鋼渣在城市道路建設(shè)過(guò)程中的實(shí)踐

俞海明¹    陳偉²    趙旭章³   吳漢元¹    解英明³

（1新疆中合大正冶金科技有限公司2新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司3新疆互利佳源環(huán)?？萍加邢薰荆?/p>

摘要：鋼渣是一種優(yōu)質(zhì)的路橋建設(shè)材料，在道路建設(shè)工藝中，鋼渣的穩(wěn)定性是首要解決的難題，新疆地區(qū)降水量偏少，鋼渣陳化消解f-CaO的效果不穩(wěn)定，本文介紹了在烏魯木齊市頭屯河區(qū)三供一業(yè)改造過(guò)程中全鋼渣快速鋪筑城市道路的工藝實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：鋼渣；粒度；堿度；穩(wěn)定性；全鋼渣道路結(jié)構(gòu)層

1  前言

  鋼渣修路技術(shù)已有70余年的歷史，關(guān)于鋼渣修路的技術(shù)文獻(xiàn)逾千篇、出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T25824-2010《道路用鋼渣》、GB/T24765-2009《耐磨瀝青路面用鋼渣》、GB/T24766-2009《透水瀝青路面用鋼渣》等。

  鋼渣的應(yīng)用是公路領(lǐng)域，該領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)于鋼渣的穩(wěn)定性存在較多的擔(dān)心，消除擔(dān)心的方法是鋼渣的穩(wěn)定性檢驗(yàn)，按照GB/T24175-2009《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》檢驗(yàn)鋼渣的穩(wěn)定性，費(fèi)用較高，單項(xiàng)每次超過(guò)1.5萬(wàn)元。八鋼的鋼渣是熱悶渣與精煉渣、脫硫渣等鋼渣破碎磁選后整體堆存的，所以取樣測(cè)試的結(jié)果不具有普遍性。為了消除鋼渣在道路建設(shè)過(guò)程中的不穩(wěn)定性因素，我們針對(duì)鋼渣的粒度、堿度與穩(wěn)定性之間的關(guān)系做了全面的分析，提出了利用調(diào)整鋼渣細(xì)集料的比例，消除鋼渣不穩(wěn)定性的方法，在烏魯木齊市頭屯河區(qū)三供一業(yè)的改造過(guò)程中應(yīng)用，采用全鋼渣鋪筑城市道路15km以上，使用鋼渣30余萬(wàn)噸，縮短了施工工期，并且道路實(shí)現(xiàn)了鋪筑后即開放交通，為城市道路建設(shè)提供了示范性的工程，本文予以淺述，供同行參考。

2  鋼渣f-CaO的產(chǎn)生和特點(diǎn)

文獻(xiàn)指出^[1]，鋼渣中f-CaO的來(lái)源主要有以下的幾個(gè)方面：

(1) 由于煉鋼出渣時(shí)間縮短，投入的石灰過(guò)量，使石灰被已經(jīng)飽和的鋼渣所包裹。這些石灰石是原狀石灰，在與鋼渣接觸面生成死燒石灰，一般固熔有氧化鐵(FeO)。它是屬于活性極差的結(jié)構(gòu)致密石灰。水化速度十分緩慢。

(2) 石灰的溶解度已經(jīng)飽和，石灰顆粒已不能與酸性氧化物結(jié)合成礦物。一般呈細(xì)小顆粒分散在鋼渣內(nèi)部，常固熔一部分氧化鐵(FeO)。細(xì)小的CaO固熔了氧化鐵(FeO)后具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性。然而結(jié)構(gòu)致密，水化很慢。

(3)  f-CaO固熔有Fe和Mn的固溶體(CaO·Fe·MnO)，在掃描電鏡下呈圓形顆粒，這種固溶體在一定的溫度和空氣較大濕度下是可以水化的，會(huì)造成鋼渣不穩(wěn)定性。

(4) 鋼渣中C₃S在一定的高溫下分解，C₃S→C₂S+CaO產(chǎn)生的f-CaO。這部分f-CaO在濕度的情況下生產(chǎn)Ca(OH)₂，體積膨脹也會(huì)造成鋼渣的不穩(wěn)定。游離氧化鈣主要構(gòu)成見下圖1。

圖1：鋼渣中f-CaO的來(lái)源與特點(diǎn)

根據(jù)以上的論述，結(jié)合我們的檢測(cè)試驗(yàn)，得出以下的結(jié)論：

1. 鋼渣中游離氧化鈣的分布有6種，每種分布都可以通過(guò)控制鋼渣的粒度實(shí)現(xiàn)游離氧化鈣顆粒與鋼渣其它礦物相在物理狀態(tài)下獨(dú)立，能夠在水穩(wěn)料拌和生產(chǎn)中消除大部分的膨脹危害。

