楊銳

（南京市公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)不斷發(fā)展，道路工程規(guī)模迅速擴(kuò)大，優(yōu)質(zhì)的石材已經(jīng)越來越難以滿足不斷增長(zhǎng)的需求。但是石材的開采對(duì)環(huán)境的影響嚴(yán)重，隨著開采受到管制，工程成本不斷提高，優(yōu)質(zhì)石料供應(yīng)成為限制我國(guó)高速公路建設(shè)的嚴(yán)峻問題，急需尋找一種替代品當(dāng)作筑路材料，比如工業(yè)廢渣與建筑垃圾等。我國(guó)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》明確提出：開展資源綜合利用是我國(guó)深入實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。鋼渣作為一種產(chǎn)量巨大的工業(yè)廢渣，具有密度大、堅(jiān)硬、耐磨等優(yōu)良的物理力學(xué)性能，以鋼渣作為筑路材料，不僅降低了工程成本，而且為鋼渣資源找到了新的利用途徑，同時(shí)避免了環(huán)境污染，是一種理想優(yōu)質(zhì)瀝青路面磨耗層材料。但是鋼渣由于選用原料的不同、冶煉工藝的差異，化學(xué)成分也有所不同，會(huì)導(dǎo)致路用性能波動(dòng)，因此需要對(duì)鋼渣原料進(jìn)行處理。本文對(duì)鋼渣處理工藝進(jìn)行探究，并研究鋼渣對(duì)SMA 瀝青混合料性能的影響規(guī)律，為鋼渣資源的高質(zhì)量利用提供依據(jù)。

1 鋼渣性能研究

1.1 鋼渣處理工藝

適用于道路工程的鋼渣處理工藝包括以下內(nèi)容：

第一，采用熱潑法對(duì)液態(tài)鋼渣噴水降溫，促進(jìn)鋼渣中CaO 分解，增加鋼渣的穩(wěn)定性；

第二，經(jīng)破碎、篩分、磁選，去除其中金屬，形成新渣；

第三，新渣堆放陳化半年以上；

第四，經(jīng)過再破碎、篩選、分級(jí)后成為筑路原材料。

1.2 鋼渣路用性能

鋼渣根據(jù)生產(chǎn)工藝，可分為平爐渣、轉(zhuǎn)爐渣與電爐渣，其中轉(zhuǎn)爐鋼渣由于數(shù)量大且水化活性高，最適合替代石料做筑路建材。本文采用的鋼渣來自廣西某鋼鐵公司。依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）進(jìn)行常規(guī)性能檢測(cè)，對(duì)比鋼渣與天然石料輝綠巖、石灰?guī)r，檢測(cè)結(jié)果見表1。

由表1可知，鋼渣具有以下特點(diǎn)：

表1 鋼渣物理性能指標(biāo)

第一，密度大、吸水率高，因此在制備混合料時(shí)有效瀝青含量會(huì)略微降低，應(yīng)適當(dāng)增加瀝青用量，高吸水率也會(huì)影響混合料水穩(wěn)定性，因此要合理控制鋼渣對(duì)石料的替代率。

第二，硬度大、磨光值高，用于鋪筑瀝青上面層可提高路面抗滑性。

第三，洛杉磯磨耗值低，會(huì)導(dǎo)致混合料高溫穩(wěn)定性、耐磨性、耐久性降低，因此要控制替代率。

第四，MgSO穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于技術(shù)要求，說明鋼渣具有良好的抗凍性能。

2 鋼渣SMA-13 瀝青混合料路用性能研究

2.1 鋼渣瀝青混合料活性檢驗(yàn)

由于鋼渣具有粉化膨脹特性，使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致路面膨脹起裂，建成后很快出現(xiàn)裂縫或者擁包等病害，因此活性檢驗(yàn)是鋼渣瀝青混合料的重要性能研究?jī)?nèi)容。鋼渣瀝青混凝土膨脹量測(cè)定方法參考《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）對(duì)鋼渣活性及膨脹性試驗(yàn)方法的相關(guān)規(guī)定，對(duì)玄武巖纖維摻量0.4%的SMA-13 進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，鋼渣SMA-13 的3 組試驗(yàn)平均膨脹量為0.85%，遠(yuǎn)低于技術(shù)要求的1.5%，說明鋼渣SMA-13 滿足規(guī)范要求的膨脹量，體積穩(wěn)定性符合路用需求。

