向長(zhǎng)征

摘要：文章通過對(duì)鋼渣進(jìn)行一系列試驗(yàn)，全面分析鋼渣的化學(xué)成分、物理力學(xué)性能、穩(wěn)定性以及安全性。結(jié)果表明，鋼渣的壓碎值、游離氧化鈣含量、穩(wěn)定性、安全性試驗(yàn)均滿足國(guó)家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此鋼渣可以作為高速公路路基材料。

關(guān)鍵詞：高速公路；鋼渣；墊層；應(yīng)用與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：U416.25

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）07-0180-02

1.前言

隨著我國(guó)冶金工業(yè)的快速發(fā)展，鋼渣的排放也逐年增加，大量鋼渣露天堆放，不但侵占土地，而且污染環(huán)境，已成環(huán)境、社會(huì)的一大公害。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼渣利用率已近100%的今天，由于各種各樣的原因，我國(guó)的鋼渣利用率卻較低。

近年來我國(guó)高速公路的快速發(fā)展，對(duì)建筑材料尤其是石料的需要量增加，道路建設(shè)是大規(guī)模利用鋼渣的有效途徑，將鋼渣代替石料，安全而經(jīng)濟(jì)地用于高速公路工程建設(shè)，不但改善了自然環(huán)境，更能降低道路工程建設(shè)費(fèi)用，實(shí)際意義十分重大。

2.背景工程情況概述

湖南省長(zhǎng)沙至湘潭高速公路（復(fù)線）是湖南省高速公路網(wǎng)岳陽(yáng)-臨武（京港澳復(fù)線）高速公路的一段。路線經(jīng)過的湘潭是湘潭鋼鐵廠所在地，出產(chǎn)大量的鋼渣。經(jīng)認(rèn)真應(yīng)用實(shí)踐、分析論證，在長(zhǎng)湘高速公路進(jìn)行的鋼渣墊層應(yīng)用研究與實(shí)踐為暫無(wú)國(guó)家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合式鋼渣路基施工提供了成熟的技術(shù)借鑒，具有非常重要的意義。

3.鋼渣材料工程特性

3.1性能指標(biāo)

3.1.1膨脹量

由于鋼渣中一般都含有游離氧化鈣（氧化鎂），其與水或水汽接觸后，會(huì)迅速水化，其體積增長(zhǎng)可達(dá)8%，從而破壞鋼渣體的穩(wěn)定性；因此，鋼渣在工程應(yīng)用前應(yīng)在自然條件下陳化半年以上，有效的降低游離氧化鈣的含量。公路墊層工程中其含量應(yīng)小于3%，使其總的膨脹量不至于過大，控制在萬(wàn)分之五以內(nèi)。

3.1.2鋼渣各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2.1，將鋼渣取樣，嚴(yán)格按照試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)程進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果，見表1、表2、圖1。

3.1.2.2將鋼渣取樣，嚴(yán)格按照試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)程進(jìn)行壓碎值測(cè)定，鋼渣壓碎值結(jié)果，見表3。

3.1.2.3鋼渣物理常數(shù)結(jié)果，見表4

3.1.2.4鋼渣最大干密度、最佳含水量等重要指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果

最大干密度為2.27g/cm³，最佳含水率為6.8%，液限WL為26.2%，塑限WP為20.1%，塑性指數(shù)IP為6.1，密實(shí)度為96%時(shí)CBR為14.5。

見圖2（a，b，c，d，e，f，g，h）

3.2鋼渣的化學(xué)特性

湘鋼鋼渣主要由礦物質(zhì)成分組成，其礦物組分主要為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鐵酸二鈣、鈣鎂薔薇輝石、游離石灰等。這些礦物成分使鋼渣具有了表面粗糙、比重大、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐磨和耐久的特點(diǎn)，從而使鋼渣具備了極高的路用價(jià)值。

