水泥稳定钢渣碎石基层材料实验研究

水泥稳定钢渣碎石基层材料实验研究

申长兴

河北道庆新型建材科技有限公司

  河北省钢混组合桥梁技术创新中心河北省邢台市054000

摘要：钢铁工业在中国的经济结构中扮演着极其重要的角色，而钢渣作为钢铁生产的一个副产品，其生成量大约相当于粗钢总产量的百分之十五。目前，钢渣的总体回收利用率还不到40%，这种低效率不仅意味着资源的巨大损失，同时也对环境产生了压力。研究表明，将钢渣作为粗骨料掺入水泥稳定碎石混合料中，能够有效增强其抗压强度和劈裂抗力。另外，钢渣的加入有助于降低混合料的干燥收缩率，以此来减轻由水分蒸发引起的干燥收缩变形。在综合以上各项考量之后，建议在实际施工中，应根据具体情况合理配比钢渣与粗骨料，旨在最大化资源利用效率及合理调节成本。

关键词：水泥稳定钢渣;碎石基层材料

引言

将废弃钢渣应用于道路基层的建设，可以减少对天然石料的需求量，从而减少施工的费用。依据2021年的数据预测，中国粗钢产量将达到10.53亿吨的峰值，但国内钢渣的回收利用率仅在30%的水平，这说明在道路建设等工程中利用钢渣还有极大的提升空间。利用废钢渣于道路基层的建设，不仅实现了资源的节约和成本的降低，而且提高了材料的性能，同时减轻了对环境的压力。

1.水泥稳定钢渣碎石基层材料实验

1.1水泥稳定钢渣碎石混合料力学性能

（1）无侧抗压强度实验。随着钢渣掺入量的增加，混合料的无侧限抗压强度先是呈现增长态势，随后逐渐降低。当钢渣完全替代天然碎石时，观察到的无侧限抗压强度在五种不同配比的混合料中竟是最低的。这主要是由于水泥对钢渣的激活作用存在局限性，而钢渣过多导致混合料抗压强度降低。另外，钢渣吸水产生微小体积膨胀，进而减少钢渣水泥稳定碎石混合料的密实性。随着钢渣掺入量的提升，其膨胀带来的不良影响愈发显著，导致无侧限抗压强度的减少。此外，对于劈裂强度而言，确定了一个钢渣替代粒径的合适区间以及一个最优的钢渣掺量。随着钢渣替代粒径的增加和掺量的提升，水泥稳定钢渣碎石混合料的劈裂强度将增至最高点[1]。

1.2水泥稳定钢渣碎石混合料抗裂性能

钢渣含量的增加，会引起失水率相应提高。研究发现，钢渣内富含活性成分，并且具有较为发达的孔隙结构，这些特性促使钢渣与水发生更为剧烈的反应，进而使失水率上升。随着时间增长，混合材料的干燥收缩应变逐步降低。在初始阶段，干燥收缩应变快速减少，而在后期则呈现减缓趋势。该现象主要源于混合料内部分因水分蒸发而引起的收缩。干燥收缩应变的发展与水分蒸发速率密切相关。此外，钢渣的添加量与混合料的干燥收缩应变呈反比关系。这是因为钢渣本身具有体积膨胀的特性，含有较多的游离CaO，在与水作用生成Ca(OH)2的过程中会产生体积膨胀，这种膨胀作用有助于抵消干燥收缩带来的影响。

1.3结论

(1)引入钢渣后，水泥稳定碎石基层材料的力学性能显著提升。其无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和回弹模量随着钢渣取代比例的增加，呈现出先增后降的变化模式，且在钢渣替代率为60%时达到峰值。将钢渣融入水泥稳定碎石基层材料后，虽然材料的失水率有所提高，但其干燥收缩系数却大幅减少。虽然温度收缩系数有所增长，但增长幅度远不及干燥收缩系数的降低，这表明基层材料的抗裂能力得到了显著提升。实际工程实例也验证了，以水泥稳定的钢渣碎石混合料作为路面基层的应用，在施工后展现出了卓越的性能与成效。

