（道路与铁道工程专业论文）公路钢渣基层与钢渣沥青混合料路用性能研究.pdf

哪| l f f | 删i | l f i f i f i | | f f | i la 7m89020 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 黜一徽词 日期：0 们f 年够月f a 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利。 虢词名) ) 移 日期：如f f 年矽月纠日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 椁篡撇：缘乃节 学位论文作者签名：俐局7 7 v 日期：如l f 年9 月，上日 指导教师签名：埯纠l 日期：工口l f 年4 月i o 日 的优良筑路材料；但因其自身会遇水微膨胀性极大的限制了钢渣在道路工程中的 推广和应用。我国钢渣排放量大、利用率低、对环境污染严重，炼钢厂也迫切希 望能将钢渣安全经济地应用到道路工程中，提高钢渣的利用率，减少对环境的污 染。介于现状，本文以云南安宁地区的钢渣作为研究对象，探讨钢渣作为路面基 层及沥青混合料骨料的可行性及其路用性能，具有重要的工程应用价值。 通过室内试验，分别进行了以下几方面的研究：分析云南安宁地区钢渣的 物理性能、矿物组成，膨胀性等基本性能的优劣性；将钢渣与轧制碎石进行复 合掺配组成水泥类无机结合料，以7 d 无侧限抗压强度作为参考指标，得出水泥、 钢渣、轧制碎石的最佳掺量。根据优化后的配合比研究水泥稳定钢渣碎石的物理 力学性能及干缩性能；以钢渣作为沥青混合料骨料研制了s a t b 2 5 、s a c l 3 、 s s m a l 0 三种钢渣沥青混合料，然后分别测定分析了其各项路用性能；针对钢 渣表面多孔吸油的特性，研究了有效沥青用量的计算方法并修正了吸水率c 值。 研究表明：与轧制碎石相比，钢渣压碎值等物理指标满足相关规范要求； 钢渣容重及吸水率较大；安宁钢渣的游离氧化钙含量为0 6 1 d 、于3 ，钢渣的 浸水膨胀率的均值为1 0 6 均符合相关规范要求；在水泥稳定钢渣碎石中，碎 石的最佳掺量为4 0 ，钢渣的遇水微膨胀性对半刚性基层材料的干缩有一定的补 偿和缓解作用：由于钢渣表面孔隙中吸附了大量的沥青，因此s a t b 2 5 、 s a c l 3 、s s m a l 0 的最佳油石比分别为5 o 、5 6 、6 6 ，比同级配的轧制碎 石作为骨料高出0 6 1 4 5 根据沥青浸渍法测出钢渣沥青混合料的有效密度 并用于修正马歇尔设计指标；根据公式u e 2 u - + l i u i i u 曲j 反算得出c 值的 范围为0 4 7 o 5 35 三种钢渣沥青混合料的浸水膨胀率低于2 ，说明钢渣安定 性良好，采用车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融试验结果显示钢渣沥青混合料 具有良好的高温稳定性和良好的水稳定性，间接拉伸试验、摆式仪测试和渗水仪 测试结果显示钢渣沥青混合料也具有良好的低温性能、抗渗性能及抗滑性能。 本文还对水泥稳定钢渣碎石的工程应用、经济效益、社会效益和环境影响进 行了初步的探讨和简单的分析，有助于钢渣的进一步推广和应用。 关键词：道路工程；水泥稳定钢渣碎石；钢渣沥青混合料；沥青浸渍法；路刊蝴邕 s t o n e ；i ti sak i n do ff r e er o a da g g r e g a t e h o w e v e r ，b e c a u s eo fi t sd i s a d v a n t a g eo f w a t e rs w e l l i n gg r e a t l yl i m i tp r o m o t i o na n da p p l i c a t i o ni nr o a dw o r k s i no u rc o u n t r y ， t h es l a gt h a tp r o d u c e dl a r g e l y 、r e c y c l e dl o w l ya n d p o l l u t e ds e r i o u s l y ，s ow eh o p et h a t m o r ea n dm o r es l a ga p p l yt ot h er o a dw o r ks a f e l ya n de c o n o