（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

我國基礎設施建設速度不斷加快，同時煉鋼工業(yè)也在不斷擴張，生產過程中產生了大量鋼渣廢棄物。以往露天堆放鋼渣廢棄物的處理方式浪費了大量的土地資源，造成了嚴重的環(huán)境污染。因此，亟需尋找一種能夠妥善循環(huán)利用鋼渣廢棄物的方法。

鋼渣廢棄物具有耐磨能力強、棱角性好等特點，并能與瀝青黏結料牢固結合，因此可以應用于瀝青混合料路面的建設，以取代日益枯竭的天然集料資源，且有效解決鋼渣廢棄物占用大量土地及其帶來的污染問題。有關鋼渣在瀝青混合料中的應用研究，國內外專家學者已經做出了一定探索。沈陽建筑大學土木工程學院李偉等研究了瀝青混合料的層間剪切力學特性，發(fā)現(xiàn)相較于未摻加鋼渣的常規(guī)瀝青混合料，鋼渣瀝青混合料具有更好的抗剪能力；西安建筑科技大學材料與礦資學院徐帥等將鋼渣摻加到排水性瀝青混合料中，研究其路用性能的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)鋼渣的加入能提升排水性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，并能一定程度上減少混合料體積膨脹；沈陽建筑大學土木工程學院郎雷等從混合料耐久性和滲透性等方面著手，從配合比設計過程中的級配控制及油石比控制方面，研究了鋼渣瀝青混合料的路用性能影響規(guī)律。

除鋼渣在瀝青混合料中的推廣應用外，為提升其路用性能，亦有許多專家學者在混合料中摻加多種類別的纖維，旨在探索通過不同的增強理論提升混合料各項性能。廣西交通投資集團南寧高速公路運營有限公司袁祖光等在排水瀝青混合料中摻加了3類纖維，分析這3類纖維的具體摻量對路用性能造成的影響規(guī)律。山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司張婧麗著眼于玄武巖纖維這一纖維類別，研究了其對面層材料路用性能的影響，認為質量6%為最佳玄武巖纖維摻量。

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)鋼渣在瀝青混合料中的應用已有較多研究成果。鋼渣在總體性能上相較于常規(guī)集料存在較大區(qū)別，其摻量的差異會對混合料性能產生顯著影響，鋼纖維的復合摻加會加大其對路用性能影響的復雜性，而復合利用鋼纖維和鋼渣的研究則存在著較大空白。因此，本文采用了多項路用性能試驗，通過對比驗證不同鋼纖維及鋼渣摻量帶來的綜合影響，研究成果可為新型鋼渣AC-13瀝青混合料的設計及應用提供指導。

一、原材料

本文研究的摻加鋼纖維的鋼渣瀝青混合料試件在制備過程中，原材料中除常規(guī)粗集料外，選用部分鋼渣替代一定比例的粗集料，細集料選用優(yōu)質細砂，以瀝青作為混合料結合料，填料選用優(yōu)質礦粉。

（一）集料和礦粉

試驗過程中選擇的常規(guī)粗集料為石灰?guī)r碎石，其粒徑范圍是5.0mm～10.0mm，主要物理技術指標參數(shù)情況如表1所示；細集料選用的優(yōu)質細砂粒徑范圍為0mm～5.0mm，經測定，其吸水率為0.77%、表觀密度為2.81g/cm3；填料選擇了石灰?guī)r磨細礦粉，經檢測礦粉的吸水率是0.59%、表觀密度為2.69g/cm3。

表1 粗集料物理技術指標參數(shù)

表1 粗集料物理技術指標參數(shù)

表2 鋼渣化學成分及其占比情況

表2 鋼渣化學成分及其占比情況

表3 鋼渣物理技術指標參數(shù)

表3 鋼渣物理技術指標參數(shù)

表4 瀝青技術指標

表4 瀝青技術指標

（二）鋼渣

原材料中涉及到的鋼渣粒徑范圍與粗集料保持一致，均為5.0mm～10.0mm，其主要化學成分及其占比情況如表2所示，主要物理技術指標參數(shù)情況如表3所示。

（三）瀝青

為保證瀝青結合料的黏結能力，在制備鋼渣瀝青混合料過程中優(yōu)選了90#基質瀝青作為結合料，針對瀝青主要技術指標進行了檢測，結果如表4所示。

（四）鋼纖維

將鋼纖維應用于鋼渣瀝青混合料時，需充分考慮各原材料間的模量量級范圍統(tǒng)一，以充分發(fā)揮各原材料的性能。因此，本文選用的鋼纖維長度為24mm、直徑為0.42mm、密度為7.58g/cm3、抗拉強度為531MPa。

二、瀝青混合料組成設計

圖1 AC-13級配曲線圖

表5 馬歇爾試驗測試數(shù)據(jù)

表5 馬歇爾試驗測試數(shù)據(jù)

為分析摻加一定比例鋼纖維、鋼渣的瀝青混合料路用性能變化規(guī)律，本文在各類瀝青混合料中選擇了較為常見的AC-13作為研究對象，首先對未摻加鋼纖維的AC-13瀝青混合料進行級配設計（鋼纖維摻量為1%），得到的級配設計結果如圖1所示。

在該級配設計基礎上，分別用等質量替換的方法，以鋼渣代替原材料中的粗集料成分，擬定的替換比范圍為：0%、25%、50%、75%及100%，共制備5組試件，最佳油石比分別是4.7%、5.2%、5.5%、6.0%和6.3%，馬歇爾試驗測試數(shù)據(jù)如表5所示。

