早在年的美国芝加哥“第二届矿物废料利用”国际大会上已经提出,钢渣相比高炉渣有特殊的优点,因其很高的耐磨性,可作为路面抗滑面层。
日本于年修订了《沥青路面铺路纲要》,为钢渣在道路工程中的应用提供了技术保障。
德国在年便已经将钢渣总量的97%用于重交通道路路基与路面的建设。
美国印第安纳州在年和年将钢渣应用于沥青混凝土,年检查路面状况时发现,部分路段路面产生多边形且连续延伸的裂缝,而且,基层未出现破坏现象,裂缝附近发现灰白色氧化钙。而这些路段并未出现松散、车辙或推挤等现象,经过8年才需要进行维护。
年在加拿大多伦多的号快速道路曾经铺筑一段钢渣路面试验道路,4年的研究期间,钢渣沥青路面抗滑性能较其他路段更佳。
日本在~年曾于福山市、爱知县等热带地区铺筑钢渣沥青路面抵抗车辙;~年,在札幌市、北海道等地区运用钢渣的特性降低轮胎对沥青路面的磨损。
英国交通运输研究实验室(TRRL)的研究报告表明,钢渣的磨光值一般在60BPN以上,可将其作为耐磨抗滑路面用集料,并且钢渣沥青混合料的抗滑性能要比普通玄武岩沥青混合料衰减得慢。
Stock将钢渣应用于碎石封层,发现其抗滑性能要比普通集料碎石封层的性能更佳。
Motz对德国铺筑的25条钢渣沥青混凝土路面进行了长期抗滑性能检测,检测结果表明:掺有钢渣的沥青混凝土路面在经历重载交通后依然能保持较高的抗滑能力。
国内钢渣应用情况武钢与武汉理工大学率先在武钢环厂西路、武黄大修工程豹澥段和仙桃汉江公路大桥桥面铺设了钢渣沥青路面,谢君等结合这3条钢渣沥青路面的长期检测结果,验证了钢渣沥青混合料在道路面层的应用效果。在经历约10年的重载交通后,3条钢渣沥青路面均表现出优异的路用性能,其抗滑性能以及耐久性能等指标均优于普通沥青路面。
李旺等结合北京市科委“钢渣骨料在沥青混凝土路面的应用研究”和北京市交委“钢渣骨料在沥青混凝土路面的应用研究”的研究成果,验证了钢渣在抗滑面层中应用的可行性。结合北京市的道路实体工程,在北京海淀路和门头沟的南雁路铺筑了2条钢渣沥青混合料试验路,并对试验路进行了连续3年的观测和检测。从检测结果来看:在使用初期,钢渣沥青混合料的摩擦系数与对比路段(石灰岩沥青混合料)基本相当,但在长期使用过程中,其摩擦系数衰减程度明显小于对比路段,表明钢渣沥青混合料具备良好的抗滑性。
国内也开展了钢渣作为路面材料的标准化工作,特别是在年,许多研究单位、企业参照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—)中的技术指标,参与制定了《耐磨沥青路面用钢渣》(GB/T—)、《透水沥青路面用钢渣》(GB/T—)等国家标准,为钢渣在沥青路面面层的推广应用提供技术规范。
钢渣应用存在哪些问题?配合比设计的合理性问题
钢渣集料含有大量的微孔结构,对沥青的吸附并非瞬时完成,而是随时间发生变化,这也将导致理论最大相对密度及相应的体积参数发生改变,进而影响到沥青混合料的耐久性能。各级粒径集料的有效相对密度由沥青浸渍法直接测量得到,然后计算出任意配比矿料混合料的合成有效相对密度,进而计算出钢渣沥青混合料的理论最大相对密度。
对热拌沥青混合料,材料的级配都是按照质量配合的,当集料之间比重相差不大时,以质量比计算较为简便且实用;而当集料之间比重相差较大时,以体积比计算较为合理。
当钢渣与天然集料两者之间比重差异大于0.20g?cm-3时,须在钢渣沥青混合料级配设计时,以体积法进行修正,以调整各类集料的组合比例,修正方式如下。
(1)先假设各级粒径集料比重相差不大,按照质量配合比设计成合成级配,各级粒径集料的质量百分比即为体积百分比。
(2)考虑各级粒径集料的实际比重,当钢渣与天然集料两者之间比重差异大于0.20g?cm-3时,集料级配应当以体积为基础进行比重修正,保证3种集料的体积百分比不变,求解各级粒径集料的实际质量比。
钢渣沥青混合料膨胀的问题
程士豪曾用ASTMC法试验得出转炉钢渣中不同粒径大小的f-CaO含量。此方法是利用甘油-乙醇溶液萃取熟料中未反应的f-CaO,萃出液以醋酸铵标准液滴定并换算熟料的f-CaO含量。研究表明,转炉钢渣中颗粒粒径越小,f-CaO含量越高。
李博探究了钢渣沥青混合料体积膨胀的改良措施,采用2种钢渣掺配方案:一种为粗细集料均使用钢渣(简称Ⅰ型),另一种为钢渣作为粗集料,天然集料作为细集料(简称Ⅱ型)。研究发现,采用II型掺配方案可有效降低钢渣沥青混合料的体积膨胀率。因此,合理的钢渣掺配方案可以有效降低钢渣沥青混合料的体积膨胀量。
合理的钢渣掺配方案能够较好地抑制钢渣遇水膨胀所带来的后期工程的安全性、耐久性问题,并显著提高其路用性能。本文将龙钢钢渣以0、20%、40%、60%、80%和%的比例等体积替代玄武岩粗骨料用于SMA-13沥青混合料,测定沥青混合料在掺加钢渣后的体积膨胀率。
试验表明,钢渣掺量越大,体积膨胀量越大,因而钢渣在沥青混合料中的掺量应加以控制,以避免沥青混合料体积膨胀率过大。通过对不同钢渣体积掺量下沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、体积稳定性等路用性能进行试验研究,得出:钢渣沥青混合料的高温稳定性在钢渣体积掺量为20%时最佳,低温抗裂性随着钢渣体积掺量的增加而逐渐降低,水稳定性在钢渣体积掺量为20%或40%时最好。
采用室内加速磨耗仪对钢渣体积掺量在0、20%、40%和60%下的SMA-13混合料抗滑性能衰减规律进行了研究,得出:钢渣沥青混合料的长期抗滑性能随着钢渣体积掺量的增加有不同幅度的提高,但钢渣体积掺量为60%的沥青混合料相对于掺量为40%的沥青混合料的长期抗滑性能提高不明显。综合钢渣沥青混合料其他路用性能,优选出钢渣的最佳掺量为40%。
结语(1)室内试验研究经验及已有相关研究成果证明,钢渣集料颗粒形状好,具备耐磨性,与沥青粘附性良好,钢渣沥青混合料抗滑性能以及耐久性能等指标优于普通沥青混合料。
(2)在钢渣沥青混合料配合比设计中,应采用沥青浸渍法确定钢渣沥青混合料的体积参数。
(3)在钢渣沥青混合料级配设计中,应采用以体积为基础的比重修正方式,消除钢渣与天然集料两者之间比重差异大对级配设计结果的影响。
(4)将钢渣作为粗集料掺入沥青混合料后有一定程度的体积膨胀,并且掺量越高体积膨胀量越大,而钢渣在沥青混合料中的掺量应综合各项路用性能试验结果加以确定。
注:全文见《筑路机械与施工机械化》年7期特稿栏目,作者为武建民、杨永利、周雄。
筑路机械与施工机械化
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