3.3鋼渣的穩(wěn)定性

由于鋼渣顆粒表面粗糙從而摩擦系數(shù)較大，在機(jī)械作用下依然具有較好的穩(wěn)定性。鋼渣經(jīng)壓路機(jī)震動(dòng)碾壓后，顆粒物相互嵌擠以至內(nèi)摩擦力得到增大，同時(shí)，由于鋼渣80%以上是氧化鈣、氧化鐵、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁等礦物質(zhì)，這些物質(zhì)使得鋼渣具有了較強(qiáng)的化學(xué)活性，整平震動(dòng)碾壓后，礦物質(zhì)在外部環(huán)境大氣、濕度、溫度的共同作用下將發(fā)生一系列水化和氧化反應(yīng)，使得分子結(jié)構(gòu)得到重新組合，處于松散狀的鋼渣顆粒凝聚成牢固的整體，達(dá)到較高的強(qiáng)度，從而使鋼渣的整體強(qiáng)度好于砂礫強(qiáng)度。

同時(shí)作為路基填料應(yīng)具有足夠的水穩(wěn)定性。由于鋼渣主要為粗顆粒材料組成，含水量的變化對(duì)其強(qiáng)度影響很小，在水的浸濕或浸泡下不會(huì)產(chǎn)生超限的沉降變形。同時(shí)，該填料屬粗顆粒碎石土，不會(huì)產(chǎn)生凍脹，具有足夠的水穩(wěn)定性。

鋼渣路基經(jīng)自然環(huán)境作用，板結(jié)成一個(gè)不可分割的整體，而砂礫路基的強(qiáng)度主要依靠相互之間的嵌擠及內(nèi)摩擦力的作用而形成，相比之下，鋼渣路基抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)高于砂礫路基。

3.4原材料使用的安全性

鋼渣是否具有對(duì)人體有害的放射性射線，是能否作為路基填料，特別是站場(chǎng)填料的又一關(guān)鍵問題，為此，對(duì)湘鋼鋼渣進(jìn)行了放射性監(jiān)測(cè)。經(jīng)監(jiān)測(cè)儀器有測(cè)試各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均符合《建筑材料放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB65 66-2000）的要求，符合放射性標(biāo)準(zhǔn)。

從鋼渣浸提液的PH值可見鋼渣均屬堿性，不會(huì)對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)物（橋、涵等）造成腐蝕。

4.鋼渣墊層施工工藝

4.1下承層處理

在墊層施工前，必須先用20T壓路機(jī)或等效的碾壓機(jī)械進(jìn)行3-4遍碾壓檢驗(yàn)，不得有軟彈或輪跡，并采用5.4m貝克曼梁檢測(cè)下承層彎沉，彎沉值不得大于設(shè)計(jì)值170（0.01mm）。

4.2測(cè)量放樣

先在土基上恢復(fù)路線中樁，曲線段按每10m一個(gè)樁，直線段按每20m一個(gè)樁控制，并在兩側(cè)路肩邊緣外設(shè)指示樁。

4.3為便于攤鋪均勻，先根據(jù)每一個(gè)斷面的測(cè)量資料在地面按5m×3.75m用石灰標(biāo)出方格，采用自卸汽車配合挖掘機(jī)取料。

4.4測(cè)定攤鋪的含水量

鋼渣含水量控制在最佳含水量變的±2%以內(nèi)，過小采取加水（人工或?yàn)⑺嚍⑺?，過大采用攤開翻曬等措施。嚴(yán)格控制含水量。

4.5壓實(shí)后在石灰樁處測(cè)標(biāo)高，平整度、高程、橫坡、縱坡均符合設(shè)計(jì)要求方可報(bào)驗(yàn)。

4.6養(yǎng)生

鋼渣墊層在碾壓完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后就立即開始養(yǎng)生。養(yǎng)生一般采用自然養(yǎng)生，為保持鋼渣具有較好的活性，鋼渣在整個(gè)養(yǎng)生期內(nèi)應(yīng)始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)。鋼渣墊層養(yǎng)生期不得少于7d，養(yǎng)生期間應(yīng)盡量封閉交通，使鋼渣能夠迅速活化產(chǎn)生板結(jié)作用。

5.施工質(zhì)量控制

為了確保鋼渣墊層的填筑質(zhì)量，在施工過程中重點(diǎn)對(duì)原材料質(zhì)量、填筑厚度、最佳含水量、最大粒徑、壓實(shí)機(jī)械噸位、碾壓速度、壓實(shí)遍數(shù)等多方面、多手段加以嚴(yán)格控制，對(duì)墊層的質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)采用幾種不同方法綜合進(jìn)行，其中，鋼渣墊層壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)仍按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10-2006）規(guī)定的土質(zhì)路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。