鋼渣在城市道路建設過程中的實踐

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新疆交通建設集團股份有限公司3新疆互利佳源環保科技有限公司）

摘要：鋼渣是一種優質的路橋建設材料，在道路建設工藝中，鋼渣的穩定性是首要解決的難題，新疆地區降水量偏少，鋼渣陳化消解f-CaO的效果不穩定，本文介紹了在烏魯木齊市頭屯河區三供一業改造過程中全鋼渣快速鋪筑城市道路的工藝實踐。

關鍵詞：鋼渣；粒度；堿度；穩定性；全鋼渣道路結構層

1  前言

  鋼渣修路技術已有70余年的歷史，關于鋼渣修路的技術文獻逾千篇、出臺的標準有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。

  鋼渣的應用是公路領域，該領域的技術人員對于鋼渣的穩定性存在較多的擔心，消除擔心的方法是鋼渣的穩定性檢驗，按照GB/T24175-2009《鋼渣穩定性試驗方法》檢驗鋼渣的穩定性，費用較高，單項每次超過1.5萬元。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，所以取樣測試的結果不具有普遍性。為了消除鋼渣在道路建設過程中的不穩定性因素，我們針對鋼渣的粒度、堿度與穩定性之間的關系做了全面的分析，提出了利用調整鋼渣細集料的比例，消除鋼渣不穩定性的方法，在烏魯木齊市頭屯河區三供一業的改造過程中應用，采用全鋼渣鋪筑城市道路15km以上，使用鋼渣30余萬噸，縮短了施工工期，并且道路實現了鋪筑后即開放交通，為城市道路建設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的產生和特點

文獻指出^[1]，鋼渣中f-CaO的來源主要有以下的幾個方面：

(1) 由于煉鋼出渣時間縮短，投入的石灰過量，使石灰被已經飽和的鋼渣所包裹。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構致密石灰。水化速度十分緩慢。

(2) 石灰的溶解度已經飽和，石灰顆粒已不能與酸性氧化物結合成礦物。一般呈細小顆粒分散在鋼渣內部，常固熔一部分氧化鐵(FeO)。細小的CaO固熔了氧化鐵(FeO)后具有很強的不穩定性。然而結構致密，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，會造成鋼渣不穩定性。

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

圖1：鋼渣中f-CaO的來源與特點

根據以上的論述，結合我們的檢測試驗，得出以下的結論：

1. 鋼渣中游離氧化鈣的分布有6種，每種分布都可以通過控制鋼渣的粒度實現游離氧化鈣顆粒與鋼渣其它礦物相在物理狀態下獨立，能夠在水穩料拌和生產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處理熱悶渣，然后進行磁選含鐵物料，發現鋼渣粒度、堿度和穩定性的關系如下：

1) 鋼渣的堿度大于2.5（CaO/SiO₂+P₂O₅），鋼渣的粒度分布細集料（粒度低于2.36mm）部分占比超過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，鋼渣的穩定性與集料的粒度之間沒有明顯的線性關系；

3) 鋼渣經過棒磨機處理后磁選的尾渣，粗集料部分，大多數為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到安全的要求，與我們的試驗分析吻合。

3  八鋼鋼渣的性能分析和工藝實踐

3.1 八鋼的鋼渣性能分析

八鋼的鋼渣我們取樣做的試驗分析見下表1～3：

表1 鋼渣篩分表

通過表1篩分表數據可知，鋼渣級配較好，粗細料比較均勻，細集料占比超過30%。

表2 鋼渣壓碎值

道路建設中的水穩層，是以級配碎石作骨料，采用一定數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。其壓實度接近于密實度，強度主要靠碎石間的嵌擠鎖結原理，同時有足夠的灰漿體積來填充骨料的空隙。根據這一原理，我們認為，全鋼渣鋪筑城市道路的基層、水穩層，是最為經濟和科學的工藝方法。

3.2 全鋼渣道路結構層的實踐

  2018年，烏魯木齊市頭屯河區開始供水、供電燃氣供應和供暖改造，頭屯河區的主要的能源介質管線均在城市道路下方鋪設。

  工程建設開始，道路開挖，將原有的道路挖開，倒運走挖方后，開始管線的施工與鋪設，對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在高速道路的鋼渣施工方法，實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層的工藝，并且在回填結束后就開放道路，待自然養護后擇機鋪筑瀝青混凝土面層，開放后的道路天無側限抗壓強度超過了6.1 MPa，施工現場的照片見下圖：

圖2：城市道路鋼渣回填替代基層和水穩層的施工現場

鋪筑水穩層后，鋪筑了瀝青混凝土面層，鋪筑后的現場照片見下圖3：

圖3：道路鋪裝瀝青混凝土后的實體照片

  整個工程使用鋼渣混合料30余萬噸，鋪筑道路15km，節約施工工期近1個月，節約鋼渣堆存成本1000萬元以上，并且鋪筑的全鋼渣道路在使用3年后，道路無干縮裂紋、平整度好、臨近綠化帶區域無沉陷、各種路害同比條件下大幅度降低。

4  結論

  通過控制鋼渣的粒度，能夠有效的解決鋼渣的不穩定性，能夠使之成為道路建設過程中的優異材料。

  烏魯木齊市三供一業改造使用全鋼渣回填替代傳統的基礎+水穩層的工藝方法，能夠節約城市道路建設的時間，簡化施工工藝，對于鋼渣的資源化利用具有積極的示范性作用。

 參考文獻

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