水穩(wěn)路面底基層鋼渣材料性能評價(jià)
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摘要：該文采用鋼渣砂為細(xì)集料，5～16mm與16～31.5mm的鋼渣為粗集料，分別對強(qiáng)度為2.5MPa底基層與強(qiáng)度為3.5MPa的基層兩種配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過擊實(shí)試驗(yàn)分別確定了最佳含水率和最大干密度。同時(shí)，對重慶市沙坪壩區(qū)西部現(xiàn)代物流園倉儲加工片區(qū)橫二路進(jìn)行了路面基層與底基層試驗(yàn)路的鋪筑，并檢測了試驗(yàn)路的回彈彎沉、壓實(shí)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)果表明，通過水泥穩(wěn)定鋼渣所鋪筑的路面基層與底基層的整體路用性能良好。
關(guān)鍵詞：鋼渣；水泥穩(wěn)定鋼渣；基層；底基層
引言
鋼渣是鋼鐵工業(yè)利用率最差的固體廢物之一，它的排放量約為粗鋼摻量的15%～20%[1]。中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)中，我國每年固體工業(yè)廢鋼渣的排放量約為5000萬噸。但多年來我國鋼渣的綜合利用卻僅為10%[2]，相比英國、法國的60%和日本的50%[3]，中國對鋼渣的利用率非常低。截止2019年底，我國公路總里程為501.25萬km，但在公路建設(shè)中，多采用半剛性基層材料。為了保護(hù)環(huán)境，我國多地已經(jīng)禁止開采石料，導(dǎo)致石料嚴(yán)重匱乏[4]。而鋼渣在耐磨性能、強(qiáng)度、抗凍融性能方面均優(yōu)于普通的花崗巖等碎石料[5]。同時(shí)，水泥穩(wěn)定鋼渣碎石干縮應(yīng)變較小，不會產(chǎn)生較大的溫度收縮應(yīng)變，用鋼渣代替基層碎石，有利于改善半剛性基層材料的干縮和溫縮特性[6]。因此，將鋼渣用于道路基層具有十分重要的研究意義。基于此，本文首先對鋼渣砂、5～16mm與16～31.5mm的鋼渣進(jìn)行了檢測，然后進(jìn)行了基層和底基層配合比的設(shè)計(jì)。為了確定這兩種配合比的最佳含水率和最大干密度，進(jìn)行了擊實(shí)試驗(yàn)。為了驗(yàn)證水穩(wěn)鋼渣路面基層、底基層的路用性能，將其應(yīng)用于重慶市沙坪壩區(qū)西部現(xiàn)代物流園倉儲加工片區(qū)橫二路K0+500～K0+700段。完工后，對其回彈彎沉、壓實(shí)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了檢測。
1原料檢驗(yàn)
水穩(wěn)鋼渣基層混合料主要包括水泥、粗集料、細(xì)集料。其中粗集料選用粒徑為5～16mm和16～31.5mm的鋼渣，細(xì)集料選用粒徑0～5mm的鋼渣砂。這些材料需要滿足一定的要求才能使用。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42—2005）及《鋼渣混合料路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（YB/T4184—2009），其各項(xiàng)材料檢測結(jié)果及要求分析如下。
1.1結(jié)合料
水泥結(jié)合料要求采用初凝時(shí)間4h以上和終凝時(shí)間6h以上的32.5級水泥，不應(yīng)使用快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥，水泥劑量（以水泥質(zhì)量占全部粗細(xì)集料的干質(zhì)量的百分率表示，即水泥劑量=水泥質(zhì)量/集料質(zhì)量）范圍為3%～5.5%。本文試驗(yàn)路水泥采用P.C32.5R型水泥。
1.2細(xì)集料
細(xì)集料采用粒徑0～5mm的鋼渣砂，對其金屬鐵含量、壓碎值、顆粒級配進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1、表2所示。
1.3粗集
料粗集料采用粒徑5～16mm和16～31.5mm的鋼渣，其金屬鐵含量、浸水膨脹率、壓碎值指標(biāo)、顆粒級配見表3—表5。
2配合比研究
本文將水泥穩(wěn)定鋼渣混合料應(yīng)用于路面的基層和底基層，其中底基層的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為2.5MPa，基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3.5MPa。對混合料進(jìn)行相應(yīng)的配合比設(shè)計(jì)，并按照標(biāo)準(zhǔn)試件靜壓成型。機(jī)械拌和，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6d，浸水1d。按照表6配合比得到的試件采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，測試結(jié)果如表7所示。兩種試件的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于3.5MPa，都大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。