吳 旻，王元綱，陳德鵬

(1.安徽工業(yè)大學，安徽 馬鞍山243002;2.南京林業(yè)大學，江蘇 南京210037)

大量積存的鋼渣占用土地，對環(huán)境也會產(chǎn)生不良影響，解決鋼渣的綜合利用問題是國內(nèi)外的重要研究課題.目前，將鋼渣用于道路工程已有不少成功實例，但主要是將粗鋼渣用作路堤填料或者碎石集料，而對于細鋼渣的研究較少.從對鋼渣類材料的路用性能研究現(xiàn)狀來看，主要集中于抗壓強度和回彈模量的研究［1－4］.另一方面，二灰土是道路中常用的一種基層材料，但其使用初期容易受到大氣降水和地下滲水的作用，水穩(wěn)定性不良，從而出現(xiàn)早期裂縫，裂縫反射到瀝青面層，將嚴重影響行車安全和道路使用壽命. 鑒于此，筆者將細鋼渣摻入到二灰土中，分析不同吸水時間和不同干濕循環(huán)次數(shù)對二灰鋼渣土性能的影響，并探討了不同含水率影響下二灰鋼渣土強度的變化規(guī)律，對二灰鋼渣土的水穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)分析.

1 試驗原材料及配合比

1.1 石 灰

選用鈣質(zhì)生石灰，充分消解并烘干后碾碎過0.71 mm篩. 測得其有效氧化鈣和氧化鎂含量為58.96%，屬于Ⅲ級消石灰.

1.2 粉煤灰

選用熱電廠的濕排灰，燒失量為7.08%，氧化物(SiO2+Al2O3+Fe2O3)含量為83.64%，0.075 mm篩通過率為71.2%，0.3 mm 篩通過率為91.8%.

1.3 鋼 渣

采用馬鋼公司鋼渣廠的細鋼渣，陳化時間為1 a.試驗主要利用5 mm 以下的鋼渣，就顆粒組成而言，屬于砂類土，其不均勻系數(shù)為11.2，曲率系數(shù)為1.9，級配良好，表觀密度為3.139 g/cm3.

鋼渣化學成分分析結(jié)果見表1. 由表1可以看出，鋼渣中CaO 含量達到43.71%，堿度為3.15，屬于高堿度鋼渣，活性較大.

表1 鋼渣主要化學成分含量 %

1.4 土

試驗用土液限為37.24，塑限為23.50，塑性指數(shù)為13.74，為低液限黏土，可以用石灰和粉煤灰進行穩(wěn)定.

1.5 試驗配合比

試驗設(shè)計時固定石灰和粉煤灰含量，用鋼渣等質(zhì)量取代土，選取4 種配合比，其中配合比為1 的二灰土為對比試樣，各配合比材料組成見表2.

表2 試驗配合比 %

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 擊實試驗

對4 種配合比混合料分別進行擊實試驗，結(jié)果如圖1所示.可以看出:摻入鋼渣后，混合料的最大干密度顯著增加;3 種摻鋼渣的配比擊實曲線較二灰土的平緩，說明二灰鋼渣土的干密度對于含水率的敏感性比二灰土小，可擊實區(qū)間更大，這使得二灰鋼渣土壓實質(zhì)量更加容易控制;由于粉煤灰顆粒較細，吸水性強，4 種配比的最佳含水率均較高，總體相差不大.

圖1 干密度與含水率變化關(guān)系

2.2 抗壓強度試驗

測定二灰鋼渣土浸水和不浸水兩種情況下的抗壓強度，將兩種強度測定結(jié)果的比值作為基層材料的水穩(wěn)性系數(shù)［5］.其中浸水強度測定方法是指在養(yǎng)生齡期的最后一天將試件浸沒水中，強度測定前需要先擦干試件表面的自由水.強度試驗結(jié)果見表3.水穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果見表4.

表3 二灰鋼渣土的無側(cè)限抗壓強度 MPa

表4 二灰鋼渣土的水穩(wěn)定系數(shù) %

由表3可以看出:不同配合比試件的抗壓強度均隨著齡期的增長而不斷增長;摻入不同比例的鋼渣后，混合料不同齡期的抗壓強度較二灰土的均有一定提高，配比3 各齡期抗壓強度最高. 鋼渣2 ～5 mm的顆粒含量比土多，這有利于混合料壓實成型.另一方面，鋼渣中含有的f-CaO 消解生成Ca(OH)2，能夠與鋼渣及粉煤灰中的SiO2和Al2O3發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和鋁酸鈣［6］. 這些膠凝物質(zhì)有利于混合料后期強度的形成.

