備破損修補(bǔ)骨料，如圖3、圖4所示。

圖3 高速公路破損Fig.3 Damage of Expressway

圖4 匝道破損（基面處理后）Fig.4 Ramp Damage

3.1.2 施工步驟

⑴用切割機(jī)沿破損位置將面層瀝青混凝土切出長90 cm、寬70 cm、深6 cm的矩形坑槽。

⑵采用吹風(fēng)機(jī)將槽底部表面殘留瀝青、灰塵及伸縮縫內(nèi)混凝土碎塊等雜物清理干凈。

⑶將攪拌均勻后膠液涂刷在槽底部及側(cè)壁上，將按比例拌和后的鋼渣樹脂混合料分層填充于坑槽中，用振動平板將面層壓實。

⑷1.5 h后養(yǎng)護(hù)完成，面層表干，開放交通。

3.2 應(yīng)用效果

在正常使用1 年后進(jìn)行回訪，如圖5 所示，跟蹤應(yīng)用效果詳情如下：

圖5 施工后回訪（應(yīng)用1年后）Fig.5 Post-construction Return Visit（One Year after Application）

廣州某高速公路跨涌大橋及匝道，采用鋼渣樹脂混合料破損修補(bǔ)應(yīng)用滿1 年后，改性樹脂混合料與瀝青面層、水泥混凝土基層等粘結(jié)良好，未出現(xiàn)二次破損、啃邊等現(xiàn)象，應(yīng)用效果較好。

綜上所述，鋼渣改性樹脂混合料應(yīng)用效果較好，滿足高速公路破損修補(bǔ)使用。

4 結(jié)語

⑴本文采用改性樹脂膠結(jié)料與鋼渣制備鋼渣樹脂混合料用于路面破損修補(bǔ)，通過抗壓強(qiáng)度和吸水率測試篩選膠水用量，綜合測試結(jié)果及成本分析，得出膠水與骨料用量比例在1∶8時，綜合性能最好，并能夠滿足室溫環(huán)境下1 h快速開放交通的要求。

⑵隨著鋼渣改性樹脂混料中鋼渣摻量的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸下降，飽水率和膨脹性逐漸上升，高溫穩(wěn)定性逐漸下降。綜合而言，在鋼渣與河沙比例為50∶50時，綜合性能最佳。

⑶經(jīng)工程應(yīng)用表明，將鋼渣樹脂混合料用于路面破損修補(bǔ)1 年后未出現(xiàn)質(zhì)量問題，提高了修補(bǔ)材料的耐久性并緩解交通壓力，同時又可解決鋼渣固廢占地污染環(huán)境的問題，具有良好的社會效益。