鋼渣玻璃纖維瀝青混凝土性能探索

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摘要：研究人員嘗試將鋼渣加入瀝青混凝土中，但這種做法面臨瀝青混凝土低溫狀態下抗裂性能下降的問題，而在其中摻雜適量的玻璃纖維，可在一定程度上予以解決。基于此，本文圍繞鋼渣玻璃纖維瀝青混凝土的性能進行分析。

關鍵詞：鋼渣；玻璃纖維；瀝青混凝土

鋼渣是煉鋼過程中產生的廢渣，其常規掩埋處理可能導致環境污染。國內外嘗試將鋼渣摻雜到瀝青路面中，發現鋼渣雖然可作為瀝青混凝土的摻雜材料，但會導致后者低溫抗裂性能下降，而在玻璃纖維加入瀝青混凝土之后，瀝青混凝土的斷裂韌性、動穩定性、水穩定性均會提升，且產生永久變形的情況有所下降[1]。

1設計瀝青混凝土配合比

1.1試驗材料

本文在鋼渣與石料的路用性能試驗中參考JTGE42-2005《公路工程集料試驗規程》。鋼渣在吸水率表現上高于規范要求（超出2%）。在對鋼渣的結構進行分析后發現，鋼渣存在較多孔隙，這導致鋼渣與混凝土混合后會吸收較多瀝青。在其他性能方面，鋼渣具有抗壓碎能力強（壓碎值17.3）、表觀密度大（3.239，超出石料16%）的特征，且針片狀含量相比石料更少，形狀更規整，因而鋼渣顆粒之間的力量傳導更均勻，而相比石灰石而言，鋼渣更容易形成骨架結構。但鋼渣同樣具有游離氧化鈣含量較高的特性，由于游離氧化鈣水解時體積會增大，導致摻雜鋼渣的瀝青混凝土遇水后更易產生路面開裂[2]。因此，如果要將鋼渣作為瀝青混凝土骨料，需要先對其游離氧化鈣含量進行鑒定，只有在游離氧化鈣含量合格的前提下才能應用。圖1為應用鋼渣骨料的瀝青混凝土樣本。本試驗的玻璃纖維采用短切無堿原絲。在性能測試后發現，該類型玻璃纖維在抗拉強度以及熔點上的表現非常理想，剛性較大，具有脆性高、吸水率低的特征。低吸水率使得玻璃纖維吸附瀝青的性能并不理想，初步推測油石比較大的情況下可能導致路面泛油的情況，但是仍需進一步驗證。圖1應用鋼渣骨料的瀝青混凝土樣本。

1.2設計礦料級配與驗證

采用的級配類型為AC-13，并在鋼渣摻雜量上加以區分，分成三種不同類型的瀝青混凝土，分別為鋼渣AC-13（粗集料與細集料均應用鋼渣）、粗鋼細石AC-13（粗集料應用鋼渣，細集料應用石灰巖）與碎石AC-13（粗集料與細集料均應用石灰巖，不摻雜鋼渣）。隨后對三種不同級配類型進行分析，結果表1所示。從結果發現，三者在通過不同規格篩孔質量的百分率上均滿足相應規范要求，鋼渣AC-13通過的百分率整體較高，但在9.5mm、4.75mm、2.36mm規格篩孔的通過質量百分率上低于其他兩者；碎石AC-13在大規格篩孔中通過質量百分率較理想，但小于0.6mm篩孔的通過質量百分率最低；粗鋼細石通過篩孔質量百分率整體上較穩定，沒有出現偏高或偏低的情況[3]。在應用馬歇爾試驗方法確定三種瀝青混凝土的最佳油石比后發現，瀝青混凝土的最佳油石比最低，為4.8；鋼石瀝青混凝土的最佳油石比高于前者，達到5.2；鋼渣瀝青混凝土的最佳油石比最高，為5.9。

2路用性能檢驗分析

2.1水穩定性

水穩定性應用了JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗進行綜合評價。評價前先應用瀝青混合料結構層容許抗剪強度公式計算其抗剪強度，公式如下：其中，τR為瀝青混合料結構層60℃下的抗剪強度（MPa）；τs為抗剪強度結構系數；Kr為瀝青混合料結構層容許抗剪強度。從試驗結果看，鋼渣AC-13在常規馬歇爾試驗中的穩定度（正常應用環境下的強度與承載能力）達到19.4/kN，浸水馬歇爾試驗中的穩定度則達到17.9/kN，殘留穩定度（抗水損能力的評價指標）表現為92.3%；粗鋼細石AC-13在常規馬歇爾試驗中的穩定度達到17.5/kN，浸水馬歇爾試驗中的穩定度則達到15.7/kN，殘留穩定度表現為89.7%；碎石AC-13在常規馬歇爾試驗中的穩定度達到10.5/kN，浸水馬歇爾試驗中的穩定度則達到9.2/kN，殘留穩定度表現為86.6%。三者的殘留穩定度均符合不低于75%的技術要求。各指標見表2。而凍融劈裂試驗中，鋼渣AC-13、粗鋼細石AC-13、碎石AC-13在TSR平均值的表現分別為88.7%、85.6%與81.5%，同樣滿足不低于75%的技術要求。結合以上數據來看，鋼渣AC-13表現出了三者中最強的水穩定性，碎石AC-13的水穩定性最低。