通常，當纖維在瀝青混合料中的摻配比例在3%以上時，容易引起其強度的明顯降低，過少的纖維摻配比則無法提供足夠的加筋增強效果。因此，該試驗調整上述5組試件的鋼纖維摻量，擬定的替換比范圍為0%、1%、2%及3%，共制備4組試件。

三、路用性能試驗結果分析

（一）高溫穩(wěn)定性分析

按照規(guī)范標準要求，通過車轍試驗對0%～3%鋼纖維摻量、鋼渣替換比0%～100%的20組AC-13瀝青混合料進行試驗，動穩(wěn)定度隨鋼纖維摻量、鋼渣替換比變化規(guī)律如圖2所示。

通過圖2數(shù)據(jù)可知，相較于摻加一定比例鋼渣的AC-13瀝青混合料試件，未摻加鋼渣的試件組（即鋼渣摻量為0%的對比項組）動穩(wěn)定度明顯低于其他各組，其平均值僅有3984MPa，而這一數(shù)值在鋼渣替換比25%～100%的4組AC-13瀝青混合料試件中分別為6373.5MPa、6807.8MPa、5511MPa和4975MPa。換言之，在僅考慮鋼渣摻配比例對AC-13瀝青混合料試件高溫穩(wěn)定性的影響時，鋼渣摻加比例范圍為25%、50%的試件組別最佳。

對比0%～3%鋼纖維摻量對動穩(wěn)定性影響規(guī)律，0%～3%鋼纖維摻量的4組試件平均動穩(wěn)定度分別為4836MPa、5753.2MPa、6087MPa和5444.8MPa，即鋼纖維摻加比例范圍為1%和2%的試件組別最佳?？傮w來看，鋼渣摻量為50%、鋼纖維摻量為2%的試件，具有最大動穩(wěn)定度7381MPa。

圖2 動穩(wěn)定度變化規(guī)律

（二）低溫穩(wěn)定性分析

按照規(guī)范標準要求，通過低溫小梁彎曲試驗對0%～3%鋼纖維摻量、鋼渣替換比0%～100%的20組AC-13瀝青混合料進行檢測，彎拉強度變化規(guī)律如圖3所示，勁度模量變化規(guī)律如圖4所示。

圖3 彎拉強度變化規(guī)律

圖4 勁度模量變化規(guī)律

通過彎拉強度變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，未摻加鋼渣的試件組彎拉強度明顯低于其他各組試件，其平均值僅有6.39MPa，而這一數(shù)值在鋼渣替換比25%～100%的4組AC-13瀝青混合料試件中分別為7.38MPa、7.56MPa、7.0MPa和6.82MPa，鋼渣摻加比例范圍為25%、50%的試件組別最佳。對比4類鋼纖維摻量對AC-13瀝青混合料試件的彎拉強度影響規(guī)律，0%～3%鋼纖維摻量的4組試件平均彎拉強度分別為6.10MPa、7.82MPa、7.26MPa和6.94MPa，即鋼纖維摻加比例為1%的試件組別最佳。

此外，分析鋼纖維和鋼渣摻量對勁度模量的影響規(guī)律可知，隨著鋼纖維摻加比例不斷提升，AC-13試件的勁度模量整體呈下降趨勢，但鋼渣摻加比例范圍為25%、50%時，其下降趨勢較緩。當鋼纖維摻量在1%時，鋼渣摻加比例范圍為25%、50%試件組的勁度模量最大，繼續(xù)增加纖維摻量將引起該組試件的勁度模量迅速下降。

（三）水穩(wěn)定性分析

圖5 凍融劈裂強度變化規(guī)律

按照規(guī)范標準要求，通過凍融劈裂試驗對0%～3%鋼纖維摻量、鋼渣替換比0%～100%的20組AC-13瀝青混合料進行檢測，得到的凍融劈裂強度變化規(guī)律如圖5所示。

分析凍融劈裂強度的變化規(guī)律，未摻加鋼渣的試件組凍融劈裂強度低于其他各組試件，其平均值為82.4MPa，而這一數(shù)值在鋼渣替換比25%～100%的4組AC-13瀝青混合料試件中分別為86.5MPa、87.2MPa、84.9MPa和83.9MPa，同樣，鋼渣摻加比例范圍為25%、50%的試件組別最佳。橫向對比不同鋼纖維摻配比例對AC-13瀝青混合料試件水穩(wěn)定性的影響，同時綜合將鋼渣摻加比例范圍為25%、50%考慮在內，鋼纖維摻加比例范圍為1%的試件組別最佳。

四、結語

本文基于AC-13瀝青混合料路用性能變化規(guī)律，按照規(guī)范要求通過高溫、低溫和水穩(wěn)定性路用性能試驗，并綜合交叉對比，驗證了不同鋼纖維及鋼渣摻量帶來的綜合影響。

1.相較于未摻加鋼纖維的常規(guī)瀝青混合料，復摻鋼纖維及鋼渣可顯著改善AC-13瀝青混合料的高溫、低溫及水穩(wěn)定性。

2.在不同的鋼纖維摻量條件下，鋼渣的合理摻加比例范圍均處于25%～50%之間。

3.AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性在鋼纖維摻加比例為1%～2%之間最佳。

4.AC-13瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性在鋼纖維摻加比例為1%時最佳。