钢渣在半刚性基层材料中的应用研究

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　　摘要：文章叙述了钢渣用于二灰钢渣基层和水稳钢渣基层时的质量控制、施工工艺、路用性能和强度形成机理。文章指出了钢渣用作二灰钢渣和水稳钢渣基层的半刚性材料，具有无侧限抗压强度高，特别是早期强度高、回弹模量高等力学性能特点，工程造价低、施工方便，有利于环境保护。最后还指出了钢渣作为半刚性基层材料的推广范围。　　关键词：钢渣；半刚性基层材料；二灰钢渣；水泥　　0前言　　半刚性材料是用水硬性结合料处置的材料，主要在道路基层中使用，与柔性材料相比，具有较大的强度、刚度，较好的水、温稳定性和板体性，更适合于高等级道路。国外对半刚性材料的研究始于50、60年代，80年代才在我国逐步推广使用。　　随着人们环保意识的不断提高，工业废料的开发利用日益得到重视，转炉钢渣越来越多地用作半刚性路面中基层材料的骨料。钢渣筑路的主要技术特点是充分利用了钢渣的胶凝性、微膨胀性，尤其与石灰、粉煤灰结合更加改善了三者的技术性能，提高了材料的稳定性。由于半刚性路面具有强度高、板体性好的特点，已成为我国道路建设的首选路面结构形式。环保型、高强度型是道路基层的发展趋势，钢渣作为道路基层材料，正满足这种要求。钢渣作为集料用于半刚性基层材料，我们可以根据结合料的不同将其分为二灰钢渣和水稳钢渣。　　1 二灰钢渣基层材料　　二灰钢渣的应用研究目前在全国范围内展开，二灰钢渣在北京的应用已初具规模。众多的应用研究已经为二灰钢渣的品质要求、施工工艺、路用性能提供了依据。　　1.1品质要求　　钢渣代替石料，安全而经济地用于道路工程建设，将大大降低道路工程建设的费用，另一方面也增加钢铁企业的经济效益。　　道路工程对石料的基本要求包括：1）力学性能满足荷载要求；2）气候稳定性及化学稳定性良好；3）稳定的施工性能。国内外资料表明，道路工程尤其注意路用钢渣的稳定性，常规路用石料为随地球的演变而自然形成，其化学性能与耐久性能较稳定；而钢渣具有粉化膨胀的特性，随意取用易引起道路的膨胀开裂，危害较大。　　《钢渣石灰类道路基层施工及验收规范》中规定钢渣必须分解稳定，粒径符合规定，具有规定的强度。其游离氧化钙含量应小于3%,最大粒径不大于50mm,前期渣不得单独使用，应采用堆积一年以上陈渣；《钢渣混合料路面基层施工技术规程》中对钢渣有明确要求：筑路用钢渣为经过陈化或其他方法处理已经稳定的钢渣，其粉化率测定值的波动上限应不超过5%,应清除垃圾和有害物质。张亮亮也对钢渣作为路面基层材料的品质要求做了专门研究。他特别对各大钢厂的钢渣的压碎值进行了测试，发现国内绝大部分钢厂钢渣的压碎值指标低于30%,完全适合各类道路的基层和底基层。　　1.2施工工艺　　刘红堂通过大量的工程实践设计出了一套比较典型的二灰钢渣基层的施工工艺。主要包括配比、拌合、试铺、摊铺及平整、碾压、养生等几道工序。其中拌合采用场拌法施工。其施工工艺较易掌握，且便于抢工期、赶进度，特别是在雨季时，优点十分明显，雨后天晴，二灰钢渣基层一般可马上进行铺筑，不会像石灰土那样长时间等待，或进行翻晒处理。　　1.3路用性能　　通过对不同含水量的试件进行重型击实试验，得出最大干密度、最佳含水量以及最佳配合比，并进行了其他路用性能测试。通过在宝钢三期工程道路基层、石家庄市城市主干道中华大街道路改建工程、首钢钢渣、马钢钢渣应用工程以及安徽境内多条国道的大量应用中发现，二灰钢渣道路基层具有优良的路用性能。　　一系列的试验和实践表明，二灰钢渣的7d和28d无侧限抗压强度高于设计标准，而且后期还有较大幅度的增长，抗弯拉强度和弯拉回弹模量都能满足道路的要求。钢渣试验路基层整体回弹弯沉在60d龄期时的测定值远远低于设计要求的指标，试验路基层的承载力很高。　　朱珍芳发现二灰钢渣28d抗压强度、回弹模量均高于石灰土和二灰土，略低于二灰碎石。随着龄期的增长，二灰钢渣的后期强度增长显著，180d抗压强度、回弹模量达到甚至超过二灰碎石。可见钢渣与二灰结合能力强于碎石，二灰钢渣具有良好的路用性能，可在各等级道路基层中应用。　　郝培文还研究了石灰粉煤灰钢渣的收缩冻融性能，考查二灰钢渣半刚性路面基层的可能性。研究表明，二灰钢渣具有较好的力学性质、抗冻性和收缩性能，是优质的基层材料。石灰粉煤灰钢渣在-10~-15℃区间内具有较大温缩系数。当石灰粉煤灰钢渣含水量为最佳含水量的1/10时，其干燥收缩系数出现峰值。　　谭鹏研究了二灰钢渣基层的疲劳性能，得到了一些有价值的结论，并结合试验提出了减小钢渣粉煤灰疲劳寿命变异性的几种措施。　　2 水稳钢渣　　2.1水稳钢渣强度形成机理　　肖常青、朱晗等人对水泥粉煤灰稳定钢渣作为公路底基层进行探讨研究，分析了水稳钢渣基层强度的形成机理。　　水泥粉煤灰稳定钢渣混合料中，钢渣本身具有一定的级配，钢渣颗粒形成骨架密实结构。由于钢渣本身强度很高，钢渣骨架具有一定的强度。在钢渣颗粒之间，水泥是活性结合料，在水环境下进行离子交换反应、Ca(OH）2的结晶反应、火山灰反应等物理化学反应。粉煤灰的主要作用是提供火山灰反应所需要的活性氧化硅和氧化铝，在水泥和碱性物质作用下活性被激发，促进火山灰反应的进行。随着龄期的增长，水泥、粉煤灰在混合料中的交结作用日益显著，同时火山灰反应生成的产物进行聚合，使钢渣颗粒间形成混乱的空间网状连接，且连接强度和刚度增强，从而使水泥粉煤灰稳定钢渣具有很高的强度。