水泥钢渣土用于公路底基层的无侧限试验研究

工程技术水泥钢渣土用于公路底基层的无侧限试验研究徐文娟1王元纲：杨正军，(1．江苏农林职业技术学院，江苏句容212400；2．南京林业大学研究生院，江苏南京210037；3．句容市交通运输局，江苏句容212400)睛要]采用马鞍山钢渣公司的钢渣为研究对象，通过系统的室内试验，分析研究在水泥稳定土中掺入适量细钢渣代蔚部分土后。

混合料的元侧限抗压强度的变化情况。

结果表明锕渣取代部分土以后的水泥稳定土的无侧限杭压强度比不掺钢渣的情况有明显提高．提高幅度在30'／o～15(J腚问；水疆钢渣土混合料的抗压强度】!亳钢瀣掺量的增加，先增长后降低，掺量在20％～40％之问时，强度较大，达到峰值段。

饫键词]水泥土；钢渣；无侧限抗压强度随着科技的进步和工业的发展，环境污染，生态破坏，资源紧张的问题越来越突出。

因此，充分利用工业废渣、保护生态环境已经引起了世界各国的高度重视。

寻求适当的途径与方法利用和处理工业废渣不仅适应时代发展的趋势，而目具有广阔的经济前景，同时，对于节约资源，改善环境，实现可持续发展具有十分重要的作用。

从道路工程学科的发展来看，研究在公路建设中使用廉价的工业废渣是一个重要的发展方向。

目前，国内对钢渣在道路工程上的应用已有一些研究，但对细钢渣掺^水泥土中的研究还很少，而且不同钢铁厂的钢渣也有较大差异。

本文主要采用马鞍山钢铁厂的钢渣进行研究，项目全面研究水泥钢渣土用于公路底基层的基本物理力学性能。

其研究成果为马钢细钢渣在公路建设中的应用提供了技术依据，从而对道路工程学科的发展以及对实现钢铁企业钢渣零排放、促进企业可持续发展、保护环境都有一定意义。

本文重点反映了无侧限试验规律和结果，研尧隋况如下：1试验材料和设计1．1试验材料1)水泥：海螺牌P0325水泥2)钢渣：马鞍山钢铁公司钢渣厂的钢渣，过2m m筛后使用，其化学成分见表1，细钢渣【过2m m筛)的表观密度为2089kg／m30表1钢渣主璎化拳成分簪l}查分析结果(％，样品名称l SzO：I e柏I M班Fe．0I^l：0．f—C a0细稠渣t辽2n筛)9．船43．159．8521．762．451．4l 艳垃万法t中国建韦j院《水≠Z及翼暴材科的化学分析)检验方法：中国建材院劬锨其原材抖的化学分析>3)土：南京地区工程现场取土坑的土，土样的物理性质见表20袭2土的物理￡噘0i勰《，)望般e_J望性指数土名最大干霞厦最隹台水置f％)¨C￡／c-‘JI I∞63：3．4516．18低瓶限秸土l9。

613．3712试验设计在本试验研究的水泥钢渣土混合料中，其主要可变因素有二，即：水泥用量(水泥质量与干混合料总质量的比)和钢渣掺量(钢渣与干渣土总质量的比)。

根据忪路路面基层施工技术规；苗(J TJ034--2000)及相关资料，试验拟定水泥剂量为4％、6％、8％。

本试验研究的重点，是对细钢渣代替部分土后的水泥钢渣土用于道路底基层的可行性研究，所以试验采用的是避2m m圆孔筛的细钢渣。

掺入钢渣太少，钢渣取代土的作用就不明显；掺八太多，游离氧化钙(f-C aO)遇水生成氢氧化钙，体积增大1～2倍，可能会引起水泥钢渣土出现膨胀开裂和起拱破坏，所以掺入钢渣的羹要适度。

结合相关资料综合考虑，初步选定四种钢渣掺量进行试验研究，即O％、20％、40％、60％。

根据选定的水泥用置和钢渣掺量，可得到12种试验配合比，如表3所示。

表3配合比结果铜；盍％锄盍20％铽盍4c．ft,锕碴60％水泥4Y,S O S2S4S6水泥6％尬1112W4聒水泥8％L D L21．4。

L6注：表中字母含义，S—水泥剂量4％，M一水泥剂量6％，L—水泥剂量8％。

字母后数字含义，O—钢渣掺量O％，2—钢渣掺量20％，4—钢渣掺量40％，6—钢渣掺量60010。

下文图表均以此类代号表示。

2试验结果及分析在无机结合料稳定材料的强度指标中，无侧限抗压强度是比较容易确定的参数，因此它是研究稳定土性质以及施工质量控制时最经常采用的试验，也是混合料组威设计最主要的依据。

本试验主要通过混合料12种配合比的7d、14d、28d和90d龄期的无侧限抗压强度试验，来研究随龄期的变化规律和相互问的关系。

2．1试件的制作与养生将各种混合料在各自最崖含水量与最大干密度下，以压实度95％计算材料用量，采用静力压实法制备试件。

试件数量，每组6个，尺寸为050m m×50m m圆柱形试件。

试件均在标准养护室中进行养护，湿度≥98％，温度保持25±2℃。

对养生至规定龄期的试件提前一天浸水24h，然后取出进行测试。

22试验结果及分析各配比、各龄期的混合料酌无侧限抗压强度试验结果列于表4一表60表4水泥剂量为虢的混台料无劁限抗压强度试验结果抗压强度(婶a)代号蠹}期C d)R c S CT％R曲．957o．ooo o．ooo0．O o．00014o．憎o．050T．5O．691 5028O．7姻o．0526．50．7：4901．0160．1009．80．85271．1∞0．0958．2L010 S2】41．664O．0613．71．664902．4880．1797．32．17071．22'0．05d t．41．1端141．565O．1187．61．370s4281．6260．093S．71．472902．552O．1∞6．82．2粥71．0400．0939．O0．886】41．031O．0564．21．2。

