钢渣沥青混合料级配特征浅析

摘要：以钢渣作为集料，以三种不同的级配结构试拌钢渣沥青混合料，对其物理、力学性质进行对比，分析级配对钢渣沥青混合料技术性质的影响。根据试验分析结果，确定适于钢渣沥青混合料的最佳级配结构，并根据最佳级配结构重新拌制混合料，验证其物理、力学性质，并在此基础上提出AC20型钢渣沥青混合料的合理级配范围。

关键词：钢渣沥青混合料高温稳定性级配

中图分类号：TU535文献标识码： A 文章编号：

我国的钢铁副产品—钢渣每年生成达5000余万吨，但其综合利用率仍较低，大量钢渣堆置，占用土地、污染环境。我国现行规范中仅对钢渣的活性及膨胀性提出了要求，并没有提出专门针对钢渣沥青混合料配合比设计的方法。钢渣颗粒形状不规则，表面粗糙且为多孔结构，内摩擦角大、密度大，颗粒表面往往沾有较多的粉尘，以钢渣为主要集料的沥青混合料其级配特征及最佳沥青用量必然有别于普通碎石沥青混合料，简单套用普通碎石混合料的配合比设计方法显然是不适宜的，以下就钢渣沥青混合料的级配特征进行粗浅分析。

1转炉钢渣的化学成分及物理、力学性质

钢厂热闷处理后的钢渣粒径多在31.5mm以下，用作沥青路面的下面层及中面层较为适宜。经筛分试验，钢渣的天然级配不能满足规范的要求，为便于进行矿质混合料的级配设计，将钢渣划分为0-3mm，3-5mm，5-10mm，10-25mm四种规格，并对钢渣的化学成分及物理力学性质进行了全面的检测，按照AC20F型沥青混合料的级配，采用重型击实的方法制作试件，在80℃的恒温水浴中，经10天的升、降温循环后，实测膨胀量为1.6%，低于2.0%的规范限值。钢渣的物理力学性质完全能够满足沥青混合料对集料性质的要求，但钢渣的表观密度较大，会导致施工成本的增加。

2 最大粒径的选择

为了最大限度地利用钢渣，先选择AC-25F型密级配沥青混合料作为试配目标。钢渣表面孔隙较多，对沥青的吸收能力强，拌制钢渣沥青混合料往往需要较高的油石比。采用了5.0及5.5%两种油石比进行试拌，结果表明，油石比为5.0及5.5%的混合料出现了严重或部分的花料现象，花料颗粒多为粒径20mm以上的粗颗粒。经观察分析，认为导致花料的原因有三个方面：①钢渣表面粗糙，孔隙较多，对沥青的吸收能力强，需较高的油石比。②粗钢渣的表面粘有较多的钢渣粉尘，导致矿质混合料中小于0.075mm颗粒的实际含量高于理论值。③大粒径钢渣形状不如碎石规则，拌和时滚动较困难，更容易形成花料现象。5.5%的油石比已经较大，如继续提高油石比虽能减少或避免花料现象，但在经济上已不合理，因此采用钢渣拌制沥青混合料时应将其中的粗颗粒筛除，建议所用钢渣的最大公称粒径不超过20mm。因此，将试配钢渣沥青混合料的类型由AC-25型改为AC-20型。

3 三种级配结构的比较

为选择钢渣沥青混合料的最佳级配，在AC-20型混合料的级配范围内，设计了三种级配进行试配，并对其物理力学性质进行比较。级配1靠近级配范围的上限，级配2接近级配范围的中值，级配3接近级配范围的下限。三种级配均适当减少了16mm以上颗粒的含量及0.6mm以下颗粒的含量，以确保其高温抗车辙能力及低温抗裂性，级配曲线均呈S型。