m i c a l l y t h i sp a p e r , w e u s e ds l a gi ny u n n a na r m i n ga r e a sa sr e s e a r c ho b j e c t ，a n dd i s c u s s e dt h ep e r f o r m a n c eo f s l a gp a v e m e n tm a t e r i a l s i no r d e rt ob e t t e ra p p l yo fs t e e ls l a gt ot h el o c a lr o a d c o n s t r u c t i o ni ny u n n a n o nt h ew a yo fs y s t e m a t i c a le x p e r i m e n t ，a u t h o rp e r f o r m e dt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ， a n a l y s i so ft h ep h y s i c a ln a t u r e ，m i n e r a lc o m p o s i t i o n , e x p a n s i o na n da d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so fs l a g ( 至) a c c o r d i n gt oac e r t a i np e r c e n t a g e w ep u ts t e e ls l a ga n d c r u s h e ds t o n em i xi n t oi n o r g a n i cb i n d e r 7 do fu n c o n f i n e dc o m p r e s s i v es t r e n g t ha sa r e f e r e n c e ；w ec a ng e tt h er e a s o n a b l ec o n t e n to fc e m e n t ，s l a ga n dg r a v e l a n dt h e n a c c o r d i n gt ot h eo p t i m i z e dr a t i o ，w ed i dt h er e s e a r c ho fp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a n ds h r i n k a g et e s to fc e m e n ts t e e ls l a gr u b b l e a sa g g r e g a t e ，w ee x p l o i t e dt h et h r e e k i n d so fs t e e ls l a ga s p h a l tm i x t u r e ，t h en a m e sw e r es - a t b 2 5 、s - a c13 、s - s m a10a n d t h e i rr o a dp e r f o r m a n c eo ft h e mw e r er e s e a r c h e d ； a c c o r d i n gt ot h ep r o p e r t yo fs t e e l s l a gt h a tal o to fh o l eo ni t ss u r f a c ea n da s p h a l tw e r ea b s o r d e di ni t s ，w ee x p l o i t e da m e t h o dt h a tc a l c u l a t et h ev a l i da s p h a l ta n dr e v i s et h ecv a l u e t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h ep h y s i c a li n d i c t o r so fs l a gi na nn i n ga r e am e e tt o r e l e v a n tr e g u l a t o r yr e q u i r e m e n t s b u l kd e n s