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。　　關鍵詞：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、粉煤灰結合更加改善了三者的技術性能，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的首選路面結構形式。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，我們可以根據結合料的不同將其分為二灰鋼渣和水穩(wěn)鋼渣?！　? 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為二灰鋼渣的品質要求、施工工藝、路用性能提供了依據?！　?.1品質要求　　鋼渣代替石料，安全而經濟地用于道路工程建設，將大大降低道路工程建設的費用，另一方面也增加鋼鐵企業(yè)的經濟效益?！　〉缆饭こ虒κ系幕疽蟀ǎ?）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?！　　朵撛翌惖缆坊鶎邮┕ぜ膀炇找?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規(guī)程》中對鋼渣有明確要求：筑路用鋼渣為經過陳化或其他方法處理已經穩(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。張亮亮也對鋼渣作為路面基層材料的品質要求做了專門研究。他特別對各大鋼廠的鋼渣的壓碎值進行了測試，發(fā)現國內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多條國道的大量應用中發(fā)現，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無側限抗壓強度高于設計標準，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計要求的指標，試驗路基層的承載力很高。　　朱珍芳發(fā)現二灰鋼渣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。　　郝培文還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、抗凍性和收縮性能，是優(yōu)質的基層材料。石灰粉煤灰鋼渣在-10~-15℃區(qū)間內具有較大溫縮系數。當石灰粉煤灰鋼渣含水量為最佳含水量的1/10時，其干燥收縮系數出現峰值?！　∽T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論，并結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。　　2 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構。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，水泥是活性結合料，在水環(huán)境下進行離子交換反應、Ca(OH）2的結晶反應、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作用日益顯著，同時火山灰反應生成的產物進行聚合，使鋼渣顆粒間形成混亂的空間網狀連接，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。