水泥粉煤灰稳定钢渣的路用性能试验研究

李 铮

（邢台市高速公路管理处， 河北 邢台 054000）

0 引言

近年来我国经济持续快速发展，公路与房地产等建筑行业的投资额度持续增加，建筑业的蓬勃发展需要大量的原材料，尤其是钢材。这在带动我国钢铁工业发展的同时，也带来了许多负面影响。比如作为炼钢厂废弃物的钢渣大量堆积，不仅占用土地，带来安全隐患，也会污染环境[1]。如果能够将钢渣综合利用，使之形成足够的强度与稳定性，满足《公路沥青路面设计规范》[2]对建筑材料的要求，既可以促进钢渣的资源化利用，又有利于环境保护。

水泥是一种常用的胶凝材料，粉煤灰是一种工业废渣，粉煤灰在建筑材料中的应用比较广泛，各种粉煤灰材料在道路建筑材料中的应用及其性能已经有了比较充分的理论与实践经验[3，4]。本文将通过试验，研究水泥粉煤灰综合稳定钢渣的强度、刚度等路用性能指标及其规律，探讨其作为道路建筑材料的可行性。

1 原材料性质

1.1 水泥

试验中采用42.5＃普通硅酸盐水泥，其技术指标见表1。

表1 水泥的主要技术指标

1.2 粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂的一种工业废渣。试验采用的粉煤灰，各项指标符合《公路路面基层施工技术规范》[5]的相关要求，主要成份如表2所示。

表2 粉煤灰的主要成份

1.3 钢渣

本试验用的钢渣粒径控制在5.0mm以内，钢渣主要成份详见表3。

表3 钢渣的主要化学成份

从表3可以看出，钢渣的主要成份中，CaO占有较大的比重，钢渣中的CaO在水泥和粉煤灰的催化下，能够发生火山灰反应等化学反应，使水泥粉煤灰稳定钢渣混合料产生可用于道路等工程建设的足够强度和稳定性。

2 水泥粉煤灰稳定钢渣的标准击实试验

标准击实试验是确定无机结合料稳定材料最大干密度和最佳含水量的标准试验方法。本文在前期正交试验的基础上，根据《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）的相关方法[6]，确定了几种典型水泥粉煤灰稳定钢渣不同配合比时的最大干密度及最佳含水量，结果如表4所示。

表4 石灰粉煤灰稳定钢渣土的标准击实试验结果

因为钢渣的密度远大于粉煤灰的密度，所以随着钢渣掺入量的增大，混合料的最大干密度会增大，最佳含水量略有降低。

3 水泥粉煤灰稳定钢渣的抗压强度

根据《公路无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51—2009）[7]，制备不同配比的水泥粉煤灰稳定钢渣混合料试验试件，测得其不同养生龄期的抗压强度，如表5所示。

表5 水泥粉煤灰稳定钢渣的无侧限抗压强度

从表5可以看出，水泥粉煤灰稳定钢渣的抗压强度随着水泥剂量的增大而提高，同时，不同的配合比对于混合料的强度影响显著，试验范围内H3、H6两组配合比的混合料强度最大，即粉煤灰与钢渣的比例接近1∶1时最佳。

类似于其它半刚性材料，水泥粉煤灰稳定钢渣的抗压强度会随着龄期的增大而提高。

同时，试验范围内，各种配合比的水泥粉煤灰稳定钢渣的7d无侧限抗压强度值均大于1.5MPa，根据《公路沥青路面设计规范》[2]对水泥稳定类基层、底基层材料的强度要求，本文中提及的配合比下的水泥粉煤灰混合料均可作为轻交通沥青路面的底基层材料。水泥含量在5%时的混合料7d抗压强度均大于2.5MPa，可以作为轻交通沥青路面的基层材料以及特重、重和中交通沥青路面的底基层材料。H5、H6两种配比的水泥粉煤灰稳定钢渣的7d抗压强度仅大于3.0MPa，可以作为重、中交通沥青路面的基层材料。

4 水泥粉煤灰稳定钢渣的劈裂强度

劈裂强度表征道路建筑材料的抗拉强度，俗称间接抗拉强度，90d龄期水泥粉煤灰稳定钢渣的劈裂强度如表6所示。

表6 水泥粉煤灰稳定钢渣的劈裂强度

从表6可以看出，水泥粉煤灰稳定钢渣的劈裂强度值较高，与水泥稳定碎石相当。

5 水泥粉煤灰稳定钢渣的水稳定性

水稳定性是道路基层材料应该具备的一项重要技术指标，一般用干湿循环后试件的残余强度与其28d龄期的抗压强度比较，以两者的比值来体现材料的水稳定性，并通过系统试验，得出不同配合比时的水泥粉煤灰稳定钢渣的水稳定系数，如表7所示。

表7 水泥粉煤灰稳定钢渣的水稳定性

试验结果表明，水泥粉煤灰稳定钢渣的水稳定系数均在0.85以上，表明水泥粉煤灰稳定钢渣具有较好的水稳定性。

6 结论

本文通过系统的试验研究得出如下结论：

a）水泥粉煤灰稳定钢渣具有较高的抗压强度和劈裂强度，并且抗压强度随龄期而提高；

b）水泥粉煤灰稳定钢渣具有良好的水稳定性；

c）试验范围内各种配比的水泥粉煤灰稳定钢渣的7d无侧限抗压强度值均大于1.5MPa，可以作为轻交通沥青路面的基层材料及各级公路的底基层材料，H5、H6两种配比的水泥粉煤灰稳定钢渣的7d抗压强度仅大于3.0MPa，可以作为重、中交通沥青路面的基层材料。

[1]黎宁.钢渣混凝土的制造[J].混凝土与水泥制品，2005， （2）： 37-40.

[2]JTG D50—2006，公路沥青路面设计规范[S].

[3]孙吉书，等.石灰粉煤灰稳定铁尾矿碎石的路用性能研究[J].武汉理工大学学报，2012，34（3）：59-62.

[4]孙吉书，窦远明，杨春风.粉煤灰混合料作加筋土挡墙填料的性能研究[J].路基工程，2009，（4）：86-87.

[5]JTJ 034—2000，公路沥青路面基层施工技术规范[S].

[6]JTG E40—2007，公路土工试验规程[S].

[7]JTG E51—2009，公路无机结合料稳定材料试验规程[S].