2. 鋼渣中的硅酸三鈣的含量低，即堿度越低，鋼渣中的游離氧化鈣含量越少。

3. 硅酸三鈣相變析出的游離氧化鈣與硅酸二鈣礦物相共生。

所以我們采用了棒磨機(jī)處理熱悶渣，然后進(jìn)行磁選含鐵物料，發(fā)現(xiàn)鋼渣粒度、堿度和穩(wěn)定性的關(guān)系如下：

1) 鋼渣的堿度大于2.5（CaO/SiO₂+P₂O₅），鋼渣的粒度分布細(xì)集料（粒度低于2.36mm）部分占比超過(guò)30%，鋼渣的整體膨脹率低于2%；

2) 鋼渣的堿度（CaO/SiO₂+P₂O₅）低于2.5，鋼渣的穩(wěn)定性與集料的粒度之間沒(méi)有明顯的線性關(guān)系；

3) 鋼渣經(jīng)過(guò)棒磨機(jī)處理后磁選的尾渣，粗集料部分，大多數(shù)為RO相和尖晶石相，其中的游離氧化鈣含量低于3%，壓蒸膨脹率低于2%

武鋼工廠回填鋼渣的實(shí)踐表明，鋼渣的粒度小于0.06mm，鋼渣的膨脹率低于2%，即鋼渣中的游離氧化鈣能夠達(dá)到安全的要求，與我們的試驗(yàn)分析吻合。

3  八鋼鋼渣的性能分析和工藝實(shí)踐

3.1 八鋼的鋼渣性能分析

八鋼的鋼渣我們?nèi)幼龅脑囼?yàn)分析見下表1～3：

表1 鋼渣篩分表

通過(guò)表1篩分表數(shù)據(jù)可知，鋼渣級(jí)配較好，粗細(xì)料比較均勻，細(xì)集料占比超過(guò)30%。

表2 鋼渣壓碎值

道路建設(shè)中的水穩(wěn)層，是以級(jí)配碎石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)。其壓實(shí)度接近于密實(shí)度，強(qiáng)度主要靠碎石間的嵌擠鎖結(jié)原理，同時(shí)有足夠的灰漿體積來(lái)填充骨料的空隙。根據(jù)這一原理，我們認(rèn)為，全鋼渣鋪筑城市道路的基層、水穩(wěn)層，是最為經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的工藝方法。

3.2 全鋼渣道路結(jié)構(gòu)層的實(shí)踐

  2018年，烏魯木齊市頭屯河區(qū)開始供水、供電燃?xì)夤?yīng)和供暖改造，頭屯河區(qū)的主要的能源介質(zhì)管線均在城市道路下方鋪設(shè)。

  工程建設(shè)開始，道路開挖，將原有的道路挖開，倒運(yùn)走挖方后，開始管線的施工與鋪設(shè)，對(duì)于居民的民生影響很大。為了盡快的完成施工，施工方參考了交建集團(tuán)在高速道路的鋼渣施工方法，實(shí)施了道路下方管線改造完成后，采用鋼渣回填替代基層和水穩(wěn)層的工藝，并且在回填結(jié)束后就開放道路，待自然養(yǎng)護(hù)后擇機(jī)鋪筑瀝青混凝土面層，開放后的道路天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度超過(guò)了6.1 MPa，施工現(xiàn)場(chǎng)的照片見下圖：

圖2：城市道路鋼渣回填替代基層和水穩(wěn)層的施工現(xiàn)場(chǎng)

鋪筑水穩(wěn)層后，鋪筑了瀝青混凝土面層，鋪筑后的現(xiàn)場(chǎng)照片見下圖3：

圖3：道路鋪裝瀝青混凝土后的實(shí)體照片

  整個(gè)工程使用鋼渣混合料30余萬(wàn)噸，鋪筑道路15km，節(jié)約施工工期近1個(gè)月，節(jié)約鋼渣堆存成本1000萬(wàn)元以上，并且鋪筑的全鋼渣道路在使用3年后，道路無(wú)干縮裂紋、平整度好、臨近綠化帶區(qū)域無(wú)沉陷、各種路害同比條件下大幅度降低。

4  結(jié)論

  通過(guò)控制鋼渣的粒度，能夠有效的解決鋼渣的不穩(wěn)定性，能夠使之成為道路建設(shè)過(guò)程中的優(yōu)異材料。

  烏魯木齊市三供一業(yè)改造使用全鋼渣回填替代傳統(tǒng)的基礎(chǔ)+水穩(wěn)層的工藝方法，能夠節(jié)約城市道路建設(shè)的時(shí)間，簡(jiǎn)化施工工藝，對(duì)于鋼渣的資源化利用具有積極的示范性作用。

 參考文獻(xiàn)

[1]  俞海明、王強(qiáng)主編，鋼渣處理與綜合利用[M]，冶金工業(yè)出版社，北京，2015年.