水泥稳定钢渣级配碎石在道路基层中的应用

陈思芃

（重庆交通大学，重庆400067）

1 概述

近年来，新建道路及改扩建公路工程对道路材料的性能要求日渐提升，同时也更加注重钢渣等材料在道路基层中的应用。相关技术从20 世纪70 年代起在西方国家中已经开始，有诸多将钢渣作为道路材料综合利用的案例，日本在1987 年高炉渣接近100%利用，德国在1994 年钢渣利用率就超过了94%，美国钢渣利用率也达到79%[1]。我国如今也在逐步提升钢渣材料的利用率，国内相关学者的应用研究也积累了一定成果。2000 年，方卫民等将钢渣用于京沪高速铁路徐沪段的不良地基处理，提高了路基土的强度[2]。2017 邢琳琳等人通过XRF 等微观测试手段研究了钢渣的形貌、化学成分及矿物组成。测定了钢渣粗骨料压蒸粉化率及不同龄期下钢渣混凝土试件的抗压强度[3]。

2 级配及水泥掺量设计

本文采用钢渣为陈化5 个月所得，钢渣与碎石比例为60：40[4]。设计了粗粒径的骨料相对较多的级配JP1，其标准筛分实验（孔径0.075～26.5mm）通过率由高到低分别为100%、82.5%、74.0%、66.1%、54.5%、40.0%、29.0%、20.0%、14.0%、9.5%、6.5%、3.0%，水泥掺量为4.5%。再对所设计级配的试件参照《公路工程无机结合料稳定材料实验规程》（JTG E51-2009），进行了7d 无侧限抗压强度实验。

实验结果表明，所得的强度R=5.64MPa、Rd=4.06MPa、Cv=17.0%，满足相关性能指标要求。

3 路用性能研究

在前文实验结果的基础上，对4.5%水泥掺量、60%钢渣掺量的水泥稳定级配碎石无机结合料进行了不同龄期的相关力学性能试验，以期通过更详细的力学参数，验证这一级配的钢渣级配碎石在道路基层的可用性。

3.1 无侧限抗压强度

不同龄期试件的抗压强度实验结果见表1。

表1 无侧限抗压强度实验结果

实验结果表明：龄期与抗压强度是正相关的关系，而从增长速度看，0～28d 区间是强度增长最明显的，在28d 龄期后这一指标的增长趋于平稳。

3.2 劈裂强度及抗压回弹模量

不同龄期试件的劈裂强度及抗压回弹模量实验的结果见表2。

表2 劈裂强度及抗压回弹模量实验结果

实验结果表明：龄期与劈裂强度及抗压回弹模量的数值均成正相关，在增速方面与抗压强度增长趋势类似，28d 龄期试件回弹模量已达1615MPa，与普通水泥稳定级配碎石相比也属于较优值。上述路用性能实验中采用的均为陈化5 个月的钢渣，没有出现因钢渣陈化时间较短、体积安定性稍差所造成混合料劈裂强度降低现象。

4 结论与建议

4.1 按照JP1 的级配设计及4.5%的水泥掺量是较为经济合理的方案，这是由于钢渣掺量固定为60%时，粗骨料含量的增加会更有利于嵌挤骨架密实型结构的形成，同时也具备了满足路用性能的抗压强度指标。

4.2 不同龄期的JP1 级配相关实验表明，水泥稳定钢渣级配碎石的无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量的数值均可满足其在道路基层中的运用。

4.3 本文中实验采用的是陈化5 个月的钢渣，陈化时间对其路用性能的影响还有待考究。

4.4 可以进一步对比掺钢渣和未掺钢渣的水泥稳定级配碎石干缩性能的不同，探究龄期对失水率及干缩应变的影响。