三种级配结构均采用5.5%的油石比进行试配，双龙70#A级沥青，分别制作马歇尔试件，得出结论：级配3空隙率偏大，级配1及级配2各项指标均满足规范要求，但级配2的的稳定度值及马歇尔模数均大于级配1，说明级配2的高温稳定性好于级配1。为进一步验证三种级配的高温稳定性，又进行了车辙试验。按照现行规范的要求，采用轮碾成型的方法制作300mm×300mm×50mm的板状试件，试验温度60℃，试验轮压0.7MPa。从各级配车辙试验的结果可以看出，三种级配的动稳定度均大于1200次·mm-1，满足规范要求，且明显高于普通碎石混合料，说明钢渣沥青混合料由于所含钢渣表面粗糙、内摩擦角大，其高温抗车辙能力优于普通碎石混合料。三种级配中，级配2动稳定度最高达到1500次·mm-1以上，级配1次之，级配3动稳定度最低。

4 最佳级配结构的选择

从以上试验结果可以看出，在AC20的级配范围内，三种级配结构的钢渣沥青混合料其性质存在着较大的差异，并且表现出不同于普通碎石混合料的物理、力学性质。级配1偏于级配范围的上限，属于悬浮密实结构，粗集料被次级集料排开不能形成骨架，粗集料悬浮于由细集料及沥青胶浆形成的沥青砂浆中，因此由级配1拌制的混合料具有较高的密实度及粘聚力，但内摩擦角较小，抗车辙能力较差，动稳定度偏小。级配3偏于级配范围的下限，粗集料较多、细集料较少，粗集料能够相互靠拢形成骨架，又由于钢渣表面粗糙、内摩擦角较大，因此由级配3拌制的混合料难于压实，马歇尔试件的空隙率明显偏高，超出了规范规定的范围。由于空隙率大，在轮载下更易产生变形，导致级配3的动稳定度较低。级配2介于级配1和级配3之间，接近级配范围的中值，4.75mm的通过率大于45%，按现行规范的划分方法，应属于AC-F型混合料。但试验结果表明，级配2表现出了良好的高温抗车辙能力，其余各项指标也均能满足规范的要求。因此选择级配2即接近级配范围中值的S型级配曲线较为合理。

5 结语

由前述分析结果可知，钢渣沥青混合料的技术性质既与普通碎石混合料有相同之处，又有其自身的特点，因此在进行钢渣沥青混合料级配设计时应注意以下几点：

1、钢渣表面多孔，对沥青的吸收能力强，粗钢渣形状不规则，表面沾有较多的钢渣粉尘，拌和时粗钢渣颗粒容易出现花料现象。试验证明当采用公称粒径为20mm以下的颗粒时能较好地解决花料的问题，因此设计钢渣沥青混合料时，应尽量避免采用公称粒径大于20mm的钢渣。

2、钢渣颗粒表面粗糙，内摩擦角大，高温稳定性好，混合料压实较普通碎石困难，在进行配合比设计时不宜采用粗型级配，但过细的级配会进一步增加沥青用量推高施工成本，也不宜采用。对于AC20型沥青混合料当级配曲线接近于规范中值，并适当减少16mm以上集料的颗粒及0.6mm以下部分的细集料的用量，级配曲线呈S型时，则既能保证钢渣沥青混合料的高温抗车辙能力，又能将沥青用量控制在可以接受的范围内。因此，进行钢渣沥青混合料配合比设计时，不宜简单照搬规范推荐级配范围，对于AC20型钢渣沥青混合料建议将规范级配范围的下限适度提高，部分细集料的上限适度降低，调整后的级配范围见表11。

表11 AC20型钢渣沥青混合料的建议通过率

3、 钢渣中所含游离氧化钙对钢渣的水稳定性有一定影响，建议在进行钢渣沥青混合料配合比设计时，将空隙率控制在3-5%的范围内，且应将钢渣沥青混合料用作中、下面层，上面层宜采用密级配的沥青混凝土或SMA等不透水或透水性差的混合料。

4、钢渣沥青混合料高温抗车辙能力强，建议将普通沥青混合料的动稳定度最低标准提高至1200次·mm-1，以充分发挥其高温稳定性的优势。