i t ya n dw a t e ra b s o r p t i o no fs l a gw e r em o r e t h a ng r a v e l ( 虿) f - c a oc o n t e n di s 0 61 s m a l l e rt h a n3 ，a n dt h ef l o o d i n ge x p a n s i o ni s 1 0 6 s m a l l e rt h a n2 ，b o t ho ft h e mm e e tt h er e q u i r e m e n to fs p e c i f i c a t i o n 1 1 他 b e s td o s a g eo fg r a v ei s4 0 e x p a n s i o no fs l a gh a v ec e r t a i ns h r i n k a g eo ft h er o l eo f c o m p e n s a t i o na n dm i t i g a t i o no nt h es e m i r i g i db a s em a t e r i a l t h es l a gs u r f a c e c o v e r e d 、i t l lp o r e s ，a n dw a sa d s o r p t i o no fl a r g en u m b e ro fa s p h a l t t h e r e f o r e ，t h e o a co fs a t b 2 5 ，s a c l 3 ，s - s m a l 0w e r e5 0 ，5 6 a n d6 6 ，a n dh i g h e rt h a n o 5 t o1 w i t ht h es a m el e v e lo fg r a v e l a e c o r d i n gt ot h ee f f e c t i v ed e n s i t ya n d q = g s b + c x ( g 翰- g 。b ) ，t h ev a l u e o fcw a s0 4 7t o0 5 3 t h ef l o o d i n g e x p a n s i o no fs t e e ls l a ga s p h a l tc o n c r e t em e e t st ot h er e l e v a n tr e g u l a t o r yr e q u i r e m e n t s ， a n ds h o w e dt h a tt h es t a b i l i t yo fs l a gw a s w e l l ( 皇) a c c o r d i n gt ot h er u t t i n gt e s t ，t e s ta n d i nt h i sp a p e r , a p p l i c a t i o n , e c o n o m i cb e n e f i t s ，s o c i a lb e n e f i t s a n de n v i r o n m e n t a l i m p a c to fs l a gu s i n gi nt h eh i g h w a yw e r ea l s oa n a l y z e da n dp r o b e d ，s ot h a tc a n c o n t r i b u t et ot h ef u r t h e rp r o m o t i o na n da p p l i c a t i o no fs t e e ls l a g k e yw o r d s ：r o a dw o r k s ；c e m e n ts l a gg r a v e l ；s t e e ls l a ga s p h a l tm i x t u r e ；a s p h a l t i m m e r s i o nt e s tm e t h o d ；r o a dp e r f o r m a n c e 目录 第一章绪论1 1 1 研究的目的和意义1 1 2 国内外研究概况及存在的问题2 1 2 1 国外研究概况2 1 2 2 国内研究概况4 1 2 3 存在的问题6 1 3 研究内容与研究目标7 1 3 1 研究内容7 1 3 2 研究目标7 1 3 3 研究路线7 