鋼渣在半剛性基層材料中的應用研究

　　摘要：文章敘述了鋼渣用于二灰鋼渣基層和水穩(wěn)鋼渣基層時的質(zhì)量控制、施工工藝、路用性能和強度形成機理。文章指出了鋼渣用作二灰鋼渣和水穩(wěn)鋼渣基層的半剛性材料，具有無側(cè)限抗壓強度高，特別是早期強度高、回彈模量高等力學性能特點，工程造價低、施工方便，有利于環(huán)境保護。最后還指出了鋼渣作為半剛性基層材料的推廣范圍?！　￡P(guān)鍵詞：鋼渣；半剛性基層材料；二灰鋼渣；水泥　　0前言　　半剛性材料是用水硬性結(jié)合料處置的材料，主要在道路基層中使用，與柔性材料相比，具有較大的強度、剛度，較好的水、溫穩(wěn)定性和板體性，更適合于高等級道路。國外對半剛性材料的研究始于50、60年代，80年代才在我國逐步推廣使用?！　‰S著人們環(huán)保意識的不斷提高，工業(yè)廢料的開發(fā)利用日益得到重視，轉(zhuǎn)爐鋼渣越來越多地用作半剛性路面中基層材料的骨料。鋼渣筑路的主要技術(shù)特點是充分利用了鋼渣的膠凝性、微膨脹性，尤其與石灰、粉煤灰結(jié)合更加改善了三者的技術(shù)性能，提高了材料的穩(wěn)定性。由于半剛性路面具有強度高、板體性好的特點，已成為我國道路建設(shè)的首選路面結(jié)構(gòu)形式。環(huán)保型、高強度型是道路基層的發(fā)展趨勢，鋼渣作為道路基層材料，正滿足這種要求。鋼渣作為集料用于半剛性基層材料，我們可以根據(jù)結(jié)合料的不同將其分為二灰鋼渣和水穩(wěn)鋼渣。　　1 二灰鋼渣基層材料　　二灰鋼渣的應用研究目前在全國范圍內(nèi)展開，二灰鋼渣在北京的應用已初具規(guī)模。眾多的應用研究已經(jīng)為二灰鋼渣的品質(zhì)要求、施工工藝、路用性能提供了依據(jù)?！　?.1品質(zhì)要求　　鋼渣代替石料，安全而經(jīng)濟地用于道路工程建設(shè)，將大大降低道路工程建設(shè)的費用，另一方面也增加鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟效益。　　道路工程對石料的基本要求包括：1）力學性能滿足荷載要求；2）氣候穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性良好；3）穩(wěn)定的施工性能。國內(nèi)外資料表明，道路工程尤其注意路用鋼渣的穩(wěn)定性，常規(guī)路用石料為隨地球的演變而自然形成，其化學性能與耐久性能較穩(wěn)定；而鋼渣具有粉化膨脹的特性，隨意取用易引起道路的膨脹開裂，危害較大。　　《鋼渣石灰類道路基層施工及驗收規(guī)范》中規(guī)定鋼渣必須分解穩(wěn)定，粒徑符合規(guī)定，具有規(guī)定的強度。其游離氧化鈣含量應小于3%,最大粒徑不大于50mm,前期渣不得單獨使用，應采用堆積一年以上陳渣；《鋼渣混合料路面基層施工技術(shù)規(guī)程》中對鋼渣有明確要求：筑路用鋼渣為經(jīng)過陳化或其他方法處理已經(jīng)穩(wěn)定的鋼渣，其粉化率測定值的波動上限應不超過5%,應清除垃圾和有害物質(zhì)。張亮亮也對鋼渣作為路面基層材料的品質(zhì)要求做了專門研究。