鋼渣玻璃纖維瀝青混凝土性能探索

1、鋼渣玻璃纖維瀝青混凝土性能探索摘要：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(tài)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?；诖耍疚膰@鋼渣玻璃纖維瀝青混凝土的性能進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：鋼渣；玻璃纖維；瀝青混凝土鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的廢渣，其常規(guī)掩埋處理可能導(dǎo)致環(huán)境污染。國內(nèi)外嘗試將鋼渣摻雜到瀝青路面中，發(fā)現(xiàn)鋼渣雖然可作為瀝青混凝土的摻雜材料，但會導(dǎo)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(wěn)定性、水穩(wěn)定性均會提升，且產(chǎn)生永久變形的情況有所下降1。1設(shè)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

2、用性能試驗中參考jtge42-2005公路工程集料試驗規(guī)程。鋼渣在吸水率表現(xiàn)上高于規(guī)范要求（超出2%）。在對鋼渣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，鋼渣存在較多孔隙，這導(dǎo)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(qiáng)（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(guī)整，因而鋼渣顆粒之間的力量傳導(dǎo)更均勻，而相比石灰石而言，鋼渣更容易形成骨架結(jié)構(gòu)。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(dǎo)致?lián)诫s鋼渣的瀝青混凝土遇水后更易產(chǎn)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(jìn)行鑒

3、定，只有在游離氧化鈣含量合格的前提下才能應(yīng)用。圖1為應(yīng)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(fā)現(xiàn)，該類型玻璃纖維在抗拉強(qiáng)度以及熔點上的表現(xiàn)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(dǎo)致路面泛油的情況，但是仍需進(jìn)一步驗證。圖1應(yīng)用鋼渣骨料的瀝青混凝土樣本。1.2設(shè)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(qū)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(xì)集料均應(yīng)用鋼渣）、粗鋼細(xì)石ac-13（粗集料應(yīng)用鋼渣，細(xì)集料應(yīng)用石灰?guī)r）與碎石ac-13（

4、粗集料與細(xì)集料均應(yīng)用石灰?guī)r，不摻雜鋼渣）。隨后對三種不同級配類型進(jìn)行分析，結(jié)果表1所示。從結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三者在通過不同規(guī)格篩孔質(zhì)量的百分率上均滿足相應(yīng)規(guī)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(guī)格篩孔的通過質(zhì)量百分率上低于其他兩者；碎石ac-13在大規(guī)格篩孔中通過質(zhì)量百分率較理想，但小于0.6mm篩孔的通過質(zhì)量百分率最低；粗鋼細(xì)石通過篩孔質(zhì)量百分率整體上較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)偏高或偏低的情況3。在應(yīng)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(fā)現(xiàn)，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(dá)到5.2；鋼渣瀝青混凝土的最佳油

5、石比最高，為5.9。2路用性能檢驗分析2.1水穩(wěn)定性水穩(wěn)定性應(yīng)用了jtge20-2022公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中的凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗進(jìn)行綜合評價。評價前先應(yīng)用瀝青混合料結(jié)構(gòu)層容許抗剪強(qiáng)度公式計算其抗剪強(qiáng)度，公式如下：其中，r為瀝青混合料結(jié)構(gòu)層60下的抗剪強(qiáng)度（mpa）；s為抗剪強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)；kr為瀝青混合料結(jié)構(gòu)層容許抗剪強(qiáng)度。從試驗結(jié)果看，鋼渣ac-13在常規(guī)馬歇爾試驗中的穩(wěn)定度（正常應(yīng)用環(huán)境下的強(qiáng)度與承載能力）達(dá)到19.4/kn，浸水馬歇爾試驗中的穩(wěn)定度則達(dá)到17.9/kn，殘留穩(wěn)定度（抗水損能力的評價指標(biāo)）表現(xiàn)為92.3%；粗鋼細(xì)石ac-13在常規(guī)馬歇爾試驗中的穩(wěn)定度達(dá)

