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钢渣在道路工程中的应用研究进展

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总757期第二十三期

2021年8月河南科技

HenanScienceandTechnology

钢渣在道路工程中的应用研究进展

段德峰刘润喜王晓川周恒玉

（中交二公局第四工程有限公司，河南洛阳471000）

摘要：工业钢渣是工业炼钢生产过程中容易排出的固体残渣，是一种用于工业的固体废物，占工业生产中

使用粗钢的15%～20%。钢渣具有碱性强、棱角丰富等特点，其主要金属矿物和有机化学成分与其他水泥料

和熟料相似，具有潜在的有机水化学和反应活性。近年来，我国高速公路建设成就显著，其集料需求增大，使

得常规的天然集料已经不能满足需求。钢渣集料是否能在高速道路上广泛应用发展是目前备受业界关注的

一个热点。因此，本文总结大型钢渣的化学性质、活化特性、流动特性及稳定性的相关研究进展，并重点介绍

了钢渣在城市道路交通工程设计中的实际应用情况。关键词：钢渣利用；活性激发；道路工程

中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）23-0129-04

ResearchProgressintheApplicationofSteelSlaginPavementEngineering

DUANDefengLIURunxiWANGXiaochuanZHOUHengyu

（CCCC-SHBFourthEngineeringCo.,Ltd.，LuoyangHenan471000）

Abstract:Industrialsteelslagisgenerallyusedasasolidresiduethatiseasilydischargedduringindustrialsteelmak⁃ingproduction.Itisasolidwasteforindustrialuse,accountingfor15%～20%ofcrudesteelusedinindustrialpro⁃

duction.Steelslaghasthecharacteristicsofstrongalkalinity,richedgesandcorners,anditsmainmetalminerals

andorganicchemicalcompositionaresimilartoothercementmaterialsandclinker,andithaspotentialorganicwater

chemistryandreactivity.Inrecentyears,China’shighwayconstructionhasachievedremarkableresults,sothede⁃

mandforaggregateshasincreased.Conventionalnaturalaggregatescannolongermeetthedemand.Whethersteel

slagaggregatescanbewidelyusedonhighwayshasbecomeahotspotintheindustry.Thispapermainlysummarizes

theresearchprogressofthechemicalproperties,activationcharacteristics,flowcharacteristicsandstabilityoflarge-

scalesteelslag,andfocusesonthepracticalapplicationofsteelslaginthedesignofurbanroadtrafficengineering.

Keywords:steelslagutilization；activeexcitation；pavementengineering

目前，我国钢铁工业产量居世界第一，每年钢铁产生

的钢渣量占世界钢铁工业产量的15%～20%，钢渣每年

排放量近亿吨。钢渣是加热炼钢生铁过程中的一种重要

副产品，由生铁中的硅、锰、磷、硫等金属杂质在加热熔炼

生铁过程中受热氧化所生成的各种惰性氧化物以及这些

各种氧化物与其有助于热熔的溶剂（如石灰粉）进行反应

后所生成的各种盐类混合组成［1］。大量的废钢渣长期积

累，不仅占据大量施工场地，而且严重污染现场环境。合

理利用钢渣资源不仅有利于环境保护，还能为企业带来

经济效益。目前，我国工业钢渣综合利用率为50%～60%，远低于世界其他生产大型钢渣产品的国家。高磷钢渣很早之前就已经被一些西欧国家用来制备

有机肥料。钢渣中含有许多对农作物有益的元素，如硅、

镁、铁和铝等，因而可能成为植物吸收养分的重要来源。

钢渣粉体比表面积较大时，晶体网格将产生严重缺陷，其

表面自由能增高，可以用来处理重金属和负离子含量较

多的工业废水。

钢渣的主要化学成分含量会因钢铁的生产工艺和生

产原料不同而产生一定波动，但差别不大。借助X射线

荧光光谱（X-RayFluorescence，XRF）仪器，测得不锈钢渣

的主要化学成分，如表1所示［2］。钢渣的主要矿物成分有

硅酸二钙、硅酸三钙和铁酸二钙，除此之外还有部分含氟

收稿日期：2021-07-18

基金项目：陕西省重点研发计划（2018SF-380）。

作者简介：段德峰（1975—），男，本科，高级工程师，研究方向：公路桥梁材料技术、

施工管理。能源与化学

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磷灰石和一些游离氧化钙，所以钢渣可以作为我国水泥

工业生产的主要混合材料，以达到综合利用的主要目

的。钢渣样的碱值为2.2，同时，其具有棱角丰富和粘结

硬度高的特点，作为凝集料可应用在水泥混凝土、沥青混

合料以及半刚性建筑基层中。

表1钢渣样的化学成分

化学组分含量/%CaO42.7MgO5.19Fe2O324.55Al2O33.25SiO219.24其他2.87

1钢渣活性激发的机理

钢渣中的矿物需要在1600℃的高温环境下才能形

成硅酸盐矿物，冷却时间较长，因此具有结晶完整、化学

性质稳定等特点。它的化学结构规则，且其结构“空洞”