第二章钢渣材料性能研究9 2 1 钢渣的物理性质9 2 2 钢渣的化学成分及矿物组成1 0 2 3 钢渣的膨胀率试验1 0 2 4 钢渣在路面中应用的原则与可行性1 1 2 5 小结1 2 第三章水泥稳定钢渣碎石的组成设计1 4 3 1 水泥稳定钢渣的早期强度试验分析1 4 3 2 水泥稳定钢渣强度形成机理和提高早期强度的措施1 6 3 3 水泥稳定钢渣碎石基层的配合比设计1 7 3 4 本章小结1 9 第四章水泥稳定钢渣碎石混合料的力学特性研究2 l 4 1 无侧限抗压强度变化规律2 l 4 1 1 无侧限强度测定与分析2 l 4 1 2 后期强度微观分析2 3 4 2 劈裂强度测试2 5 4 2 1 试验方法2 5 4 2 2 试验结果及分析2 5 4 3 抗压回弹模量测试2 6 4 3 1 试验方法2 6 4 3 2 试验结果及分析2 7 4 4 水泥稳定钢渣碎石的干缩性能研究2 7 4 4 1 干缩机理分析2 7 4 4 2 试验方法2 8 4 4 3 试验结果及分析2 9 4 6 本章小结3 2 第五章钢渣沥青混合料配合比设计3 3 5 1 原材料性质3 3 5 2 配合比设计标准3 4 5 3 钢渣沥青混合料合理体积参数研究3 5 5 3 1 沥青混合料的理论最大相对密度以及与之密切相关的几个概念3 5 5 3 2 沥青混合料理论最大相对密度的计算方法探讨与比较3 6 5 3 2 沥青浸渍法简介3 9 5 3 3 沥青浸渍法测试结果及分析4 0 5 3 4 钢渣沥青混合料级配的确定及合理体积参数的计算方法4 1 5 4 最佳油石比的确定4 2 5 4 1s - a t b 2 5 钢渣沥青碎石的最佳油石比4 2 5 4 2s - a c l 3 钢渣沥青混合料的最佳油石比的确定4 5 5 4 3s - s m a i o 钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料最佳油石比的确定4 7 5 4 4 合成矿料的沥青吸收系数c 值的反算5 0 5 5 本章小结5 1 第六章钢渣沥青混合料路用性能与分析5 2 6 1 钢渣沥青混合料的高温稳定性评价5 2 6 2 钢渣沥青混合料的水稳定性检验5 4 6 3 钢渣沥青混合料的低温抗裂性检验5 8 6 4 钢渣沥青混合料的膨胀特性6 1 6 5 钢渣沥青混合料渗水系数检验6 2 6 6 钢渣沥青混合料的抗滑性能检验6 3 6 7 本章小结6 5 第七章依托工程铺筑及效益影响分析6 7 7 1 依托工程概况6 7 7 1 1 试验路简介6 7 7 1 2 设计、施工依据及参考6 7 7 1 3 钢渣膨胀性试验6 7 7 2 试验路配合比设计6 8 7 2 1 配合比设计6 8 7 2 2 设计结论6 9 7 3 施工控制6 9 7 4 社会、经济效益和环境影响分析7 l 7 4 1 社会效益分析7 1 7 4 2 经济效益分析7 2 7 4 3 钢渣对环境的影响7 2 7 4 4 对环境的影响分析7 3 第八章主要结论与展望7 4 8 1 主要结论7 4 8 2 建议7 5 致谢7 6 参考文献7 7 在学期间发表的论著及取得的科研成果8 0 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 随着科学技术的不断发展，尤其是近现代工业的迅猛发展，人类在创造伟大 文明的同时也使得赖以生存的地球环境不断受到严重的威胁。环境污染、生态破 坏、人口爆炸等矛盾日益突出，尤其是在工业中产生的废渣对人们的生产和生活 带来了极大的不便和危害。因此，充分利用工业废渣、保护我们的生态家园已经 引起了世界各国的高度重视。在道路工程中寻求适当的途径与方法利用和处理工 业废渣是适应时代发展的趋势，也是开发绿色道路材料的新课题，具有广阔的工 程应用前景。 在炼钢的过程中，伴随着钢材的炼铸而产生的一定数量的废渣，我们称之为 钢渣。钢渣是炼钢过程中的必然副产物，数量为粗钢产量的8 1 2 ，因此钢铁 厂产生的钢渣数量相当可观。2 0 0 8 年我国钢渣产量已达5 0 0 0 多万吨；历年来堆 存的钢渣量已有3 3 8 4 5 万吨【l 】。然而目前，我国钢渣利用率非常低，综合利用率 仅为5 0 - - 6 0 ，在建材领域的利用率大约为1 0 。反观，欧美、日本等国家的 钢渣利用率己达到9 0 以上，这些国家的钢渣中约有5 0 用于道路工程1 2 2 j 。堆积 如山的钢渣不仅占用了我国大量的土地资源，而且也对环境造成了不同程度的污 染，不符合国家循环经济和可持续发展的要求。