2.2低溫抗裂性

對三種瀝青混凝土低溫抗裂性的試驗同樣應用以上規程，采取小梁低溫彎曲試驗法評價三種不同混合料低溫狀態下的抗裂性能。結果發現，鋼渣AC-13的彎拉強度為12.45MPa，最大彎拉應變系數為2784，彎曲勁度模量表現為4471MPa；碎石AC-13的彎拉強度為10.05MPa，最大彎拉應變系數為3573，彎曲勁度模量表現為2814MPa；粗鋼細石AC-13的彎拉強度為11.74MPa，最大彎拉應變系數為3138，彎曲勁度模量表現為3732MPa。數據見表3.從數值看，三種瀝青混凝土在最大彎拉應變上的表現均處于規范要求范圍內。鋼渣AC-13在低溫抗裂性上的表現最差[4]，原因是鋼渣的加入雖然使瀝青混凝土剛度提高，模量增大，但同時也導致瀝青混凝土變性能力下降。由此來看，摻雜鋼渣的瀝青混凝土路面一旦面臨溫度突變，其承受的溫度應力可能超過材料拉伸強度的極限值，因此，應用鋼渣瀝青混凝土制作路面的前提是采取相應技術措施或加入其他材料來提升鋼渣瀝青混凝土路面的抗拉性能。

2.3高溫穩定性

三種不同類型瀝青混凝土高溫穩定性的評價應用動穩定度與馬歇爾穩定度共同進行評價。在進行馬歇爾穩定度試驗后發現，鋼渣AC-13的穩定度達到19.3kN，流值（0.1mm）指數確定在30.2；碎石AC-13的穩定度達到10.68kN，流值指數確定在37.9；粗鋼細石AC-13的穩定度達到17.7kN，流值指數在34.2，三者在穩定度（不小于8）與流值（不超過40）上均滿足技術要求，且鋼渣AC-13表現出最高的穩定度，這說明鋼渣的加入能有效提升瀝青混凝土的馬歇爾穩定度。而在進行動穩定度試驗后發現，鋼渣AC-13、粗鋼細石AC-13與碎石AC-13的動穩定度（60℃.1h）數值分別為1685、1337、1123，由此可見，鋼渣AC-13的動穩定度最理想。經分析發現，鋼渣集料的針片狀顆粒占比較少，因而內部摩擦阻力更大。這意味著鋼渣瀝青混凝土在被壓實之后，內部的鋼渣顆粒之間能實現嵌擠作用，因而具有更高的抗剪切能力[5]。此外，鋼渣的孔隙也使得其能夠吸收多余瀝青，保障了高溫季節路面的抗變形能力。

3玻璃纖維用量分析

考慮到玻璃纖維具有吸水率低的特征，在鋼渣瀝青混凝土的摻入量也較少，可得出玻璃纖維對鋼渣瀝青混凝土最佳瀝青用量影響較小的結論，因此，在摻入方法上應用外摻法，用量上分別為0、0.1%、0.2%、0.3%與0.4%。試驗發現，摻入玻璃纖維能有效提升瀝青混凝土的動穩定度，尤其在摻雜量達到0.4%之后，車轍穩定度提升了近10%，由此可見，玻璃纖維的添加能顯著減少車輛對瀝青混凝土表面的影響。在摻雜量達到0.2%時，瀝青混凝土的最大彎拉應變提升了超過30%，這代表適量摻入玻璃纖維能有效提升瀝青混凝土的低溫抗裂能力；而在摻雜量超過0.2%后，過量玻璃纖維會使瀝青膜厚度下降，進而導致瀝青混凝土低溫下的性能下降，由此可見，摻入適量玻璃纖維能緩解鋼渣降低瀝青混凝土最大彎拉應變的情況。

4結語

綜上，鋼渣的摻入能有效提升瀝青混凝土的剛度性能，但會導致瀝青混凝土低溫下抗變形能力的下降。這一情況在摻入適量玻璃纖維后可得到有效改善，但玻璃纖維的用量需控制在0.2%，否則會導致瀝青混凝土的路用性能下降。

參考文獻

[1]李春永,張軍林,馬元功,等.瀝青混凝土用建筑垃圾再生骨料性能研究[J].中國建材科技,2020,29(02):43-44.

[2]王超,張彩利,王偉.鋼渣玻璃纖維瀝青混凝土性能研究[J].河北工業大學學報,2019(2):85-89.

[3]林增華,王鳳池.組合纖維瀝青混凝土的抗裂性能試驗[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版）,2020(3):122-128.

[4]高鴻.鋼渣在瀝青混凝土中的實踐應用分析[J].四川水泥,2020(11):37-38.

[5]劉興姚,顏峰,郭榮鑫,等.鋼渣瀝青混凝土的疲勞性能及應變分析[J].材料科學與工程學報,2018(4):665-670.

作者：張海蛟 高立康 周進發 單位：河北建設勘察研究院有限公司