中间还可固化，易溶大量酸性异离子，如P、MgO、FeO等

杂质。这些独特的性能使得钢渣具有稳定的结构，从而

造成这些矿物的水化反应速度慢，活性低，限制了钢渣的

利用率。为了进一步推进钢渣在道路工程中的应用，可

采用激发工艺来提高钢渣的活性。目前用于激发钢渣活

性的主要方法包括机械激发、化学激发、热力学激发和钢

渣复合重构。1.1机械激发

采用机械力可以调整钢渣的细度，从而增加钢渣中

矿物与水的接触，加快水化速度，提高钢渣活性。如图1

所示，与标准砂相比，随着比表面积的增大，熔炼渣、精炼

渣的活化指数呈增大趋势，7d和28d的活性指数均符合

规范要求，其中熔炼渣、精炼渣比表面积具体分别为338.4m2/kg、296.0m2/kg。

标准砂熔炼渣精炼渣0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50活化指数

100150200250300350400450500550600

比表面积/（m2/kg）

图1活性指数（28d）与比表面积关系

彭艳周等［1］采用灰色关联度分析了钢渣粉体比表面

积对活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC）强

度的影响。研究结果显示，粒径小于30μm的渣粉可以

增强RPC的强度，反之，会弱化RPC的强度。其中，粒径

介于5～10μm的钢渣粉体改善RPC的性能最为优异，其次是小于5μm的粒径。因此，建议在使用过程中应尽量

调整钢渣粉体的级配，以获得性能优异的RPC。1.2化学激发

化学激发主要有酸性激发和碱性激发两种方式。总

结相关研究发现，碱性激发方式应用较为广泛。碱性激

发的原理是通过提高液相碱度加快钢渣中活性矿物的水

化作用。目前，常用的激发剂有水玻璃、氢氧化钠、硅灰

和硫酸钠等。李玉祥等［3］借助扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope，SEM）、X射线衍射（X-RayDiffrac⁃

tion，XRD）和常规力学试验分析不同激发剂对钢渣活性

的影响，结果表明，激发剂可以增加钢渣水化后的硅酸钙

凝胶含量，进而破坏其稳定的网络结构，其中激发效果最

好的激发剂为硅灰。1.3热力激发

常温条件下，如果钢渣的碱度过低，则钢渣粉体的水

硬性极弱，因此以水热反应为原理的凝胶材料制备工艺

显得十分重要。在热应力的作用下，钢渣玻璃体结构中

的Si—O和Al—O键容易发生断裂，断裂后钢渣的水化反

应速度加快。压力和温度相同时，橄榄石类钢渣的蒸压

强度随反应时间的增加增强至最大值后降低。升高温度

并增加压力，有利于减少达到最大强度所用的时间。

目前研究还存在一定不足，今后研究应集中在开发

低费用、高效果的复合激发剂，并采用多种激发方式相结

合的方法。具体来说，加入可以调整钢渣组分的材料，使其

组分与水泥熟料相近，并通过研磨得到重构的优质钢渣，再

综合采用多种激发方式，进一步提高重构钢渣的活性。

2钢渣在道路中的应用

钢渣活性的提高进一步促进了其在道路工程中的应

用。将钢渣替代碎石用于道路工程不仅可以减少钢渣

对场地的占用，节约土地资源，还可以为道路工程提供

廉价材料，有利于钢铁企业的可持续发展。2.1钢渣作为水泥生料

因为钢渣中含有类似硅酸盐水泥中的C2S、C3S等矿

物成分，所以其具有与水泥相似的凝胶特性。目前，钢渣

一般与水泥、混凝土复合使用，但这种使用方式存在明显

不足。钢渣的掺量较少，其利用量不足排放量的3%；添

加工艺不完善，导致熟料率值不易协调等问题，严重制约

了钢渣在水泥中的应用。

马保国等［4］借助XRD试验分析了掺入钢渣后形成的

熟料，对比未添加钢渣的空白组，加入钢渣样品中的C3S

特征峰较高，表明钢渣的掺入改善了生料的易烧性，缩短

了熟料形成所需的时间，且添加钢渣可以减少铁粉和石

灰石的消耗量，减少二氧化碳的排放，显著提高了经济效

益。掺入钢渣配料和铁粉的水泥所拌制的混凝土具有接

近的和易性，且二者制备的混凝土的抗压强度、坍落度相钢渣在道路工程中的应用研究进展

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橡胶沥青在道路工程中的应用研究

橡胶沥青在道路工程中的应用研究

橡胶沥青在道路工程中的应用研究

摘要：目前，伴随着各大城市的快速发展，道路工程作为一项基础工程其建设项目也不断增加。因此橡胶沥青因具有抗滑、抗剪切、抗车辙等优点而在道路工程中得到了广泛使用。文章以笔者实际工作经验为例，就橡胶沥青路面施工优点与施工工艺进行了分析研究，以供参考。