合理利用钢渣的各项性能并在道 路工程中应用，可以变废为宝，具好的经济效益、社会效益和环境效益，是钢渣 高价值利用的方展方向，具有广阔的发展前景。 图1 1 堆积如山的钢渣 f i g 1 1m o u n t a i n so f s l a g 另一方面，我国公路建设也进入了快速发展的时期。从1 9 8 8 年的京石、沈大、 ，第一章绪论 沪嘉高速公路通车以来，平均每年建成通车高速公路2 0 0 0 多公里。我国公路建设 广泛采用半刚性基层材料，这种传统的路面材料对资源和能源消耗巨大，而且性 能还有待进一步改善。天然土石料的开采会对山体植被和农田造成破坏，会严重 影响周边的环境。因此传统的路面基层材料已经不能更好的适应当前可持续发展 的要求。然而钢渣的耐磨性能、强度、抗冻融能力等各项指标相当于或优于普通 的花岗岩、玄武岩或石灰岩碎石，技术性能指标完全满足工程集料的规范要求， 而且钢渣具有潜在的活性，是“过烧硅酸盐水泥熟料 【4 】。可见，如果能把钢渣 作为集料更好的应用到公路路面工程中去，必将具有重要的意义。 1 2 国内外研究概况及存在的问题 1 2 1 国外研究概况 由于钢铁工业的快速发展，冶炼过程中排出的钢渣也逐年增加，这也带来了 诸如占地和污染等问题。有关钢渣的应用研究也随之加快，尤其是最能吃渣的建 筑领域也取得了许多成果。国外冶金工业发达的国家，对钢渣的开发和使用起步较早。 1 9 7 0 年美国在芝加哥召开了“第二届矿物废料利用 会议，美国矿渣协会在 美国高炉渣、钢渣的利用中提到：“钢渣有很高的抗磨性可作公路路面 ；日本在 1 9 8 8 年修订沥青路面铺路纲要时，确认可以使用钢渣【5 】。日本住友金属公司 曾采用经过蒸汽陈化过的钢渣作上层路基材料，配合比为钢渣7 5 ，高炉徐冷渣 2 0 ，高炉水淬渣5 ，商品名为s h m s 2 5 ，经过住友公司室内试验和小仓、路 岛和歌山三个厂内实验路试验，以及两年的跟踪调查，证实道路表面质量完全没 有因钢渣膨胀而造成异常现剩6 】。 联合国( e c e ) 组织对美、日、俄、德、法等2 0 多个国家钢渣的利用情况 作了调查，统计表明，2 0 个国家的钢渣5 0 左右用于道路工程，都普遍认为钢 渣中含有很多氧化物和矿物质，具有硅酸盐水泥熟料相似的物化成分，在一定的 环境下( 水分、温度和介质) 经电解水化作用后，呈现强度较高，颗粒均匀的粒 状物【7 s l 。 数据统计表明，2 0 0 1 年美国钢渣产量6 6 5 万吨，其中3 7 用于路基工程，2 2 用于工程回填料，2 2 用于沥青混凝土集料。1 9 9 9 年日本钢铁环境公报统计结果 显示表明，1 9 9 8 年日本钢渣总产量为1 2 8 7 9 0 0 0 吨，其中2 2 用于道路工程，4 0 7 用于土木建筑工程，9 用于水泥原材料，1 9 用于回炉烧结料，8 用于深加工原 材料，1 用于肥料，仅4 用于回填料，利用率近1 0 0 1 9 ，o l 。表1 1 列出了世界 主要产钢国钢渣的利用情况i l l 】。 第一章绪论 3 表1 1 主要产钢国钢渣利用情况 t a b 1 1t h eu t i l i z a t i o no fs t e e ls l a gi nt h em a j o rs t e e l - p r o d u c i n gc o u n t r i e s 国家利用情况利用率 返回冶金循环利用2 0 ，筑路2 3 ， 日本 9 8 土木工程4 2 以上，水泥工程6 ，农肥2 ，其他5 美国返回冶金循环利用5 6 ，筑路3 8 ，其他利用4 9 8 德国 返回冶金循环利用2 4 ，筑路2 3 ，建材1 2 ，农肥1 8 7 7 俄罗斯返回冶金循环利用5 ，筑路3 5 4 0 中国返回冶金循环利用5 ，水泥混凝土j 渊3 ，筑球建材2 1 0 德国每年仅约1 0 的钢渣由于质量原因而暂不作循环利用之列而堆弃于堆 场，另有约5 的钢渣可循环利用但鉴于其他原因暂存放在堆场。这表明德国在 冶金渣处理方面已有充足的经验。资料亦显示，钢渣在德国的循环利用已形成了 赶 系列完善的处理系统，并且有相应的已严格贯彻实施的政策法规【l2 1 。德国道路工 程用冶金渣的技术要求见表1 2 i 3 1 。 表1 2 道路工程用冶金渣的技术要求 t a b 1 2t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so fs l a gu s e di nt h er o a de n g i n e e r i n g 材料种类 控制指标单位 钢渣i 级钢渣i i 级钢渣i i i 级 钢渣碎石体积密度 g c m 。