他特別對各大鋼廠的鋼渣的壓碎值進行了測試，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)絕大部分鋼廠鋼渣的壓碎值指標低于30%,完全適合各類道路的基層和底基層。　　1.2施工工藝　　劉紅堂通過大量的工程實踐設(shè)計出了一套比較典型的二灰鋼渣基層的施工工藝。主要包括配比、拌合、試鋪、攤鋪及平整、碾壓、養(yǎng)生等幾道工序。其中拌合采用場拌法施工。其施工工藝較易掌握，且便于搶工期、趕進度，特別是在雨季時，優(yōu)點十分明顯，雨后天晴，二灰鋼渣基層一般可馬上進行鋪筑，不會像石灰土那樣長時間等待，或進行翻曬處理?！　?.3路用性能　　通過對不同含水量的試件進行重型擊實試驗，得出最大干密度、最佳含水量以及最佳配合比，并進行了其他路用性能測試。通過在寶鋼三期工程道路基層、石家莊市城市主干道中華大街道路改建工程、首鋼鋼渣、馬鋼鋼渣應用工程以及安徽境內(nèi)多條國道的大量應用中發(fā)現(xiàn)，二灰鋼渣道路基層具有優(yōu)良的路用性能?！　∫幌盗械脑囼灪蛯嵺`表明，二灰鋼渣的7d和28d無側(cè)限抗壓強度高于設(shè)計標準，而且后期還有較大幅度的增長，抗彎拉強度和彎拉回彈模量都能滿足道路的要求。鋼渣試驗路基層整體回彈彎沉在60d齡期時的測定值遠遠低于設(shè)計要求的指標，試驗路基層的承載力很高?！　≈煺浞及l(fā)現(xiàn)二灰鋼渣28d抗壓強度、回彈模量均高于石灰土和二灰土，略低于二灰碎石。隨著齡期的增長，二灰鋼渣的后期強度增長顯著，180d抗壓強度、回彈模量達到甚至超過二灰碎石?？梢婁撛c二灰結(jié)合能力強于碎石，二灰鋼渣具有良好的路用性能，可在各等級道路基層中應用?！　『屡辔倪€研究了石灰粉煤灰鋼渣的收縮凍融性能，考查二灰鋼渣半剛性路面基層的可能性。研究表明，二灰鋼渣具有較好的力學性質(zhì)、抗凍性和收縮性能，是優(yōu)質(zhì)的基層材料。石灰粉煤灰鋼渣在-10~-15℃區(qū)間內(nèi)具有較大溫縮系數(shù)。當石灰粉煤灰鋼渣含水量為最佳含水量的1/10時，其干燥收縮系數(shù)出現(xiàn)峰值。　　譚鵬研究了二灰鋼渣基層的疲勞性能，得到了一些有價值的結(jié)論，并結(jié)合試驗提出了減小鋼渣粉煤灰疲勞壽命變異性的幾種措施?！　? 水穩(wěn)鋼渣　　2.1水穩(wěn)鋼渣強度形成機理　　肖常青、朱晗等人對水泥粉煤灰穩(wěn)定鋼渣作為公路底基層進行探討研究，分析了水穩(wěn)鋼渣基層強度的形成機理?！　∷喾勖夯曳€(wěn)定鋼渣混合料中，鋼渣本身具有一定的級配，鋼渣顆粒形成骨架密實結(jié)構(gòu)。由于鋼渣本身強度很高，鋼渣骨架具有一定的強度。在鋼渣顆粒之間，水泥是活性結(jié)合料，在水環(huán)境下進行離子交換反應、Ca(OH）2的結(jié)晶反應、火山灰反應等物理化學反應。粉煤灰的主要作用是提供火山灰反應所需要的活性氧化硅和氧化鋁，在水泥和堿性物質(zhì)作用下活性被激發(fā)，促進火山灰反應的進行。隨著齡期的增長，水泥、粉煤灰在混合料中的交結(jié)作用日益顯著，同時火山灰反應生成的產(chǎn)物進行聚合，使鋼渣顆粒間形成混亂的空間網(wǎng)狀連接，且連接強度和剛度增強，從而使水泥粉煤灰穩(wěn)定鋼渣具有很高的強度。