关键词：道路工程；橡胶沥青路面；施工技术；工程实例

橡胶沥青在道路工程的建设过程中主要起到的作用就是能够进一步改进沥青路面具有的性质，延长路面的使用寿命，减少路面的维护费用，有效的缓解由于交通的荷载而对路面造成的损害，除此之外，还有利于废旧轮胎的循环利用，降低对生态环境的污染。

一、橡胶沥青路面优点

1.1 橡胶沥青的合成

橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂，并在充分拌合的高温条件下（180℃以上），与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。轮胎是一种难以降解的高分子材料，这些黑色垃圾无论是采用堆放，填埋还是焚烧的方法处理都将造成新的污染，不但污染环境，占用土地资源，而且容易滋生蚊虫，传播疾病；因此将废旧轮胎用于橡胶沥青的配料，是较为理想的环保型路面材料，橡胶沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能，主要应用于道路结构中的应力吸收层和表面层中。

1.2 具有良好的路用性能，延长道路寿命

橡胶沥青作为一种改性沥青，除具有其他改性沥青的优点以外，还具有更好的粘聚力、抗老化性及抗疲劳性能。橡胶改性沥青中的橡胶粉使沥青具有较高的粘性和抗变形能力，有效提高了沥青的粘聚力和高温稳定性，此外，橡胶沥青混合料的沥青膜厚度较厚、沥青含量较高，使路面的柔性有了进一步改善，从而提高了道路的抗裂缝和抗疲劳性能。对于设计和施工较好的橡胶沥青路面，其使用寿命明显优于其他常用的改性沥青路面，而且使用过程中所需要的养护和维修费用也相对较低。

略析公路路基施工中钢渣的应用

略析公路路基施工中钢渣的应用

略析公路路基施工中钢渣的应用

1、钢渣沥青混合料的特性

1.1高温稳定性

钢渣沥青混凝土动稳定度高的原因是：（1）钢渣集料的颗粒形状均匀，棱角丰富且接近立方体。经捣实和碾压后，颗粒与颗粒能形成紧密的嵌锁作用，抗剪性能有所提升；（2）钢渣集料表面拥有相对粗糙的纹理，增加了粗集料间的嵌锁能力；（3）钢渣具有多孔结构，这不仅能有吸附多余的沥青，特别在高温季节，利于提高混合料的抗变形能力。

1.2水稳定性

从化学成分组成来讲，钢渣中含有CaO、MgO、f-CaO等活性物质，与沥青黏附性较石灰岩更加牢固，赋予了混合料更好的水稳定性。说明混合料中加入钢渣有利于增强路面耐久性并延长路面使用寿命。

1.3体积稳定性

钢渣内含有一些可水化的氧化物，比如CaO、MgO等。这些物质在接触水后会造成混凝土的体积不稳定。具体来说，会引起混凝土的膨胀。现在对钢渣粗骨料混凝土的研究，主要集中在研究钢渣粗骨料混凝土的强度和耐久性，并指出钢渣粗骨料混凝土在强度和耐久性方面的优势，但钢渣粗骨料混凝土的体积稳定性不良是一个显著的劣势，它阻碍了钢渣粗骨料混凝土在工程上的运用。对钢渣粗骨料的膨胀力展开研究，指出膨胀力和高温中断测试技术可以用于测试钢渣粗骨料所产生的膨胀力大小，并且能够建立相应的模型并通过公式计算出每单位体积或每个钢渣颗粒的膨胀力大小。可以用这些数值来定量估计钢渣稳定性。

2、钢渣在道路路基中的应用

2.1钢渣作为路基填料优点

钢渣具有很强的吸水性，对于软弱潮湿的路基基底有很好的改良作用而且强度高，对提高路基的承载力也有很不错的效果，在某工程中钢渣主要是用于软基换填，该地基处于软塑亚粘土层，且回填深度达7米，所用的钢渣经过了一年多的沉化，基本处于稳定状态，经土工击实试验钢渣的最大干密度为2.34g/cm3，由于钢渣密度大容易压实，一般采用15t-20t钢轮压路机碾压3-5遍即可达到规定的90%压实度。

