解英明 ，趙友權(quán) ，趙旭章 ，俞海明 ，吳漢元 ，劉魯新

（1.新疆互利佳源科技有限公司；2.新疆交通建設集團股份有限公司；3.新疆中合大正冶金科技有限公司）

1 前言

鋼渣修路在行業(yè)已有70余年的歷史，國內(nèi)外的經(jīng)驗和案例表明，鋼渣是一種優(yōu)質(zhì)的路用材料，鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的鋼渣，70%以上被公路建設工程有效利用。中國鋼渣修路有三十余年的歷史，關于鋼渣修路國家和有關部門陸續(xù)頒布實施了一系列技術(shù)規(guī)范及標準十余項，如JTG D30-2015公路路基設計規(guī)范、JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范、JTJ034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范、GB/T24765-2009耐磨瀝青路面用鋼渣、GB/T25824-2010等。國內(nèi)的北京天安門大修工程、武黃高速、滬寧高速公路等工程[1-4]，均采用了鋼渣修路技術(shù)。這些工程項目是鋼渣混合料回收利用的典范，推動了公路建設和鋼鐵生產(chǎn)的融合創(chuàng)新與發(fā)展。

八鋼公司作為新疆最大的國有鋼鐵企業(yè)，在煉鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的固體廢棄物鋼渣，鋼渣的產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的18%～25%，每年產(chǎn)生100萬t鋼渣。為降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展，多年來八鋼積極探索對鋼渣混合料的回收利用，先后實施了從鋼渣中回收鋼鐵料，在煉鋼和Corex工序循環(huán)利用，以及冷態(tài)鋼渣應用于轉(zhuǎn)爐冶煉的工藝，消化了30%～45%的鋼渣，但是有55%的鋼渣由于物理化學性能限制，不能夠在鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)利用，只能做為工業(yè)廢棄物堆存。

為了解決鋼渣規(guī)模化應用問題，八鋼、新疆中合大正冶金科技有限公司、新疆交通建設集團股份有限公司（以下簡稱交建集團），合作開發(fā)適合新疆地區(qū)的鋼渣修路技術(shù)。交建集團對八鋼公司產(chǎn)生的鋼渣，做了全面的路用性能檢測和分析，制訂了符合新疆地區(qū)的鋼渣修路技術(shù)方案，于2016年先后鋪筑了G30烏奎高速K3654+755至K3656+255段、G312科研院所，起草了《鋼渣道路結(jié)構(gòu)層施工技術(shù)規(guī)范》的新疆地方標準，并且于2018年5月通過了交通廳組織的專家評審，8月通過了自治區(qū)相關部門的評審驗收，成為地方標準。

2018年在八鋼“三供一業(yè)”項目工程實施中，規(guī)?；瘧昧税虽撲撛旌狭稀２捎娩撛蘼泛喕耸┕すに?，縮短了修路建設周期，取得顯著的效果。

2. 鋼渣修路的優(yōu)勢

鋼渣因含有硅酸二鈣和硅酸三鈣水硬性礦物,且二者含量之和在50%以上,水化過程和水化產(chǎn)物同硅酸鹽水泥熟料相似,不同點在于鋼渣的生成溫度在1560℃以上，而硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度約在1400℃，鋼渣的形成溫度比硅酸鹽水泥熟料高200～300℃，致使鋼渣中C2S（硅酸二鈣）和 C3S（硅酸三鈣）結(jié)晶致密,晶體粗大,水化硬化緩慢。鋼渣是一種過燒的硅酸鹽水泥熟料是業(yè)界的共識[5]。

