钢渣沥青混合料水稳定性研究

钢渣沥青混合料水稳定性研究

阴晓飞

山西建设投资集团有限公司 山西 太原 030000

摘要：随着我国钢铁工业的发展，钢渣年产量呈递增趋势，每年有大量的钢渣被掩埋或者堆积于农田之中，占用大片土地的同时也会造成严重的环境污染。如果能将钢渣大量应用到公路建设中，不仅解决公路建设中急需材料的短缺问题，而且可以减少钢渣对土地的占用和污染，这对于促进我国可持续发展战略的顺利实施具有重要的技术与经济意义。

关键词：钢渣沥青混合料；水稳定性

引言

随着经济的稳步提升，我国的交通行业也在持续发展，新建道路和旧路养护任务依旧繁重。巨大的道路建、养需求离不开大量的天然集料。然而天然集料的获取需要开山伐林，不仅消耗了大量的人力和物力，同时还会对自然环境造成不可挽回的破坏;此外，随着环保理念的日益贯彻，全国各地都颁布了限制砂石开采的相关文件，优质的天然集料越发难以获得。因此，寻找可替代天然集料的产品需求日益迫切。钢渣是钢铁生产的副产品，具有多重优势，有望替代优质石料。钢渣堆积不仅导致大量土地被占用，同时还会对环境造成破坏。由于钢渣的物理力学性能优于普通碎石，因此，用钢渣代替部分或者全部碎石集料制备钢渣沥青混合料，既可以解决钢渣堆积带来的环境问题，还能减少对优质石料的依赖。

1概述

国内高等级公路和市政道路常采用密级配沥青混合料作为面层铺筑材料，具有密实性强、抗压强度好、行车舒适等特点，但在雨水季节易产生路面湿滑、排水不畅等问题，在影响出行安全的同时，也会对路面混合料造成水损伤影响。基于此，国内外学者探究和开发了排水路面结构和材料，混合料内部的骨架嵌挤结构使得空隙率能达到15%～20%之间，能够快速有效地将路面积水排出。其中，开级配(OGFC)沥青混合料作为典型排水路面结构被广泛应用推广，但对于不同地区地质结构条件及交通荷载等级，OGFC排水路面的服役水平也存在一定差异，主要表现在路面抗压强度不足，长期服役下路面粗糙度下降，易产生车辙、裂缝等病害问题，因此，对排水沥青路面的品质升级就显得尤为重要。钢渣是工业熔炉炼钢过程中产生的废旧细碎金属固态物，将其进行再生循环利用于筑路材料可实现矿石资源的节省。

2钢渣沥青混合料水稳定性研究

2.1残留稳定度试验

将石灰岩、热闷钢渣、冷弃陈渣、钢渣石灰岩所拌和的沥青混合料分别用室温水浸泡0d(其中室温水浸泡0d是指不进行室温水浸泡，而直接进行残留稳定度试验)、30d、60d、90d、120d后对其进行残留稳定度试验，可以得到不同沥青混合料在不同浸水时间下的残留稳定度。随着浸水时间增长，石灰岩沥青混合料残留稳定度不断下降，而冷弃陈渣沥青混合料、热闷钢渣沥青混合料和钢渣石灰岩混合料残留稳定度均不断增长。当室温水浸泡120d时，石灰岩沥青混合料残留稳定度仅为48%，但冷弃陈渣沥青混合料、热闷钢渣沥青混合料和钢渣石灰岩混合料残留稳定度分别为147%、126%、120%，分别是石灰岩沥青混合料残留稳定度的3．06倍、2．62倍和2．5倍。

2.2低温抗裂性能

采用小梁弯曲试验对不同钢渣掺量的沥青混合料进行低温抗裂性能验证，试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，不同钢渣掺量的沥青混合料低温抗裂性能均满足规范要求，随着钢渣掺量的增加，混合料低温抗裂性能降低。这是因为钢渣含有较多孔隙，其表面及孔隙内含有粉尘杂质，随着钢渣替代比例的增加，混合料内部的杂质含量也随之增加，导致沥青混合料低温脆性增加；同时，钢渣中游离氧化钙含量会降低混合料的劈裂强度，其在一定程度上也影响了钢渣沥青混合料的低温性能。

