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钢渣沥青混合料室内及现场

试验分析

王春银，张晓宇

（1.陕西省交通规划设计研究院，陕西西安；呼和浩特；2.内蒙古自治区交通建设工程质量监督局，内蒙古3.内蒙古自治区道路结构与材料重点实验室）

摘要：钢渣如果不能得到有效利用，就会破坏生态环境，研究钢渣在高速公路中的应用就显得尤为迫切。由于钢渣具有很好的物理性能，可以作为沥青混合料的原材使用，研究钢渣沥青混合料的高温性能、水稳定性以及使用性能，对其推广使用具有重要意义。文章通过室内试验和现场加速加载试验，验证钢渣沥青混合料的高温稳定性、水损坏能力。研究表明：钢渣沥青混合料的室内试验数据、使用性能优于普通沥青混合料，钢渣沥青混合料的使用，可用于建设环保型公路，资源节约型公路。关键词：公路；马歇尔稳定度；水损坏；车辆荷载；加速加载

1引言炼钢企业的废钢渣生产量巨大，对其进行研究利用，可大大减少对环境的污染，增加对高速公路建设集料的供应。钢渣作为建筑材料、环保材料已经开始大规模的应用。国内高速公路建设对于钢渣的使用目前仅限于路基填筑、基坑的填筑及基层的使用，对于钢渣沥青混合料仅限于室内试验，对于长期使用性能研究几乎是空白。因此，研究钢渣沥青混合料对于填补我国技术空白，以及缓解公路建设的原材料短缺具有积极意义。本文通过与普通沥青混合料进行对比研究，通过室内、模拟现场试验数据，分析钢渣沥青混合料的高温稳定性、水损坏性能，研究分析钢渣沥青混合料的优劣，从而在理论上推广使用钢渣沥青混合料。

2原材料

沥青采用新加坡SPC基质70#，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-），试验指标如表1所示。

矿渣采用内蒙古某钢厂产矿渣，碎石采用陕西柞水永丰料场产石灰岩，石灰岩、钢渣的原材料的试验依据《公路工程集料试验规程》（JTGE42-），具体指标见表2。

表2的试验数据表明了矿渣在压碎值、粘附性等方面均优于石灰岩。本文研究的沥青混合料级配为AC-16，骨架密实型结构，集料级配、以及沥青混合料各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-）要求。

3钢渣沥青混合料室内试验研究3.1高温性能试验沥青混合料高温性能是指在车辆荷载累积作用下不发生永久变形，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-）和《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-），分别采用马歇尔稳定度、动稳定度和单轴贯入强度表征沥青混合料的高温性能，通过室内成型标准试件，试验结果见表3。

通过室内试验数据分析得知，在保证沥青、级配以及相同试验方法的情况下，钢渣沥青混合料具有较好的高温性能。由于钢渣颗粒形状均匀，接近立方体能够形成稳定性较高的骨架密实结构，相互嵌挤稳定性高，且钢渣与沥青具有很好的粘附性，通过试验粘附性为5级，试验数据表明，使用钢渣的沥青混合料高温稳定性有很大的提升。尤其是单轴贯入强度这个新指标，钢渣沥青混合料高温稳定性明显优于普通沥青混合料。3.2水稳定性试验沥青混合料的水稳定性，对于路面使用寿命具有重要作用。如果发生早期的水损坏，沥青路面就会发生脱落，离散等现象，进而影响基层的寿命。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-)分别对其进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果见表4。

由于钢渣与70#沥青具有很好的粘附性，且钢渣颗粒具有均匀性，形成很好的稳定结构，形成了较好的结构沥青，因此大大减小了发生水损坏的几率。4钢渣沥青混合料现场试验检测钢渣沥青混合料在室内试验中，具有较好的高温抗车辙、抗水损坏能力，只能说明在室内的试验数据满足规范要求。为了模拟钢渣沥青混合料通过车辆荷载的作用，验证早期破坏的能力，通过加速加载试验设备对铺筑的路面结构进行试验。根据陕西高速公路路面结构的特点，以及加速加载试验的要求，拟定路面结构见表5。

加速加载采用南非设计制造的MMLS1/3小型加速加载设备，其具有体积小、移动方便、加载速度较快等特点，能够在短时间内验证路面结构的优劣，为了验证钢渣沥青混合料的高温抗车辙以及水损坏能力，试验方案如下：

方案1：温度为50℃，胎压为0.7MPa，加载次数为次、次、次、次，检测不同加载次数下两种路面结构的永久变形。方案2：温度为20℃，胎压为0.7MPa，路面为湿润状态，加载次数为次、次，观测路面的水损坏状态。路面结构的永久变形采用2m直尺与游标深度尺（mm，0.02mm）进行检测，检测结构见表6。

试验结果表明，钢渣沥青混合料具有很好的高温性能，且在加载次数为次时，两种路面结构的永久变形趋于稳定。在加载次～次时，沥青混合料面层处于压密阶段，永久变形增长较快。在加载到次～次数时，永久变形增长速度较小，说明增长的的速度已经平稳，发生的永久变形已经是结构变形。水损坏使用钢直尺进行测量（20cm，1mm），通过观测两种路面结构在不同加载次数下的水损坏状况，用破损面积（cm2）表示，试验结果见表7。

由表7得知，路面结构2的水稳定性优于路面结构1，且破损面积较小，而且随着加载次数增加，水损坏面积增长较慢。试验中两种路面结构的加载次数较少，均未发生疲劳破坏。通过加速加载试验，模拟了不同条件下，钢渣沥青混合料路面的路用性能，其高温稳定性、水损坏能力均优于普通沥青混合料。在试验场铺筑完成后，对两种路面结构的平整度、渗水系数、抗滑系数等指标进行检测，检测指标也同样优于普通沥青混合料。5结语本文通过钢渣沥青混合料进行室内马歇尔稳定度试验、单轴贯入试验、浸水马歇尔试验以及现场加速加载试验，试验数据表明钢渣沥青混合料较普通沥青混合料具有优良的抗高温性能、水损坏性能。且钢渣沥青混合料在拌合过程中不易发生离析，易于压实。平整度、渗水系数等检测指标均较高。

由于受到仪器设备等方面限值，文中未开展其他方面的研究，建议结合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-），对钢渣半刚性基层模量、钢渣沥青混合料模量进行研究，这对于路面结构厚度优化具有积极的意义。

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