9 562a1．4000．0342．41．0帕—901．鳓0．1317．81．4G3187疋科技．双表5水泥剂晕为饿的混台料光懊懈l抗^R强度试验结粜抗压强妻聒j：忙尽站期r dE c”二一EP I1‘09720．068’．二毒j H0141．1∞0J娅i．‘●111R{‘1n|∞1．25201,1／3j2]．川：17∞0．059÷．41．二挺“1E，120L二。

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gO2．1800．1938．g1．旎3表6水泥剂量为溉的混合料无侧陬抗压强度试验结果}j i=压强度(耵a1代号计朋(d)71．1“0．_=I。

8e．t O．963141．2l l0．I啊881．D。

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闻1水泥荆壁为饿的混合孝糨强度变化规律罔2水泥剂肇为瞰f fJ浞台津：l抗压强度变化埘}#图3水泥剂鞋为8耐^鲤台}4{亢H!强!窭变化蹦#从图1一图3可以看出1)各种水泥用量和各种钢渣掺量的配合比试件的抗压强度均随着龄期的增长而增加。

从其强度形成机堙来看，水泥稳定土强度的主要来源是水泥自身的水化反应，从而产生出具有胶结麓力的水化产物，钢渣188面两西耵雨与水泥水化产物之间发生火山灰作用，生成含水的硅酸钙和铁酸钙，硅酸钙和铁酸钙是胶凝物质，具有水硬性和很强的粘结力。

随着反应的进行，水泥水化及火山灰反应的产物将不断增多，生成的胶凝物质的数量也不断增加。

这就是混合料强度随着龄期的增长而增加的原因。

此外，由于钢渣具有的潜在活性，其火山灰作用是以”二次反应”的形式产生，对强度的贡献在后期更明显，故掺钢渣的试件，其后期(90d龄期)强度显著提高。

2)同一水泥剂量，掺钢渣的混合科的无侧限抗压强度均大于未掺钢渣的混合料的无侧限抗压强度。

一方面，土体的力学性质并不决定于粘土中基本结构单元的强度，而是在于它们之间的结合力。

采用水泥、石灰等无机胶凝材料稳定土壤时，其主要固化栅理在于胶凝材料水化产物对于土颗粒的胶结作用、与土颗粒之间的离子交换及火山灰反应。

掺入钢渣后火山灰反应，增强土颖粒之间的粘结，从而提高了强度。

另一方面，由于钢渣中含有较多的游离氧化钙，取代土后，使水泥土中Ca (O H)，的含量增加，同时钢渣中含有大量的活性物质Si02、Fe203和A I。

O。

，这些活性成分可与水化的Ca(O H)2反应，生成水化硅酸钙、水化铁酸钙及水化铝酸钙。

该反应多在水泥浆体的孔隙中进行，可以显著降低混合料内部结构的孔隙率，提高混合料的密实度。

所以在相同龄期，钢渣取代部分土以后水泥土强童部有所提高。

3)不同水泥用量的各种配合比混合料，各龄期的无侧限抗压强度，均随钢渣掺量的增加，先增大后减小(即呈抛物线变化)。

前期强度(28d龄期之前)，是钢渣掺量20％的试件强度最高：后期强度(90d龄期)以钢渣掺量40％的试件强度最高，所以钢渣的掺量要合适。

其原因是钢渣掺量太多，生成Ca(O H)。

时的膨胀量使试件发生错动与松散，刚氏了强度。

实验中，水泥含量一定，当钢渣增加到一定量时，稳定土中的水泥不足以使得钢渣的火山灰活性被充分激发，这样未被激发的钢渣分散在基体材料中，可能会使内部缺陷增多，反而对强度不利。

所以，在不同水泥用量下，钢渣的掺量有一个合适的范围。

3结论1)掺钢渣后的水泥稳定细粒土的抗压强度比不掺钢渣的情况有明显提高，提高幅度在30％一150％之间。

2)水泥钢渣土混合料的抗压强度随钢渣掺量的增加，先增长后降低。

早期强度(28d以前)形成阶段，掺量为20％时强度最高；后期强度(90d)，掺量为40％时强度最高。

综合分析，掺量在20％～40％之间时，强度较大，为合适掺量范围。

3)细钢渣部分代替水泥稳定土混合科中的土之后，水泥钢渣土的无侧限抗压强度有所提高，在满足规范强度要求的情况下，可以明显减少水泥用量。

水泥钢渣土应用于各等级公路的底基层的无侧限抗压强度试验研究表明：用钢渣代替部分土的水泥钢渣靛土的强度与普通水泥土相比一点也不低，甚至有所提高，这为钢渣代替土，实现废物利用提供了基本条件。

后期我们将继续深入研究其劈裂强度、回弹模量、温缩干缩等物理力学性能，更加全面的掌握水泥钢渣稳定土的力学性能，为钢渣材料应用于道路底基层旌工，实现变废为宝提供有力的依据和参考。