2.2 鋼渣瀝青混合料水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)定性，在SBS 改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖的SMA-13 試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為：鋼渣SMA-13 的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度為87.7%，略低于輝綠巖的90.3%，但是明顯高于規(guī)范要求的80%，說明高溫多雨環(huán)境下，鋼渣SMA-13 的水穩(wěn)定性能滿足路用需求。

2.3 鋼渣瀝青混合料高溫性能

采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料高溫穩(wěn)定性，在SBS 改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖、石灰?guī)r的SMA-13 試件，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1可知，不同溫度下鋼渣SMA-13 的動(dòng)穩(wěn)定度均為最高，因?yàn)殇撛w粒形狀較為規(guī)整，近似正方體，可以更好地形成嵌擠結(jié)構(gòu)，同時(shí)鋼渣顆粒表面紋理更粗糙多孔，可以更好地黏附瀝青，宏觀上表現(xiàn)為混合料具有更高的抗剪切性能。

圖1 不同溫度下的車轍試驗(yàn)結(jié)果

2.4 鋼渣瀝青混合料低溫性能

采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料低溫性能，在SBS改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖的SMA-13 試件進(jìn)行試驗(yàn)。得試驗(yàn)結(jié)果：鋼渣SMA-13 的凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為92.2%，高于輝綠巖的88.4%，明顯高于規(guī)范要求的80%，說明低溫雨雪環(huán)境下鋼渣SMA-13 具有較強(qiáng)的低溫抗裂性能。

2.5 鋼渣瀝青混合料抗滑性能

本文采用擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀法、手工鋪砂法得出橫向力系數(shù)SFC（摩擦系數(shù)BPN 換算）、構(gòu)造深度來評(píng)價(jià)抗滑性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 摩擦系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

混合料的橫向力系數(shù)SFC分別為92.6 和65.6，均明顯大于規(guī)范要求的54，且鋼渣是輝綠巖的1.4倍。由圖3可知，鋼渣SMA-13 的表面構(gòu)造深度大于輝綠巖SMA-13，均高于規(guī)范要求的0.55mm。因此說明鋼渣SMA-13 具有明顯優(yōu)于輝綠巖SMA-13 的抗滑性能。

圖3 構(gòu)造深度試驗(yàn)結(jié)果

2.6 鋼渣瀝青混合料滲水性能

采用路面滲水儀進(jìn)行瀝青混合料滲水試驗(yàn)，滲水系數(shù)能夠宏觀反映混合料水穩(wěn)定性、級(jí)配、內(nèi)部空隙率情況。在SBS 改性瀝青、玄武巖纖維摻量0.4%、最佳油石比條件下，制備鋼渣、輝綠巖的SMA-13 試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為：鋼渣SMA-13 車轍板滲水系數(shù)39mL/min，滿足規(guī)范要求的小于80mL/min，但是高于輝綠巖SMA-13 車轍板滲水系數(shù)28mL/min，說明鋼渣SMA-13 結(jié)構(gòu)空隙率大，這是因?yàn)殇撛陨頌槎嗫捉Y(jié)構(gòu)吸水率高，因此需關(guān)注鋼渣瀝青混合料在長(zhǎng)期通車后的性能老化。

3 結(jié)語

綜上研究成果可知，由于鋼渣自身紋理豐富多孔、質(zhì)地堅(jiān)硬、形狀規(guī)整，能夠與瀝青更好地黏結(jié)，形成的嵌擠結(jié)構(gòu)比天然集料更穩(wěn)定，能夠承受更大的荷載，因此其制備的瀝青混合料相比天然石料混合料具有更好的高溫、低溫、抗滑性能，但是其浸水馬歇爾殘留度、抗?jié)B性能略低，所以鋼渣取代天然石料更適用于北方冬季多雪地區(qū)。