2.2钢渣作为路基填料缺点

钢渣在路面基层中的应用分析

钢渣在路面基层中的应用分析

・ｌ４４・　路基工程　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１１年第４期（总第１５７期）　

钢渣在路面基层中的应用分析　

周启伟　，凌天清　，武　明　

（１．重庆交通大学土木建筑学院，重庆４０００７４；２．云南省公路科研所，昆明６５００００）　

摘要：结合昆明绕城高速公路西南段工程建设的需要，分析了云南安宁地区钢渣的物理化学特　

性，并采用ｌ０天浸水膨胀率分析了其膨胀性，得出云南安宁地区的钢渣含游离钙量低于３％，１０天　

浸水膨胀率低于２％，符合道路相关标准。论述了钢渣在路面基层中应用存在的主要问题，提出了解　

决钢渣膨胀性的方法和在路面基层中的应用前景。　

关键词：道路工程；基层；钢渣；游离钙；膨胀性　

中图分类号：Ｕ４１６．２１４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—８８２５（２０１１）０４—０１４４—０３　

０　引言　据统计，２００８年我国钢产量为５０　０９１．５万吨，　

排放的钢渣已超过５　０００万吨。然而我国钢渣的有效　

综合利用率仅为５０％～６Ｏ％，在建材领域的利用率　

大约只有１０％…。云南省现有昆明钢铁、昆明三合　

金属集团等工业企业２３０家，减排工作仍存在不足，　主要表现在钢渣利用率低，污染环境，给当地经济、　

社会造成严重影响。如何处理和综合利用废弃钢渣，　

是必须尽快解决的大问题。　国内外研究表明，钢渣因其强度高，耐磨，含有　

丰富的化学特性，但因其具有一定的膨胀性，大大限　制了在公路工程中广泛应用。本文结合云南安宁地区　

钢渣的基本特性，对更好地解决钢渣的膨胀性进行了　

总结和探讨，提出了钢渣在路面基层中的应用前景。　

１钢渣的基本性质　

１．１物理性质　

钢渣是一种固态非金属物质，经高温冶炼后被水　淬冷却而成，有红、紫、褐三种颜色，外表呈多孑Ｌ块　

状、少孔块状、无孔块状。粉状体钢渣的视密度为　２．８６～４．００　ｇ／ｃｍ　ｉ　２］。根据文献［３］，对云南安宁地　

区的钢渣进行筛分和物理性质测试，试验结果见表　

鞍钢钢渣筑路施工试验研究

鞍钢钢渣筑路施工试验研究

鞍钢钢渣筑路施工试验研究

【摘 要】 本文根据鞍钢钢渣，采用水泥钢渣作为道路基层进行研究无侧限抗压强度、回弹模量及干缩性能，结果表明水泥剂量在5%以上水泥钢渣能够满足规范强度要求，水泥钢渣具有较好干缩性能.建议在水泥钢渣施工中采用水泥剂量5%即可.

【关键词】 钢渣 配合比 无侧限抗压强度

1 引言

钢渣作为一种新型道路修筑材料不仅消化大量工业废料，节省投资而且保护环境减少污染，在环保要求日益提高今天钢渣基层具有较大推广价值。对水泥钢渣基层技术参数及施工技术进行研究水稳钢渣特性可以有效控制水泥钢渣基层施工质量，本文就鞍钢钢渣路用性能进行分析与探讨。

2 原材料分析

2.1 钢渣分析

通过对钢渣进行级配分析，级配满足施工要求，同时对钢渣化学成分进行检测也满足规范要求。

2.2 水泥

采用辽宁工源水泥厂生产的325硅酸盐水泥。

2.3 碎石

级配满足规范要求辽阳弓长岭碎石。

3 配合比设计

3.1 配合比

为了研究水泥钢渣路用性能，采用相同剂量不同集料进行对比分析，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》方法分别对不同配合比混合料进行重型击实试验确定最佳含水量和最大干密度，结果见表1。

表1 混合料击实试验结果

由表1可以看出随着水泥剂量增加，最佳含水量逐步增大，最大干密度随着水泥剂量增加逐步增大。

3.2 试件成型及养生

按“无机结合料稳定土的无侧限抗压强度试验方法”，对不同配合比水温钢渣混合料，按照击实试验得出的最大干密度和一定的压实度，用静电压实法制备直径×高为150mm×150mm试件，在标准养生箱内恒温、恒湿养生6d，浸水1d后在路面材料试验仪上进行试验。

4 水泥钢渣无侧限抗压强度分析

将养生7d、28d龄期的试件进行加载，加载变形速度为1mm/min，无侧限抗压强度见图1所示。