水稳路面底基层钢渣材料性能评价

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摘要：该文采用钢渣砂为细集料，5～16mm与16～31.5mm的钢渣为粗集料，分别对强度为2.5MPa底基层与强度为3.5MPa的基层两种配合比进行设计，通过击实试验分别确定了最佳含水率和最大干密度。同时，对重庆市沙坪坝区西部现代物流园仓储加工片区横二路进行了路面基层与底基层试验路的铺筑，并检测了试验路的回弹弯沉、压实度、无侧限抗压强度。结果表明，通过水泥稳定钢渣所铺筑的路面基层与底基层的整体路用性能良好。

关键词：钢渣；水泥稳定钢渣；基层；底基层

引言

钢渣是钢铁工业利用率最差的固体废物之一，它的排放量约为粗钢掺量的15%～20%[1]。中国环境统计年报中，我国每年固体工业废钢渣的排放量约为5000万吨。但多年来我国钢渣的综合利用却仅为10%[2]，相比英国、法国的60%和日本的50%[3]，中国对钢渣的利用率非常低。截止2019年底，我国公路总里程为501.25万km，但在公路建设中，多采用半刚性基层材料。为了保护环境，我国多地已经禁止开采石料，导致石料严重匮乏[4]。而钢渣在耐磨性能、强度、抗冻融性能方面均优于普通的花岗岩等碎石料[5]。同时，水泥稳定钢渣碎石干缩应变较小，不会产生较大的温度收缩应变，用钢渣代替基层碎石，有利于改善半刚性基层材料的干缩和温缩特性[6]。因此，将钢渣用于道路基层具有十分重要的研究意义。基于此，本文首先对钢渣砂、5～16mm与16～31.5mm的钢渣进行了检测，然后进行了基层和底基层配合比的设计。为了确定这两种配合比的最佳含水率和最大干密度，进行了击实试验。为了验证水稳钢渣路面基层、底基层的路用性能，将其应用于重庆市沙坪坝区西部现代物流园仓储加工片区横二路K0+500～K0+700段。完工后，对其回弹弯沉、压实度、无侧限抗压强度进行了检测。

1原料检验

水稳钢渣基层混合料主要包括水泥、粗集料、细集料。其中粗集料选用粒径为5～16mm和16～31.5mm的钢渣，细集料选用粒径0～5mm的钢渣砂。这些材料需要满足一定的要求才能使用。根据《公路工程集料试验规程》（JTGE42—2005）及《钢渣混合料路面基层施工技术规范》（YB/T4184—2009），其各项材料检测结果及要求分析如下。

1.1结合料

水泥结合料要求采用初凝时间4h以上和终凝时间6h以上的32.5级水泥，不应使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥，水泥剂量（以水泥质量占全部粗细集料的干质量的百分率表示，即水泥剂量=水泥质量/集料质量）范围为3%～5.5%。本文试验路水泥采用P.C32.5R型水泥。

1.2细集料

细集料采用粒径0～5mm的钢渣砂，对其金属铁含量、压碎值、颗粒级配进行检测，检测结果如表1、表2所示。

1.3粗集

料粗集料采用粒径5～16mm和16～31.5mm的钢渣，其金属铁含量、浸水膨胀率、压碎值指标、颗粒级配见表3—表5。

2配合比研究

本文将水泥稳定钢渣混合料应用于路面的基层和底基层，其中底基层的设计强度为2.5MPa，基层设计强度为3.5MPa。对混合料进行相应的配合比设计，并按照标准试件静压成型。机械拌和，同时进行标准养生6d，浸水1d。按照表6配合比得到的试件采用万能试验机进行了7d无侧限抗压强度测试，测试结果如表7所示。两种试件的7d无侧限抗压强度均大于3.5MPa，都大于设计强度。同时为了确定最大的干密度及最佳的含水量，项目对不同含水量的水泥稳定钢渣进行了击实试验，试验结果如表8所示，干密度随含水量变化趋势如图1所示。由图1可知，设计强度为2.5MPa时，当含水量为6.5%时，干密度达到最大值2.401g/cm3。设计强度为3.5MPa时，当含水量为6.0%时，干密度达到最大值2.456g/cm3。因此，设计强度为2.5MPa时，采用6.5%的含水率；设计强度为3.5MPa时，采用6.0%的含水率。

3性能检测与评价

利用水泥稳定钢渣混凝土对仓储加工片区横二路K0+500～K0+700段路面基层进行试验路铺筑，并严格按照试验段施工试铺方案及相关规范要求，底基层和基层采取两层摊铺一次成型的施工工艺。同时，在底基层铺筑检测合格且水稳料初凝前，暂时停止底基层铺筑，立即在新铺底基层上铺筑基层。对现场试验段钢渣水稳层压实度、弯沉值、7d无侧限抗压强度等进行检测。

3.1回弹弯沉检测

对K0+500～K0+700左右幅第一、第二车道的弯沉值进行检测。采用5.4m贝克曼梁对道路每20m一个点进行检测，检测值如图2所示。如图2所示，整个试验路的弯沉值都远小于设计弯沉32mm，满足设计要求。因此，水泥稳定钢渣铺筑的基层与底基层具有良好的抗变形能力，弹性应变较好。

3.2无侧限抗压强度检测

通过对现场试验道路K0+600～K0+700左幅水泥稳定钢渣基层和底基层进行无侧限抗压强度试验，根据最佳含水量和最大干密度分别制备准150mm×150mm试件各13个，养生7d后对试件进行无侧限抗压强度检测，检测结果如表9所示。根据使用质量设计要求，检测值的均值应大95%保证率值，其中底基层为2.8MPa，基层为3.9MPa。因此，在试验路上钻芯取样的基层、底基层的无侧限抗压强度都满足要求。说明水泥稳定钢渣具有良好的抗压强度，可满足设计要求。

3.3压实度检测

水泥稳定钢渣集料试验段基层与底基层的压实度测试结果见表10。压实分初压、复压、终压三个步骤进行。初压采用20t振动压路机静压1遍，然后弱振1遍，再强振碾压1遍；复压采用20t震动压路机碾压2遍；终压采用振动压路机静压一遍，收光轮迹。经检测，基层试验段压实度均满足设计要求。

4结语

（1）水泥稳定钢渣基层与底基层铺筑的试验路的弯沉值小于设计弯沉32mm，因此，具有良好的抗变形能力，抗弹性应变较好。（2）水泥稳定钢渣基层与底基层现场钻芯取样的无侧限抗压强度均大于设计弯沉2.5MPa和3.5MPa，满足设计要求。（3）钢渣集料坚硬、抗磨耗，其制备的水泥稳定钢渣基层与底基层试验段具有良好的性能。

参考文献：

[1]刘福芳，刘喜文.水泥稳定钢渣在公路路面基层中的应用[J].公路交通科技：应用技术版，2009（3）：83-84.

[2]杜传明.转炉钢渣资源利用的新方法[J].山东冶金，2012（2）：51-53.

[3]张朝晖，廖杰龙，巨建涛，等.钢渣处理工艺与国内外钢渣利用技术[J].钢铁研究学报，2013（7）：1-4.

[4]郑武西.钢渣在水泥稳定碎石基层中的应用研究[D].西安：长安大学，2018.

[5]乔军志，胡春林，陈中学.钢渣作为路用材料的研究及应用[J].国外建材科技，2005（5）：6-8.

作者：汪勇余英杰单位：重庆市设计院有限公司