由表4可以看出:二灰鋼渣土7 d 水穩(wěn)性系數(shù)較低，隨著齡期的增長，粉煤灰和鋼渣參與混合料加固穩(wěn)定的程度不斷深入，水穩(wěn)性系數(shù)逐漸提高;不摻鋼渣的配比1 各齡期的水穩(wěn)定系數(shù)最低.

2.3 飽水性能試驗

為模擬施工現(xiàn)場路面基層的吸水過程，將4 種配合比試件在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護30 d，自然風干1 d，放置于水槽中的透水石上，透水石距水面1 mm［7］，測試吸水0，1，2，3，5，10 d 后試件的含水率、抗壓強度及回彈模量，結(jié)果如圖2所示.

圖2 二灰鋼渣土飽水試驗結(jié)果

由圖2可以看出:隨著吸水天數(shù)的增加，二灰鋼渣土的含水率逐漸增加，早期增長較為顯著，后期增幅較小，并趨于一個穩(wěn)定數(shù)值;4 種配合比試件吸水10 d 后含水率增量分別為5.14%，4.57%，4.53%和4.92%，摻鋼渣后含水率增量減小，表明鋼渣的摻入能夠有效改善混合料的水穩(wěn)定性.

由圖2還可以看出，吸水天數(shù)增加后，4 種配合比試件的抗壓強度和回彈模量均有所下降.其中，吸水1 d 的試驗數(shù)值急劇下降，這與其飽水1 d 后含水率的急劇增加有關(guān)，表明含水率對二灰鋼渣土的早期強度影響很大，含水率越高的配合比其早期強度越低.對比相同飽水時間下不同配比的抗壓強度和回彈模量，摻鋼渣的配比優(yōu)于二灰土配比，其中鋼渣摻量為30%的配比的無側(cè)限抗壓強度減小了0.5 MPa，回彈模量減小了143 MPa，衰減值小于其他3 個配比.

2.4 干濕循環(huán)試驗

為模擬施工現(xiàn)場吸水和失水過程，將試件在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護30 d 后風干1 d，再放置于透水石上吸水1 d 后自然風干1 d，以風干1 d 再吸水1 d 作為1 次干濕循環(huán)［8］.測定循環(huán)次數(shù)為0，1，2，3，5，10時不同配比的含水率和力學性能參數(shù)，結(jié)果如圖3所示.

圖3 二灰鋼渣土干濕循環(huán)試驗結(jié)果

由圖3可知，在干濕循環(huán)過程中，試件含水率及力學性能參數(shù)的變化規(guī)律與飽水試驗基本類似，但當循環(huán)次數(shù)較少時，由于自然風化條件的差異，試驗數(shù)據(jù)存在波動.隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，二灰鋼渣土的抗壓強度和回彈模量均呈現(xiàn)出減小的特點，并最終趨于穩(wěn)定.其中，二灰土的抗壓強度和回彈模量減小幅度大于其他3 種配合比，而鋼渣占混合料總量30%的配比經(jīng)過10 次干濕循環(huán)，抗壓強度最終減小0.55 MPa，回彈模量減小158 MPa，衰減程度小于其他配比，但變化幅度大于飽水試驗，這主要是由于干濕循環(huán)試驗對混合料試件的損傷程度大于飽水試驗.

3 結(jié) 語

1)二灰鋼渣土對于含水率的敏感性比二灰土小，因此施工時其壓實質(zhì)量更加容易控制.

2)二灰鋼渣土各齡期水穩(wěn)定性系數(shù)均大于二灰土配比，表明摻鋼渣后混合料的水穩(wěn)定性能有了一定提升.該系數(shù)呈現(xiàn)出早期低、后期高的規(guī)律，表明水對其強度的衰減作用在早期表現(xiàn)較為顯著.

3)飽水試驗中，二灰鋼渣土無側(cè)限抗壓強度和回彈模量均表現(xiàn)出先急劇衰減，然后趨于穩(wěn)定的特征.摻鋼渣的配比衰減程度小于二灰土配比，鋼渣摻量為30%的配比衰減值最小.

4)干濕循環(huán)試驗中，二灰鋼渣土的無側(cè)限抗壓強度與回彈模量均表現(xiàn)出與飽水試驗相似的變化特征，但試驗數(shù)據(jù)衰減幅度增加，鋼渣摻量為30%的配比衰減值最小.

經(jīng)過試驗可以看出，二灰鋼渣土與二灰土相比，具有更好的水穩(wěn)定性能.同時，鋼渣的摻入利用符合節(jié)能減排的原則，具有良好的工程應(yīng)用價值.

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