钢渣在SMA-13玄武岩纤维沥青混凝土中的应用研究

徐海钦，杨 超，庞 凌，王亚飞，张登峰

(1.武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070；2.武汉理工大学硅酸盐国家重点实验室，武汉 430070；3.武汉工大土木工程检测有限公司，武汉 430070)

钢渣是炼钢过程中产生的副产物，目前的利用率不足30%。钢渣固体废弃物的堆积侵占土地、污染环境。扩大钢渣利用范围、提高其资源化利用率已成为建设美丽中国刻不容缓需要解决的问题之一[1,2]。钢渣集料棱角丰富、抗滑耐磨性好、与沥青粘附力强，不少研究成果表明，利用钢渣粗集料取代天然集料用于制备沥青混凝土，不仅能减少钢渣固体废弃物对环境的污染，降低开山取石对生态环境的破坏，还有利于缓解天然集料资源短缺的矛盾，提高沥青路面质量，具有重要的社会、经济和环境效益[3-5]。玄武岩纤维由天然玄武岩矿石经高温拉丝而成，具有植物纤维和聚合物纤维难以达到的断裂强度、弹性模量、耐高温和耐化学腐蚀性能，掺入沥青混凝土中，可将沥青结合料和集料搭接起来，发挥桥连和加强筋作用，抑制沥青混凝土内部缺陷的产生，显著提高其路用性能，延长沥青路面的使用寿命[6-8]。以玄武岩纤维作为纤维稳定剂，采用钢渣粗集料取代玄武岩集料设计制备了SMA-13沥青混合料，研究了其体积性能、水稳定性能和抗高温车辙性能，研究成果对于钢渣集料在SMA-13玄武岩纤维沥青混凝土中的推广应用具有指导意义。

1 实 验

1.1 原材料

玄武岩纤维由湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司提供，其单丝直径为16～17 μm，长度为6 mm，强度可达到1 500 MPa。沥青采用盘锦北方沥青股份有限公司生产的I-C 型SBS改性沥青。矿粉为石灰石矿粉。玄武岩和钢渣集料的技术性能如表1所示，均达到JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。

表1 玄武岩及钢渣集料技术性能

1.2 沥青混合料的配合比设计

分别设计SMA-13玄武岩沥青混合料合成级配(见图1)和SMA-13钢渣沥青混合料合成级配(见图2)。粗细集料分界线为4.75 mm，其中SMA-13钢渣沥青混合料中粗集料采用钢渣、细集料采用玄武岩，钢渣沥青混合料的级配设计采用等体积替换方法。SMA-13玄武岩沥青混合料的最佳油石比为6.0%，SMA-13钢渣粗料沥青混合料的最佳油石比为5.6%。

最佳油石比下SMA-13沥青混合料的马歇尔试验结果见表2，均达到JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。与玄武岩SMA-13沥青混合料相比，钢渣SMA-13沥青混合料的密度、空隙率和稳定度更大，而谢伦堡析漏和肯特堡飞散损失更小。这可能是由于钢渣的密度更大、骨架嵌挤结构及与沥青的粘附性更好，而油石比又较低造成的。

表2 SMA-13沥青混合料马歇尔试验结果

1.3 沥青混合料性能试验

根据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0719、T0709和T0729分别进行高温车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。

2 结果与分析

1)沥青混合料性能试验 玄武岩SMA-13沥青混合料和钢渣SMA-13沥青混合料的马歇尔稳定度试验结果如图3所示，均达到规范技术指标要求。钢渣SMA-13沥青混合料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度和残留稳定度比均大于玄武岩SMA-13沥青混合料。

2)冻融劈裂试验 玄武岩SMA-13沥青混合料和钢渣SMA-13沥青混合料的冻融劈裂试验结果如图4所示，均达到规范技术指标要求。钢渣SMA-13沥青混合料的劈裂强度、冻融劈裂强度和劈裂强度比均大于玄武岩SMA-13沥青混合料。这可能是由于钢渣的表面孔隙和粗糙度更大，能更好地形成骨架嵌挤结构，提高了SMA-13沥青混合料的马歇尔稳定度和劈裂强度。同时钢渣的碱性有利于增强钢渣与沥青的粘附性，可提高SMA-13沥青混合料的水稳定性，所以浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度残留稳定度、残留稳定度比和劈裂强度比增加。

3)车辙试验 玄武岩SMA-13沥青混合料和钢渣SMA-13沥青混合料的高温车辙试验结果如表3所示，均达到规范技术指标要求。钢渣SMA-13沥青混合料的变形位移明显低于玄武岩SMA-13沥青混合料，动稳定度则明显增大，具有更好的高温抗车辙变形能力。

表3 SMA-13沥青混合料的车辙试验结果

3 结 论

SMA-13玄武岩纤维沥青混合料的各项性能均达到规范技术指标要求。利用钢渣粗集料取代天然玄武岩集料制备的SMA-13玄武岩纤维沥青混合料，在最佳油石比下降0.4%的情况下，空隙率增大，但其马歇尔强度、水稳定性能和高温稳定性能优于玄武岩集料SMA-13沥青混合料的对应性能。