钢渣在市政工程中的应用研究

焦利敏

(太原市筑鑫市政工程检测有限公司，山西太原 030006)

钢渣在市政工程中的应用研究

焦利敏

(太原市筑鑫市政工程检测有限公司，山西太原 030006)

从胶结料、集料、组成设计等方面入手，分析了水泥钢渣稳定材料和沥青钢渣混合料的技术性能，并对钢渣的经济性进行了分析研究，指出将钢渣替代砂石集料运用于市政道路工程中，不仅有利于节能降耗和环境保护，还可以节约建筑企业成本、实现炼钢企业的可持续发展。

钢渣，水泥，沥青，胶结料，性能，指标

近年来，随着我国城市基础设施建设力度的不断加大，各种建筑材料供不应求，尤其以砂石材料更为明显。在巨大的市场诱导下，各地对于资源的开采近乎疯狂状态，导致植被破坏，生态失衡的事件屡屡发生。而本文所述内容就是探讨可再生的资源——钢渣，以及钢渣在建筑领域的广阔作为。钢渣是钢铁企业熔炼过程中产生的废料。我国是钢铁生产大国，钢渣的产量也是一个天文数字，研究钢渣很有现实的意义。钢渣的主要成分是氧化硅、氧化钙等氧化物，经检测钢渣硬度高，压碎值远低于普通石料，是一种宝贵的资源。而如果将钢渣替代砂石集料，不仅有利于节能降耗和环境保护，还是建筑行业节约成本和炼钢企业可持续发展的双赢之路。本文通过笔者的试验研究，以客观翔实的数据证明钢渣在道路工程当中大有用武之地，值得普遍推广使用。

1 钢渣路面基层稳定材料研究

笔者研究对比了两种情况：1)以水泥为胶结料的水泥钢渣稳定材料性能；2)以矿渣超细粉为胶结料的水泥钢渣稳定材料性能。

1.1 以水泥为胶结料的水泥钢渣稳定材料性能

1)胶结料。本次试验用水泥为山西广厦水泥，矿渣硅酸盐32.5级。取样试验后，各检测项目均符合标准要求，具体技术指标见表1。

表1 水泥检测指标

2)集料。本次试验用水泥稳定材料的集料，全部用太钢产钢渣材料，取代传统的石灰岩碎石集料。经试验，各检测项目均符合标准要求。表2是钢渣集料取样试验后的技术指标。通过观察，可以看出，钢渣的表观相对密度是很大的，一般石灰岩的表观相对密度为2.5～3.0左右，辉绿岩的表观相对密度可达到2.9，钢渣的表观相对密度在3.2以上。而钢渣的压碎值却很小，远小于普通石料。这足以说明，用钢渣作为路面集料坚固耐磨，可大幅提升道路的使用性能。

表2 钢渣集料取样试验后的技术指标

3)组成设计。把经过破碎加工后的各种规格的钢渣进行筛分合成，可以得出一条符合JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范的合成级配曲线，从而确定出水泥钢渣稳定材料的组成配比为：10 mm～20 mm ∶5 mm～10 mm ∶0 mm～5 mm=31% ∶27% ∶42%。在此基础上，通过击实试验，得出混合料最佳含水量5.6%，最大干密度2.645 g/cm3；再经过EDTA滴定得出结合料剂量为3%时的EDTA耗量为7.2 mL。结合料剂量为5%时的EDTA耗量为11.2 mL。然后，分别按照3%，5%的水泥剂量和已知的各种钢渣比例称量拌合，并且在压力机上各成型13组试件，脱模后放标养室20 ℃，95%湿度环境中养生7 d。

4)水泥钢渣稳定材料性能验证。将养生7 d的试件从标养室取出，简单擦拭其表面的水珠，即上无侧限抗压试验机进行试验，实测3%，5%的水泥钢渣稳定材料的无侧限抗压强度平均值为5.4 MPa，6.8 MPa。

5)水泥钢渣稳定材料小结。由4)中的试验结果可以看出，钢渣用于道路的水泥稳定层中，尤为可行，而且用钢渣做集料后水泥稳定基层无论是3%或是5%的水泥剂量的无侧限抗压强度，都高于用普通碎石做集料的水泥稳定基层强度。这足以证明钢渣的使用价值。

1.2 以矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料性能

1)矿渣超细粉。矿渣超细粉是以粒化高炉矿渣为主要原料，掺加少量石膏磨制成细度比表面积不小于500 m2/kg的灰白色粉状物质。矿渣超细粉的用途是在水泥中掺合以及在混凝土中添加，主要作用是提高水泥、混凝土的强度，改善混凝土的和易性、提高早强、减少水化热等。可等量替代混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明显的改善混凝土和水泥制品的综合性能。同时也可直接和生产的熟料粉搅拌后配制新型矿渣水泥，节约熟料而水泥性能不降低。本项试验使用矿渣超细粉完全替代水泥，单独作为胶结料来拌制钢渣稳定材料。