同時(shí)為了確定最大的干密度及最佳的含水量，項(xiàng)目對不同含水量的水泥穩(wěn)定鋼渣進(jìn)行了擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示，干密度隨含水量變化趨勢如圖1所示。由圖1可知，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為2.5MPa時(shí)，當(dāng)含水量為6.5%時(shí)，干密度達(dá)到最大值2.401g/cm3。設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3.5MPa時(shí)，當(dāng)含水量為6.0%時(shí)，干密度達(dá)到最大值2.456g/cm3。因此，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為2.5MPa時(shí)，采用6.5%的含水率；設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3.5MPa時(shí)，采用6.0%的含水率。
3性能檢測與評價(jià)
利用水泥穩(wěn)定鋼渣混凝土對倉儲加工片區(qū)橫二路K0+500～K0+700段路面基層進(jìn)行試驗(yàn)路鋪筑，并嚴(yán)格按照試驗(yàn)段施工試鋪方案及相關(guān)規(guī)范要求，底基層和基層采取兩層攤鋪一次成型的施工工藝。同時(shí)，在底基層鋪筑檢測合格且水穩(wěn)料初凝前，暫時(shí)停止底基層鋪筑，立即在新鋪底基層上鋪筑基層。對現(xiàn)場試驗(yàn)段鋼渣水穩(wěn)層壓實(shí)度、彎沉值、7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等進(jìn)行檢測。
3.1回彈彎沉檢測
對K0+500～K0+700左右幅第一、第二車道的彎沉值進(jìn)行檢測。采用5.4m貝克曼梁對道路每20m一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測，檢測值如圖2所示。如圖2所示，整個(gè)試驗(yàn)路的彎沉值都遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)彎沉32mm，滿足設(shè)計(jì)要求。因此，水泥穩(wěn)定鋼渣鋪筑的基層與底基層具有良好的抗變形能力，彈性應(yīng)變較好。
3.2無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測
通過對現(xiàn)場試驗(yàn)道路K0+600～K0+700左幅水泥穩(wěn)定鋼渣基層和底基層進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)最佳含水量和最大干密度分別制備準(zhǔn)150mm×150mm試件各13個(gè)，養(yǎng)生7d后對試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測，檢測結(jié)果如表9所示。根據(jù)使用質(zhì)量設(shè)計(jì)要求，檢測值的均值應(yīng)大95%保證率值，其中底基層為2.8MPa，基層為3.9MPa。因此，在試驗(yàn)路上鉆芯取樣的基層、底基層的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都滿足要求。說明水泥穩(wěn)定鋼渣具有良好的抗壓強(qiáng)度，可滿足設(shè)計(jì)要求。
3.3壓實(shí)度檢測
水泥穩(wěn)定鋼渣集料試驗(yàn)段基層與底基層的壓實(shí)度測試結(jié)果見表10。壓實(shí)分初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)步驟進(jìn)行。初壓采用20t振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍，然后弱振1遍，再強(qiáng)振碾壓1遍；復(fù)壓采用20t震動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍；終壓采用振動(dòng)壓路機(jī)靜壓一遍，收光輪跡。經(jīng)檢測，基層試驗(yàn)段壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求。
4結(jié)語
（1）水泥穩(wěn)定鋼渣基層與底基層鋪筑的試驗(yàn)路的彎沉值小于設(shè)計(jì)彎沉32mm，因此，具有良好的抗變形能力，抗彈性應(yīng)變較好。（2）水泥穩(wěn)定鋼渣基層與底基層現(xiàn)場鉆芯取樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)彎沉2.5MPa和3.5MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。（3）鋼渣集料堅(jiān)硬、抗磨耗，其制備的水泥穩(wěn)定鋼渣基層與底基層試驗(yàn)段具有良好的性能。
參考文獻(xiàn)：
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作者：汪勇余英杰單位：重慶市設(shè)計(jì)院有限公司