3 2 8芝2 8芝2 8 剥落率 99 必须给出 抗冻融性 0 7 1m m 粒径的总量 s ls 1必须给出 游离氧化钙含量 g 夕必须给出 蒸气试验体积损失率 5s 5必须给出 钢渣细碎石的抗冲击性 雯6s 2 6 钢渣粗碎石的抗冲击性 q 9 雯9 常压下的吸水率 g 4 鹭- 细碎石振实堆积密度 g c m - 3 1 5芝1 5 芝1 5 粗碎石振实堆积密度 g c m 3 芝1 5芝1 5之1 5 生笙二童丝笙 1 2 2 国内研究概况 钢渣在道路工程中的应用，目前国内一般都是作为路基填筑材料，或者钢渣 作为混合料中的骨料取代道路混合料中的碎石等。己报导过的有关钢渣作为路用 材料的成功实例【1 4 1 。如武钢钢渣料场公路、天津港二号路2 4 2 k m 的路基回填挤 淤、天津新港四号路5 9 3 k m 填筑路基，宝成铁路复线江油车站工程试验段填筑 路基，邯郸市某二级公路填筑路堤，3 1 2 国道兰州柳沟河至忠和高速公路的试验 路段填筑路堤，京深高速公路邯郸市马峰二级公路填筑软基，京沪高速铁路徐沪 段填筑路基。 唐山市学院北路道路工程试验路段路面基层，3 0 6 线( 辽宁凌源市区段) 和凌 源市府路路面基层，首钢预制品厂南路2 5 0 0 m 2 路面基层，京石高速公路杜家坎 收费站路面基层，鞍钢采选扩建道路6 2 万i n 2 路面基层，包头市南绕城公路路 面基层，沪宁高速公路上海段长1 0 m 的钢渣桩。包头钢厂利用钢渣作为道路基 层骨料，配制出性能优良的水泥稳定钢渣和二灰稳定钢渣，经2 0 0 0 年包哈线沥 青路面公路改建工程路面垫层( 2 0 c m 混合钢渣) 和基层( 1 8 c m 石灰粉煤灰稳定 钢渣) 在施工中的实际应用，表明了钢渣和无机结合料稳定钢渣确实是一种良好 的筑路材料，该段公路路面竣工验收时路表实测弯沉( 非不利季节) 仅为3 7 ( 1 1 0 0 m m ) 。强度高于同厚度砂砾和无机结合料稳定砂砾组成的路面形式。在该 工程中钢渣垫层和二灰钢渣基层的建安工程费仅为同功能厚度砂砾结构层垫层和 二灰砂砾基层价格的8 0 和6 8 f ”】等成功案例。 另外，武钢于2 0 0 0 年用钢渣作为混凝土路面的骨料，成功地配制出坚硬耐磨 的混凝土路面，各项路用性能指标均满足路用混凝土的要求。我国钢渣利用情况 见表1 3 i 埔j 。 表1 3 我国钢渣利用基本情况 t a b 1 3t h eb a s i cs i t u a t i o no fs l a gu s e di nc h i n a 钢产量炼钢产渣量利用量利用率 序号 企业名称利用途径处理工艺 ( 万t )炉型( 万t )( 万t ) ( ) 平炉盘锦油田检出大块废 l 鞍山钢铁公司 7 0 01 2 31 2 09 7 转炉营口钢后运走 平炉 喷水粉化 2 太钢钢铁公司 1 3 4 72 11 5 加破碎筛水泥烧结 7 转炉 分 平炉 3包头钢铁公司1 7 52 7 6 0 3 干渣破碎2 3 转炉 转炉水泥工程 4 本溪钢铁公司 1 3 32 42 2 渣场检废钢 9 1 电炉回填 5马鞍山钢铁1 6 0转炉2 64 6 烧结、水泥 平炉水碎渣 1 8 钢产量炼钢 产渣量 利用量 利用率 序号企业名称利用途径处理工艺 ( 万t )炉型( 万t )( 万t ) ( ) 公司平炉场检钢 电炉 平炉 6 重庆钢铁公司 7 11 42 1烧结钢渣筛分 7 电炉 7 唐山钢铁公司1 2 3转炉 2 41 8 高炉、烧结热泼、破碎 7 6 上钢一、三、 转炉 工程回填、 85 2 5 平炉 9 09 11 0 五厂水泥 电炉 9 济南钢铁厂 4 l 转炉 83 烧结水淬 3 6 开采渣山破 1 0 南京钢铁厂 2 6 转炉 71 8 烧结、水泥 2 6 碎 1 l江西钢厂3 7转炉70 o 1 2 涟源钢铁厂 3 6 转炉 90 4 农肥余熟粉碎炉 4 1 3柳州钢铁厂2 0转炉 54 工程回填渣场检废钢 3 0 成都无缝钢管 1 43 l平炉9 50 2 7工程回填渣场检废钢，3 r 一 转炉水泥、烧结 1 5 安阳钢厂 5 3l l6 5干渣破碎6 0 电炉回填 1 6 齐齐哈尔钢厂 3 5电炉53 4 9大庆油田无加工6 0 混凝土砖， 1 7昆钢3 0 0转炉6 0 2 0 干渣破碎 3 3 水泥 备注：第1 1 9 项为1 9 8 0 年统计黉吐昂第2 0 项昆钢钢渣利用基本情况是2 0 0 9 年资料。 ! ：1 2 0 0 9 年上海世博会园区内6 0 以上的路面所用的混凝土和地面砖由宝钢钢 渣制成；经检验，工程技术质量达到绿色建筑最新最高版本美国l e e d 标准要求。 目前，除世博园区外，该产品还在松江区特奥会训练中心、延安绿地景观道路、 宝山顾村公园、水木年华社区等路面推广应用。宝钢钢渣透水混凝土产品具有抗 折强度高、耐磨性好、透水和透气功能强，长期使用无掉粒现象等综合优势。替 代水泥，既可节约资源消耗，又可减少二氧化碳排放，有利于抑制“热岛效应 。 该类产品可广泛应用于公园道路、人行道、各种新型体育场地、河道、高速公路、 山体护坡、海工护堤的铺设，具有较强的市场竞争力，并已率先在宝钢厂区道路 上成功使用。 近年来各地钢铁厂陆续成立了钢渣厂，建立了钢渣处理工艺线，形成了若干 专业化钢渣处理生产基地，加快了钢渣的推广利用。钢渣的利用研究，正受到越 来越多高校和科研院所的关注，尤其是在道路工程中的研究正日益受到人们的重视。 五笙二童堑堡 1 2 3 存在的问题 钢渣类路面材料是充分发挥钢渣自身材料性能优势的新型道路材料，但是其 中存在着诸多问题需要解决，这些问题的解决对开发道路工程材料技术将起到有 力的推动作用。钢渣类路面材料的研究和应用主要存在以下几个方面的问题： 钢渣的体积膨胀性问题 1 ) r o ( m g o 、f e o 、m n o ) 相的影响 r o 相中的纯方镁石会与水发生反应生成m g ( o h ) ，引起钢渣的体积膨胀，但 是r o 相中的m g o 是否影响钢渣的体积稳定性，目前国内外还是有争议 唐明述、肖琪仲、钱光人等 1 7 a 8 , 1 9 1 对钢渣进行的高温高压水热反应试验研究 结果也表明r o 相是相对稳定的。有学者认为r o 相并不是绝对的惰性，r o 相是 否影响钢渣的膨胀性主要取决于r o 相中m g o 的含量，当r o 相中，m g o 遇水 后会生成m g ( o h ) 2 ，体积增大5 8 0 ，从而引起钢渣的胀裂；m g o 的含量 超过7 0 时，钢渣的膨胀性不良【2 0 】。目前国际上没有统一的标准来鉴定m g o 含 量的上限，所以当渣中m g o 过高时，应通过试验确定其对体积稳定性的影响。 2 ) f - c a o 对体积膨胀性的影响 由于造渣不充分，我国钢渣中的f - c a o 含量往往较高，未经任何处理的转炉 钢渣f - c a o 含量在2 0 以上，平炉钢渣一般在1 0 2 0 ，经过热泼处理通常在 1 6 ，钢渣中f - c a o 的消解是导致钢渣膨胀性不良的最大问题【1 8 】。游离氧化钙 遇水后水化生成氢氧化钙，体积增大约2 倍，产生较大的膨胀应力，造成颗粒膨 胀粉化及路面基层产生裂纹甚至顶包等质量问题。朱明【2 l 】等认为硅酸盐矿物水化 生成的c a ( o h ) 2 与大量的c s h 凝胶裹复在一起不会形成破坏，而f - c a o 水化 生成的c a ( o h ) 2 则堆积在c a o 颗粒的表面，进一步降低了f - c a o 的水化速率， 使得其在后期产生体积破坏作用。所以，钢渣基层后期膨胀问题一直是钢渣在公 路工程中应用的最大问题。 虽然造成钢渣体积不稳定的潜在原因很多，但是通常认为游离氧化钙、方镁 石和氧化镁含量较高的r o 相是主要原因，目前各国大部分的试验研究也是主要 集中在这几个方面。 钢渣推广应用的工程成本问题 1 ) 钢渣密度过大 由于钢渣钢渣密度为2 8 加i n 3 左右，是普通石料的1 2 1 4 倍。钢渣用于道 路工程中，其运输、拌和、摊铺时要增加能耗。所以，钢渣很大部分限制在其产 地推广使用，这大大减少了钢渣的有效利用。 2 ) 社会和经济方面 篁二童丝笙2 云南地区的年钢渣产量约数百万t ，天然集料年使用量达数百m 3 ，理论上讲， 只要在每i n 3 路面基层材料里加入部分钢渣，就可以有效的提高钢渣的利用量。 但作为一种的土木工程材料，钢渣在路面基层中应用的技术成熟还需要一段时间。 1 3 研究内容与研究目标 1 3 1 研究内容 分析云南安宁地区钢渣的物理性、矿物组成，道路品质要求得出这种废弃 物用于公路基层材料的可行性；在此基础上进对钢渣集料进行1 0 d 的膨胀性研究， 分析其膨胀性能的优劣性，从而更好的进行改善，为实际工程提供理论依据。 