2)集料。本次用矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料试验，集料仍然全部用太钢产钢渣材料，各型号钢渣集料的检测指标见表2。

3)组成设计。将10 mm～20 mm，5 mm～10 mm，0 mm～5 mm三种规格的钢渣进行筛分合成，确定出符合JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范的合成级配曲线，采用计算机人机对话方式得出矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料的组成配比为：10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm=27%∶31%∶42%。通过击实试验，得出混合料最佳含水量5.9%，最大干密度2.585 g/cm3；采用外掺方式，掺入5%矿渣超细粉为胶结料搅拌，并且按照1.1中3)的方法成型试件。脱模后放标养室20 ℃，95%湿度环境中养生7 d。

4)矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料性能验证。将养生7 d的试件依次上无侧限抗压试验机进行试压，实测矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料试件无侧限抗压强度平均值为5.5 MPa。

5)矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料小结。由试验结果可以看出，用5%的矿渣超细粉为胶结料的钢渣稳定材料，无侧限抗压强度高于用普通碎石做集料的水泥稳定材料强度。这说明矿渣超细粉钢渣稳定材料是一种新型的路面稳定材料，经济和社会意义非常重大。

2 钢渣沥青路面混合料性能研究

本试验目的是探讨用钢渣材料替代普通碎石集料和沥青拌合后其沥青钢渣混合料的技术性能。根据材料规格，以AC-20为研究对象。

2.1 胶结料

以韩国SK普通90A级沥青作为此项试验的胶结材料，指标见表3。

表3 90A级沥青指标

2.2 集料

本项试验用全部集料采用太钢产钢渣材料，规格为10 mm～20 mm，5 mm～10 mm，0 mm～5 mm，其各项技术指标见表2。填料仍采用普通石灰岩磨细矿粉。

2.3 组成设计

根据JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的有关要求，对各规格型号钢渣集料，矿粉填料进行筛分，采用计算机计算得出符合AC-20沥青混合料技术标准的合成级配曲线，确定出各组成材料的配比为10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶矿粉=31%∶32%∶33%∶4%，沥青外掺，油石比为4.7%。

2.4 钢渣沥青路面混合料性能验证

将钢渣集料、填料、沥青按照2.3中所述配方进行配料拌合，并进行试件击实成型。分别做马歇尔稳定度试验和动稳定度试验。表4为钢渣沥青路面混合料的试验结果。

表4 钢渣沥青路面混合料试验结果

2.5 钢渣沥青路面混合料性能小结

通过对表4的性能观察，发现钢渣沥青混合料的各项性能指标满足JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中的有关要求。

3 经济性分析

综上所述，在本文第1节和第2节内容中，钢渣无论是作为钢渣路基，还是钢渣沥青路面都拥有非常优异的技术性能。在采购单价上，钢渣也拥有无可比拟的市场优势。目前，太原市每立方米石子集料的采购价一般在80元左右，而钢渣作为炼钢厂的工业废渣，一般40元左右即可购买。以太原市一年平均修路20 km计算，如果按普通石灰岩，需要160万m3材料，共计需要人民币12 800万元，如果用钢渣材料替代石灰岩则可节省约5 000万元，市场前景非常广阔。

4 结语

钢渣作为炼钢厂的工业废渣，若不能循环利用，必将对环境造成巨大破坏，经济上也要负担巨大的费用。在以前太原市也进行过钢渣的一些简单研究，是将高温钢渣运至工地，直接倾倒路床做基层。然其未进行过完全分解，仍有大部分游离氧化钙在通车后，遇水不断分解，体积不断膨胀，产生路面的破坏。这是人们对钢渣的早期研究不够细化深入所致。本文所述钢渣是指钢渣从车间出厂后，加水热闷48 h，使其中的游离氧化钙成分充分分解、粉化，达到饱和稳定的状态，才予以使用。因此，本文所论钢渣与以前简单的钢渣料有本质的不同。当前，面对自然资源的过度使用，面对钢铁企业发展绿色经济的迫切需求，钢渣项目在市政道路工程中的推广运用必将有一个质的飞跃。

[1] JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].

[2] JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

Application research of slag in municipal engineering

JIAO Li-min

(Taiyuan Zhuxin Municipal Engineering Detection Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Starting from aspects of binder, aggregate and organization design, the paper analyzes cement slag stability material and asphalt mixture technology performance, studies slag economy performance, and points out that: applying slag into municipal highway engineering can not only save energy consumption and protect environment but also save construction enterprise cost, which realizes sustainable development of steel enterprises.

slag, cement, asphalt, binder, performance, index

1009-6825(2014)31-0212-02

2014-08-28

焦利敏(1976- )，男，工程师

TU511