基于以上的認識，鋼渣在公路建設中的優(yōu)勢，目前還沒有一種材料能夠全面替代，所以西歐和美洲，將鋼渣作為公路建設過程中的高級路用材料應用，鋼渣修路主要優(yōu)勢有以下幾點：（1）鋼渣是一種水泥熟料，同時含有一些尖晶石物象，即耐磨相。所以作為水穩(wěn)層材料，利用鋼渣細集料使用，細集料能夠發(fā)生水化反應，促使鋼渣形成整體的水硬性材料結(jié)構(gòu)，道路的CBR值（加州承載比）在200以上，這是其它路用材料難以達到的指標。（2）鋼渣集料修筑水穩(wěn)層，大顆粒起到骨架作用，細顆粒起到填充空隙的作用，顆粒料碎裂后，自身又會發(fā)生水化反應，穩(wěn)定水穩(wěn)層，所以具有自穩(wěn)定性。加上鋼渣本身的熟料特性，遇水反應緩慢，故鋼渣鋪筑的水穩(wěn)層，不僅CBR值高，路面沉陷現(xiàn)象能夠得到杜絕，并且路面的平整度，動穩(wěn)定次數(shù)同比有著顯著的改善。（3）鋼渣的粗顆粒的硬度較大、耐磨性較強、壓碎值很小，熱容較大和導熱性很差的特點，決定了鋼渣修路后，道路面層的抗滑性能好，道路在炎熱和嚴寒的條件下，道路的熱變形和抗凍解凍性能好，路害少。使用鋼渣鋪筑的瀝青混凝土面層的車轍、龜裂、涌包同比減少50%?？够蕴岣?0%以上。（4）鋼渣鋪筑面層，由于鋼渣與瀝青的粘附性優(yōu)于玄武巖等材料，并且鋼渣與瀝青發(fā)生化學反應，道路的服役周期延長，維修費用減少。（5）由于鋼渣與瀝青的粘附性特點，所以使用鋼渣鋪筑瀝青混凝土面層的時候，瀝青材料可以放寬相關的標準，能夠降低面層施工成本。（6）鋼渣具有一定的透水性，加上其獨特的水泥熟料的特點，在處理濕軟路基和沉陷性路基的工藝上，能夠替代拋石擠淤和換填處理的工藝，施工簡單，效果突出。

3. 八鋼“三供一業(yè)”項目的道路施工工程

新疆八鋼于1951年建廠，長期以來八鋼居民區(qū)的水電暖均有八鋼企業(yè)承擔。八鋼的焦爐煤氣供應居民生活用燃氣，動力廠承擔居民的水、電供應。新疆冬季供暖期長達半年，每到冬季，為優(yōu)先保障居民正常生活，對軋鋼生產(chǎn)系統(tǒng)實行限產(chǎn)。八鋼承擔了許多社會職能，企業(yè)負擔重。2018年八鋼響應國家和自治區(qū)的要求，開始全面有序推進職工家屬區(qū)“三供一業(yè)”分離移交工作。

八鋼居民區(qū)（烏魯木齊頭屯河區(qū)鋼城片區(qū)）的水電暖設施，多年來經(jīng)歷了數(shù)次改造，大多數(shù)水暖管路和供排水系統(tǒng)鋪設在道路下方和道路側(cè)，“三供一業(yè)”面臨的最大作業(yè)內(nèi)容是道路開挖后，盡快完成管路系統(tǒng)的改造，然后恢復道路交通的正常運行。針對道路的恢復，施工單位最初的設計方案是采用傳統(tǒng)的砂石料和戈壁料鋪筑。由于日趨嚴格的環(huán)保限制及對土壤保護的要求，砂石料和戈壁料的供應存在困難。為此新疆互利佳源科技有限公司主動對接項目，介紹鋼渣筑路的優(yōu)越性，在取得施工方的認可后，八鋼“三供一業(yè)”項目規(guī)模化實施了鋼渣修路和鋼渣回填管廊基礎的工藝，技術(shù)指標見表1。

表1 鋼渣應用于瀝青混凝土的技術(shù)指標

在“三供一業(yè)”項目的建設過程中，街道道路下方的管廊鋪設，路面的恢復等區(qū)域都應用八鋼的鋼渣，對于降低工程造價，縮短建設周期，盡早開放道路，產(chǎn)生了極大的促進作用，減少了建設中對市民出行的影響，也是項目建設過程中最大的亮點。

4 鋼渣混合料在“三供一業(yè)”中的應用

4.1 鋼渣性能指標

八鋼的鋼渣采用熱悶和改質(zhì)處理兩種工藝方法，鋼渣的熱悶效果和鋼渣的路用性能指標均滿足交通部的相關規(guī)定，新疆交建集團北朋土木工程有限公司對修路用鋼渣進行了檢測，應用于瀝青混凝土和水穩(wěn)層的鋼渣性能指標見表1和表2。

