鋼渣在半剛性基層材料中的應(yīng)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(shí)的質(zhì)量控制、施工工藝、路用性能和強(qiáng)度形成機(jī)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(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高，特別是早期強(qiáng)度高、回彈模量高等力學(xué)性能特點(diǎn)，工程造價(jià)低、施工方便，有利于環(huán)境保護(hù)。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(qiáng)度、剛度，較好的水、溫穩(wěn)定性和板體性，更適合于高等級(jí)道路。國(guó)外對(duì)半剛性材料的研究始于50、60年代，80年代才在我國(guó)逐步推廣使用?！　‰S著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，工業(yè)廢料的開(kāi)發(fā)利用日益得到重視，轉(zhuǎn)爐鋼渣越來(lái)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(diǎn)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(qiáng)度高、板體性好的特點(diǎn)，已成為我國(guó)道路建設(shè)的首選路面結(jié)構(gòu)形式。環(huán)保型、高強(qiáng)度型是道路基層的發(fā)展趨勢(shì)，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(yīng)用研究目前在全國(guó)范圍內(nèi)展開(kāi)，二灰鋼渣在北京的應(yīng)用已初具規(guī)模。眾多的應(yīng)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(jì)地用于道路工程建設(shè)，將大大降低道路工程建設(shè)的費(fèi)用，另一方面也增加鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?！　〉缆饭こ虒?duì)石料的基本要求包括：1）力學(xué)性能滿足荷載要求；2）氣候穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性良好；3）穩(wěn)定的施工性能。國(guó)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(xué)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(kāi)裂，危害較大。　　《鋼渣石灰類道路基層施工及驗(yàn)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(qiáng)度。其游離氧化鈣含量應(yīng)小于3%,最大粒徑不大于50mm,前期渣不得單獨(dú)使用，應(yīng)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(duì)鋼渣有明確要求：筑路用鋼渣為經(jīng)過(guò)陳化或其他方法處理已經(jīng)穩(wěn)定的鋼渣，其粉化率測(cè)定值的波動(dòng)上限應(yīng)不超過(guò)5%,應(yīng)清除垃圾和有害物質(zhì)。張亮亮也對(duì)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(duì)各大鋼廠的鋼渣的壓碎值進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)絕大部分鋼廠鋼渣的壓碎值指標(biāo)低于30%,完全適合各類道路的基層和底基層?！　?.2施工工藝　　劉紅堂通過(guò)大量的工程實(shí)踐設(shè)計(jì)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(chǎng)拌法施工。其施工工藝較易掌握，且便于搶工期、趕進(jìn)度，特別是在雨季時(shí)，優(yōu)點(diǎn)十分明顯，雨后天晴，二灰鋼渣基層一般可馬上進(jìn)行鋪筑，不會(huì)像石灰土那樣長(zhǎng)時(shí)間等待，或進(jìn)行翻曬處理?！　?.3路用性能　　通過(guò)對(duì)不同含水量的試件進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，得出最大干密度、最佳含水量以及最佳配合比，并進(jìn)行了其他路用性能測(cè)試。通過(guò)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(yīng)用工程以及安徽境內(nèi)多條國(guó)道的大量應(yīng)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?yàn)和實(shí)踐表明，二灰鋼渣的7d和28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而且后期還有較大幅度的增長(zhǎng)，抗彎拉強(qiáng)度和彎拉回彈模量都能滿足道路的要求。鋼渣試驗(yàn)路基層整體回彈彎沉在60d齡期時(shí)的測(cè)定值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)，試驗(yàn)路基層的承載力很高?！　≈煺浞及l(fā)現(xiàn)二灰鋼渣28d抗壓強(qiáng)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(zhǎng)，二灰鋼渣的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著，180d抗壓強(qiáng)度、回彈模量達(dá)到甚至超過(guò)二灰碎石?？梢?jiàn)鋼渣與二灰結(jié)合能力強(qiáng)于碎石，二灰鋼渣具有良好的路用性能，可在各等級(jí)道路基層中應(yīng)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(xué)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(dāng)石灰粉煤灰鋼渣含水量為最佳含水量的1/10時(shí)，其干燥收縮系數(shù)出現(xiàn)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(jià)值的結(jié)論，并結(jié)合試驗(yàn)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(qiáng)度形成機(jī)理　　肖常青、朱晗等人對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定鋼渣作為公路底基層進(jìn)行探討研究，分析了水穩(wěn)鋼渣基層強(qiáng)度的形成機(jī)理?！　∷喾勖夯曳€(wěn)定鋼渣混合料中，鋼渣本身具有一定的級(jí)配，鋼渣顆粒形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。由于鋼渣本身強(qiáng)度很高，鋼渣骨架具有一定的強(qiáng)度。在鋼渣顆粒之間，水泥是活性結(jié)合料，在水環(huán)境下進(jìn)行離子交換反應(yīng)、Ca(OH）2的結(jié)晶反應(yīng)、火山灰反應(yīng)等物理化學(xué)反應(yīng)。粉煤灰的主要作用是提供火山灰反應(yīng)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(jìn)火山灰反應(yīng)的進(jìn)行。隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥、粉煤灰在混合料中的交結(jié)作用日益顯著，同時(shí)火山灰反應(yīng)生成的產(chǎn)物進(jìn)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(qiáng)度和剛度增強(qiáng)，從而使水泥粉煤灰穩(wěn)定鋼渣具有很高的強(qiáng)度。