2.水泥钢渣稳定土的路用性能研究与工程应用

2.1混合料的路用性能研究

（1）劈裂强度。在水泥用量和养护时间不变的情况下，混合材料的劈裂抗拉强度与钢渣的掺入量和水泥的用量呈现正相关关系。在钢渣掺入量和养护时间固定的情况下，水泥含量较多的混合料呈现出更佳的力量表现。在水泥用量和钢渣掺入量均保持恒定的前提下，混合材料的劈裂抗拉强度随着养护时间的延长而增强。钢渣在混合料早期强度的提高上作用不显著，然而，在后期强度增长方面，却展现出了一种逐渐且稳定的增强作用。（2）干缩性能。干燥收缩是半刚性基层材料常见的破坏模式之一。由于混合料在搅拌、铺设和夯实过程中，内部水分逐渐蒸发以及水化反应的进行，水分的减少会引起材料的收缩，进而形成干燥收缩裂缝。混合料的配比依据先前的击实试验结果进行调整，随后制作试样并进行规范的养护流程，之后开展干燥收缩性能测试。试验数据表明，随着养护期限的增加，各种钢渣掺量下的混合料失水率普遍呈现下降态势。在水泥用量固定的前提下，混合料的失水率随着钢渣掺入量的增加而上升；钢渣掺量不变时，水泥用量的增加也会引起失水率的上升[2]。

2.2施工工艺

半刚性基层因其紧密的构造和卓越的承载力而被广泛应用于沥青路面，深受喜爱。然而，半刚性基层的紧密性通常会妨碍透层沥青的渗透效果。同时，基层中的裂缝和孔隙不允许自由水通过，从而在基层表面造成水分的积聚。在车辆荷载的作用下，积聚在基层表面的水会产生动态水压力，这种压力不断冲刷基层，对路面的整体质量产生负面影响，并可能导致诸如唧泥等病害的发生。这一问题导致半刚性基层与沥青面层之间出现不协调，形成沥青路面中的一个弱环节。

2.3拌和

在水泥稳定碎石拌和作业启动前，应彻底检查拌和设备和各个操作部件，特别关注皮带输送机的运行情况。如遇问题，需立即进行修复或替换，以确保拌和作业的稳定性和连续。在试拌过程中，必须仔细检查混合料的均一性，并严格按照混合料随机取样的均一性测试规范执行，以保证测试结果误差在规定的范围之内。为为确保混合料的均匀一致，不仅应关注原料的品质，还必须保证各原料准确无误地称量。每在使用称量系统之前，至少应进行一次校准，如果检测到精度不足，应马上进行调整，以保证水泥稳定碎石混合料的拌和质量。

3.钢渣资源化利用情况

3.1钢渣生产干混砂浆

干混砂浆作为一种创新的环保型建筑材料，已经引起国家住房和城乡建设部的高度重视，并正在被广泛推广应用。采用陈化钢渣作为原料来制造干混砂浆，实现了对天然砂的完全替代。此外，引入少量添加剂不仅优化了砂浆的施工属性，还增强了砂浆的粘合强度和抗裂性，这使得陈化钢渣在干混砂浆产业中得以有效回收利用。该产品已被广泛运用于奥运场馆、军事设施、商业楼宇及民用住房等多个领域的项目中。

3.2钢渣微粉用于生产固废基胶凝材料

通过精细加工将工业固体废物，例如钢渣、高炉矿渣和脱硫石膏等，磨成细粉并按照规定的比例进行混合，从而制备出了一种以这些固废为原料的水硬性胶凝材料。借助钢渣和脱硫石膏的加入，该材料能有效激发高炉矿渣的碱性及硫酸盐活性，因此拥有卓越的水硬胶凝功能。以这种材料制成的高性能混凝土，其强度可与常规水泥混凝土相媲美，且在耐久性方面更显优势，因此非常适合用于海洋工程、大体积混凝土结构、道路建设以及装配式建筑的构件生产和应用。

结束语

为了增加废钢渣的使用率，在水泥稳定碎石混合料中用钢渣部分取代天然碎石骨料，从而对混合料的力学性能和抗裂性能进行了探究。研究指出，钢渣作为骨料具有较高的强度、孔隙率和摩擦角。在沥青路面基层材料中，部分以钢渣取代天然骨料可以提升路面的承载能力。但是，钢渣在吸水过程中会发生体积膨胀，进而引起混合料的收缩和裂缝的形成。这些裂缝有可能沿路面反射，从而对路面基层和面层的稳定性造成影响。

参考文献：

［1］李伟，郎雷，王志浩，等.半刚性钢渣基层抗裂性能试验研究［J］.施工技术，2017，46(11):47－52.

［2］侯赛.再生半刚性基层抗裂性能评价与改善研究［D］.北京建筑大学，2018.

［3］陈峰，童生豪.水泥稳定再生骨料路面基层抗拉性能试验研究［J］.长江科学院院报，2020，37(02):159－163.