水泥稳定钢渣碎石的组成设计研究 1 ) 利用钢渣与碎石按照一定比例复合掺配组成无机集料，不仅优化了钢渣的 级配，而且减少了钢渣自身微膨胀性对集料稳定性能的不利影响，因此通过初选 九组不同配合比的水泥稳定钢渣碎石，利用7 d 无侧限抗压强度作为参考依据，得 出碎石改善钢渣级配的最佳理掺量。 2 ) 根据优化后的配合比成型基层试件，进行水泥稳定钢渣碎石抗压强度发展 规律试验、劈裂强度试验、抗压回弹模量试验以及干缩试验等路用性测试。 钢渣沥青混合料组成设计及路用性能研究 1 ) 针对钢渣表面多孔隙的特性，研究了钢渣沥青混合料中有效沥青用量的计 算方法并修正吸水率c 值和马歇尔设计指标。 2 ) 以钢渣作为骨料，分别研制了s a t b 2 5 、s a c l 3 、s s m a l 0 三种沥青混 合料，确定其最佳沥青用量，并分别测定三种钢渣沥青混合料的高温稳定性、水 稳定性、低温抗裂性及膨胀性等，为钢渣在沥青混合料中的应用做初步的尝试和 探讨。 1 3 2 研究目标 提出水泥稳定钢渣碎石作为路面基层材料的合理组成； 充分利用钢渣作为骨料的优良的品质，为钢渣在沥青混合料中的广泛应用 做出初步的尝试和探讨，从而更好推广钢渣在高等级路面中的应用 变废为宝，实现资源的循环利用和节能减排的循环经济目标； 1 3 3 研究路线 根据以上总结的论文主要内容，本文采用的技术路线见图1 2 。 上上 i 集料安定性 混合料安定性 图1 2 本文研究思路结构图 f i g 1 2m e n t a l i t ys t r i l c t u 陀d r a w i n go f t h ep a p e r 1r 马歇 尔浸 水膨 胀量 的测 试 第二章钢渣材料性能研究 9 第二章钢渣材料性能研究 本文试验所用的钢渣为昆钢自然钢渣，转炉钢渣出炉后在自然的条件下冷却 处理，为了确保钢渣的稳定性，取堆放陈化两年以上的陈渣进行矿物组成和化学 物理分析。 2 1 钢渣的物理性质 钢渣是一种固态非金属物质，经过高温冶炼后被淬火冷却而成，有红、紫、 褐三种颜色，外表呈多孔块状、少孔块状、无孔块状。粉状体钢渣的视密度为2 8 6 g c m 3 4 0 0 9 e r a 3 ( 2 2 1 。 图2 1 钢渣的表观形貌图 f i g 2 1t h ea p p a r e n tt o p o g r a p h yo fs l a g 根据公路工程集料试验规程( j t j0 5 8 2 0 0 0 ) 1 2 3 1 对云南安宁地区的钢渣进 行物理性质测试和筛分，试验结果见下表2 1 和表2 2 。 表2 1 钢渣的物理性质 t a b 2 1p h y s i c a lp r o p e r t i e so fs t e e ls l a g 集料名称 表观密度( g e m 3 ) 吸水率( ) 压碎值( ) 5 3 1 5 m m3 1 3 l6 9 6 | 6 5 花岗岩 中性石料5 2 6 5辉绿岩 碱性石料 9 8 3 5 - - 4 5 之9 8 3 4 9 8 2 5 ，3 5 由表3 5 、图3 2 和表3 6 比较分析可得以下几点规律： 1 ) 水泥剂量为3 ，各种碎石掺量下的试件无侧限强度均达不到规范下重、 中和特重交通下的要求； 2 ) 水泥剂量为4 ，碎石掺量为4 0 一6 0 能满足规范下特种交通的要求； 但都达不到较为理想的状态； 3 ) 水泥剂量为5 ，各种碎石掺量下的试件无侧限强度均能满足规范下特重 交通下的要求； 4 ) 在同一水泥剂量下，碎石掺量为4 0 时，混合料的无侧限强度达到最大 值，随后出现下降，即可得出碎石掺量为4 0 时，无侧限抗压强度效果最好； 5 ) 从经济性角度考虑，优选碎石掺量为4 0 和2 0 做进一步的路用性研究。 3 4 本章小结 通过对水泥稳定钢渣基层材料的早期强度进行分析得出主要结论如下： 在水泥剂量为3 、4 和5 ，水泥稳定钢渣早期强度过低，不能直接用于 修筑路面基层； 采用碎石掺入法，按照一定比例掺入碎石用以提高水泥稳定钢渣的早期强 度，并以7 d 无侧限抗压强度为参考指标，得出碎石的最佳掺量为4 0 ； 2 0 第三章掺钢渣水稳碎石的组成研究 从经济性角度分析，宜采用碎石掺入量为4 0 和2 0 做进一步的路用性能 分析。 第四章钢渣水稳碎石的力学特性研究2 l 第四章水泥稳定钢渣碎石混合料的力学特性研究 基于钢渣筑路技术不够成熟，本章建议根据钢渣产地的实际情况可以直接使 用钢渣铺筑低等级道路的基层，仅能够合理利用地产材料来降低工程造价，同时 提高了钢渣的利用率。因此，本章分析了碎石掺量为4 0