6、到17.5/kn，浸水馬歇爾試驗中的穩(wěn)定度則達(dá)到15.7/kn，殘留穩(wěn)定度表現(xiàn)為89.7%；碎石ac-13在常規(guī)馬歇爾試驗中的穩(wěn)定度達(dá)到10.5/kn，浸水馬歇爾試驗中的穩(wěn)定度則達(dá)到9.2/kn，殘留穩(wěn)定度表現(xiàn)為86.6%。三者的殘留穩(wěn)定度均符合不低于75%的技術(shù)要求。各指標(biāo)見表2。而凍融劈裂試驗中，鋼渣ac-13、粗鋼細(xì)石ac-13、碎石ac-13在tsr平均值的表現(xiàn)分別為88.7%、85.6%與81.5%，同樣滿足不低于75%的技術(shù)要求。結(jié)合以上數(shù)據(jù)來看，鋼渣ac-13表現(xiàn)出了三者中最強(qiáng)的水穩(wěn)定性，碎石ac-13的水穩(wěn)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(yīng)用以上規(guī)

7、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(tài)下的抗裂性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼渣ac-13的彎拉強(qiáng)度為12.45mpa，最大彎拉應(yīng)變系數(shù)為2784，彎曲勁度模量表現(xiàn)為4471mpa；碎石ac-13的彎拉強(qiáng)度為10.05mpa，最大彎拉應(yīng)變系數(shù)為3573，彎曲勁度模量表現(xiàn)為2814mpa；粗鋼細(xì)石ac-13的彎拉強(qiáng)度為11.74mpa，最大彎拉應(yīng)變系數(shù)為3138，彎曲勁度模量表現(xiàn)為3732mpa。數(shù)據(jù)見表3.從數(shù)值看，三種瀝青混凝土在最大彎拉應(yīng)變上的表現(xiàn)均處于規(guī)范要求范圍內(nèi)。鋼渣ac-13在低溫抗裂性上的表現(xiàn)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(dǎo)致瀝青混凝土變性能

8、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(yīng)力可能超過材料拉伸強(qiáng)度的極限值，因此，應(yīng)用鋼渣瀝青混凝土制作路面的前提是采取相應(yīng)技術(shù)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(wěn)定性三種不同類型瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性的評價應(yīng)用動穩(wěn)定度與馬歇爾穩(wěn)定度共同進(jìn)行評價。在進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗后發(fā)現(xiàn)，鋼渣ac-13的穩(wěn)定度達(dá)到19.3kn，流值（0.1mm）指數(shù)確定在30.2；碎石ac-13的穩(wěn)定度達(dá)到10.68kn，流值指數(shù)確定在37.9；粗鋼細(xì)石ac-13的穩(wěn)定度達(dá)到17.7kn，流值指數(shù)在34.2，三者在穩(wěn)定度（不小于8）與流值（不超過40）上均滿足技術(shù)

9、要求，且鋼渣ac-13表現(xiàn)出最高的穩(wěn)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(wěn)定度。而在進(jìn)行動穩(wěn)定度試驗后發(fā)現(xiàn)，鋼渣ac-13、粗鋼細(xì)石ac-13與碎石ac-13的動穩(wěn)定度（60.1h）數(shù)值分別為1685、1337、1123，由此可見，鋼渣ac-13的動穩(wěn)定度最理想。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，鋼渣集料的針片狀顆粒占比較少，因而內(nèi)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(nèi)部的鋼渣顆粒之間能實現(xiàn)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(jié)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

10、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(jié)論，因此，在摻入方法上應(yīng)用外摻法，用量上分別為0、0.1%、0.2%、0.3%與0.4%。試驗發(fā)現(xiàn)，摻入玻璃纖維能有效提升瀝青混凝土的動穩(wěn)定度，尤其在摻雜量達(dá)到0.4%之后，車轍穩(wěn)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(dá)到0.2%時，瀝青混凝土的最大彎拉應(yīng)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(jìn)而導(dǎo)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(yīng)變的情況

11、。4結(jié)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(dǎo)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(dǎo)致瀝青混凝土的路用性能下降。參考文獻(xiàn)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,2022,29(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(yè)大學(xué)學(xué)報,2022(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(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2022(3):122-128.4高鴻.鋼渣在瀝青混凝土中的實踐應(yīng)用分析j.四川水泥,2022(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(yīng)變分析j.材料科學(xué)與工程學(xué)報,2022(4):665-670.