2.3高温稳定性

排水沥青路面具有大孔隙特征，在长期的交通荷载作用下会对路面结构产生一定劣化影响。为减缓路面高温车辙病害的产生，研究不同钢渣掺量对沥青混合料的动稳定度的影响。5种不同钢渣掺量下的混合料进行高温性能试验，在钢渣掺加初期，混合料的动稳定度增大，车辙深度下降，当钢渣掺量达到一定数量时，混合料的动稳定度逐渐下降，车辙深度逐渐变大。当钢渣掺量达到50%时，混合料的动稳定度达到9564次/mm，提升了79.03%，车辙深度1.23mm，较普通混合料减缓了44.91%。钢渣的表面粗糙程度较高，与粗细集料、填料、沥青的摩擦系数增强，内部结构形成有效地嵌挤作用，在沥青胶浆的裹附下材料的黏聚性增强，能够直接增强混合料抵抗永久变形的能力。当钢渣的掺量过多时，由于钢渣的硬度高，内部材料的嵌挤作用会有一定削减，材料的稳定状态会因异常外部作用力所打破。但因钢渣本身的强度很高，含钢渣沥青混合料的高温稳定性整体上是有利的。

2.4动态模量

动态模量是指材料在受到动态荷载的作用后，产生的动态形式的应变。由于动态荷载的周期是非固定的，因此可以较好的模拟实际情况，表征材料抵抗变形恢复的能力。在2种温度下，钢渣替代天然集料后，沥青混合料的动态模量都增大了。5℃时，天然集料沥青混合料的动态模量为7896MPa，而钢渣沥青混合料的提高到了8100～10112MPa;35℃时，天然集料的动态模量为963MPa，而掺入钢渣后提高到了1100～1504MPa。可见，钢渣的掺入显著提高了沥青混合料的抵抗变形能力。同时可以看出，5℃时沥青混合料的动态模量均大于35℃时。这是由于沥青混合料本身对温度很敏感，随着温度的升高，沥青的粘度逐渐降低，动态模量随之降低，在车辆荷载作用下更易变形，这也是夏季容易出现车辙的原因;而在较低的温度下，沥青混合料更趋向于弹性材料，此时凝固的沥青可以承担更多的外界荷载，难以变形，因此动态模量较高。钢渣沥青混合料动态模量随钢渣掺入量的加大而提升，在35℃时的提升幅度大于5℃时的提升幅度。说明温度越高，钢渣对沥青混合料抗变形能力的影响越大。在相同温度条件下，钢渣掺量的增加与混合料的动态模量是呈正相关，但增加的幅度比温度条件影响要小得多。钢渣掺量越高，混合料抗变形能力越好。

2.5水稳定性

排水沥青路面结构要长期接触雨水环境，需具备较好的抗水损伤能力，研究对掺钢渣沥青混合料的水稳定性进行研究，随着钢渣掺量的增加，混合料的残留稳定度会逐渐减小，但冻融劈裂强度比会呈现先上升后下降的趋势。其主要原因是:浸水试验过程中，试件在水浴环境下不断地饱水膨胀，钢渣材料含水率较低，当处于水浴环境中会吸收大量水分子，而水分子的侵入会在一定程度上降低沥青胶浆与集料的裹附性，使得残留稳定度数值也急剧下降。而掺入钢渣的混合料，其强度等级在一定程度上有所上升，在劈裂试验过程中测试数值会增大，冻融环境下其劈裂强度比会有一定升高;但钢渣掺量过多时，会降低其内部结构的稳定性，劈裂条件下混合料会因为内部失稳而碎裂。

结语

随着钢渣掺量的增加，钢渣沥青混合料的高温性能和水稳定性先提高后下降，钢渣是一种强度等级高、表面疏松多孔的废弃炼钢产物，将其应用到筑路材料中可提升道路强度的同时，促进低碳可持续发展。研究对5种不同钢渣掺量下沥青混合料进行试验研究，考察了其高温性能、水稳性能、动态模量、低温抗裂性能及渗水性能，在综合比选各性能的基础上，建议钢渣的掺量不能超过50%，对其的科学、合理利用，有利于进一步促进高质量道路养护管理发展水平。

参考文献

［1］李俊，李明亮.不同类型高黏剂多孔沥青混合料路用性能对比［J］.公路，2020，65(02):1－5.

［2］李明亮，袁春坤，李俊，等.车辙变形对多孔沥青路面排水性能的影响［J］.长安大学学报(自然科学版)，2020，40(01):107－115.

［3］张从友，何兆益，王东敏，等.基于排水沥青路面结构参数的排水能力研究［J］.中外公路，2019，39(06):43－47.