表2 鋼渣應用于水穩(wěn)層的顆粒級配檢測值

影響應用的游離氧化鈣的檢測，以及鋼渣的容重檢測結(jié)果見表3和4。

表3 鋼鐵渣的比重實測值

根據(jù)表4可知，鋼鐵渣中間，對于環(huán)境有害物質(zhì)的含量，低于國標要求，能夠滿足修路的安全性要求。

4.2 鋼渣在水穩(wěn)層施工中的應用

最初的鋼渣應用，在環(huán)繞頭屯河區(qū)烏魯木齊市92小學的兩條道路開挖后作為恢復道路的水穩(wěn)層材料使用。該路段原有的路基為建筑垃圾和戈壁料填筑，部分路段開后發(fā)現(xiàn)路基下方有有機質(zhì)的路段，路基已有沉陷情況。為此項目部將沉陷性的路基軟土挖出，換填鋼渣后，鋪筑水穩(wěn)層，水穩(wěn)層厚度在200～300mm。

表4 鋼渣和煉鐵渣中間部分重金屬元素的含量檢測 %

在水穩(wěn)層的鋪筑中，鋼渣從鋼渣廠渣堆直接取用，拉運到制定路段后，沒有添加水泥，按照路拌工藝攤鋪灑水后，壓路機碾壓3～5遍后，檢測壓實度，準備養(yǎng)生后鋪筑瀝青混凝土面層。當壓路機壓實后的第二天，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)鋪筑的水穩(wěn)層壓實度和強度、彎沉值等均滿足鋪筑面層的條件后，創(chuàng)新性的在上面直接鋪筑面層，效果良好。其平整度、壓實度等指標滿足工程建設要求。

4.3 管線道路的基礎和回填施工

“三供一業(yè)”的大多數(shù)管線（水、暖、氣）沿著城市主干道布置，開挖后，更換原有的管線，鋪設新的管線，然后回填后進行道路的鋪筑。這些管線途經(jīng)的區(qū)域，為了施工的便捷，需要將開挖的大部分土方拉走，然后才能夠?qū)嵤┕艿赖慕ㄔO。

開挖后，路基的情況差異較大，濕陷性路段大多數(shù)由供水滲漏和綠化水滲透造成，原有的管線腐蝕嚴重，管溝深度在1.5～3.5m。鋪設好管道后，管溝的回填考慮了鋼渣的性質(zhì)，即鋼渣是堿性材料，能夠與環(huán)境中間的氯離子和硫酸根離子反應，能夠有效減少環(huán)境對于管線的腐蝕，并且鋼渣的導熱性較差（導熱系數(shù)為0.4W/mok），對于新疆嚴寒冬季的保暖有貢獻。故項目實施過程中，針對管溝一律采用鋼渣回填，從路基到水穩(wěn)層，回填的厚度在1.5～3.5m。

經(jīng)歷了冬季，采用鋼渣處理的區(qū)域，地面無泛漿、沉陷、冒漲等病害，效果超出預期效果。

4.4 水穩(wěn)層的質(zhì)量控制

鋼渣作為“三供一業(yè)”道路水穩(wěn)層的唯一材料，從攤鋪到壓實后，道路即開放，主干道采用灑水降塵和養(yǎng)生，輔路直接開放，以減少對市民出行的影響。為了評估修路的質(zhì)量，新疆交建集團的技術(shù)人員到現(xiàn)場實勘后認為，熱悶渣鋪筑水穩(wěn)層，采用灑水和不灑水的效果在水穩(wěn)層的早期強度上有一定的差別，即灑水養(yǎng)護的強度明顯高于不灑水的強度。

除此之外，鋼渣水穩(wěn)層的鋪筑，與高速公路采用的常規(guī)材料的鋪筑工藝相比，其采取的施工方法和降低筑路成本上有著得天獨厚的的優(yōu)勢。采用鋼渣鋪筑的城市交通主干道的效果，優(yōu)于傳統(tǒng)的鋪筑工藝。

5 結(jié)束語

鋼渣修路的優(yōu)越性是業(yè)界的共識，在新疆還沒有得到廣泛應用。八鋼“三供一業(yè)”項目的施工證明，熱悶渣在城市道路建設過程中具有顯著的優(yōu)點。

（1）作為水穩(wěn)層和瀝青混凝土面層的主要材料應用，具有施工工藝簡化、工藝效果好、工程造價低、修筑質(zhì)量優(yōu)越、路害減少的優(yōu)點。

（2）鋼渣鋪筑城市道路，對于縮短修路建設周期，盡早開放道路有積極的意義，有利于減少工程建設施工對于民生的干擾。

（3）八鋼“三供一業(yè)”采用的鋼渣修路模式，為新疆境內(nèi)的鋼渣資源化利用提供了樣板工程，可在疆內(nèi)城市建設和道路施工中推廣應用。