钢渣稳定土在公路路基填料中的应用探究

钢渣稳定土在公路路基填料中的应用探究

徐爱臣

甘肃交通精石矿业有限公司

摘要：钢渣利用其在成本和性能方面占据的优势，使其从一种工业废弃物成为公路路基工程的一种新选择。本文主要对钢渣稳定土在公路路基填料中的应用进行探讨。从分析钢渣稳定土的化学和物理特性入手，展示其在环保、经济和稳定性方面的优势。并通过实验研究验证钢渣稳定土提升路基压实度和抗压回弹模量的能力，通过研究结果展示其可作为一种有效的公路路基材料的能力。通过本文章的研究为钢渣稳定土的应用提供坚实的科学依据和实践指南。

关键词：钢渣；路基；稳定性；工业废弃物；成本

1、引言

在社会经济的不断改善下，我国的基础设施建设发展的越来越快，其中公路路基工程作为交通网络的一个重要组成部分，成为了当前人们关注的一个焦点，公路路基工程最重要的就是其稳定性和耐久性。而在众多的路基材料中，钢渣作为一种工业生产过程中的废弃物，鉴于其成本和性能等因素，逐渐成为了新的路基填料选择[1]。这种再利用不仅有助于减少环境污染，也是资源可持续利用的体现。因此，研究和探索钢渣稳定土在公路路基填料中的应用，具有重要的实践意义和广阔的应用前景。本文旨在为钢渣在公路路基工程中的应用提供科学依据和实践指南，推动工业废弃物资源化利用，从而为公路建设提供新的材料选择。

2、钢渣稳定土的特性与应用优势

稳定土是一种应用于公路、铁路等基础工程且具有较高承载能力和抗裂性能的基建材料。一般分为水泥稳定土、石灰稳定土和沥青稳定土，不同种类稳定土具有不同的性能和使用环境。而钢渣稳定土是利用炼钢过程中产生的钢渣废弃物制备而成，其成分通常包括铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、碳酸三钙、硅酸二钙等，具有其独特的化学成分和物理特性[2]。将钢渣作为稳定土用于公路路基填料中具有一定的优势，包括环保型、经济性、稳定性等特点[3]。

公路路基的填料在施工过程中需要进行钢渣稳定土在进行加水拌合，从而能够更好的铺设压实，而加入的水与钢渣稳定土中含有的氧化钙成分发生反应生成氢氧化钙，并与钢渣中所含有的金属氧化物等发生更进一步的反应，从而生成了强度更高的水化物，这一反应让公路的路基稳定性得到成倍的提升[4]。而且钢渣表面通常凹凸不平，结合水的拌和以及压实，能够让填料中的钢渣相互紧实，颗粒间摩擦力增加，提高路基的抗剪切性能[5]。而且在压实后的钢渣稳定土中，路基填料相互结块，造成路基变硬板结，对于一些相对较软且稳定性不高的稳定土来说，钢渣混凝土具有更加突出的优势。更何况，钢渣本就是工业固定废物，将其作为公路路基填料一定程度起到资源再利用的效果。因此，钢渣稳定土的使用既能提高路基工程中实用性，同时有助于推动环保和资源再利用的理念。

3、实验研究与分析

为了评估钢渣作为稳定土的物理和机械性能。实验分为以下几个关键阶段：

实验选取某钢铁厂陈化300天的钢渣作为主要实验材料。为确保实验的准确性和有效性，对钢渣的化学成分进行详细分析，其结果如表1所示。而且通过颗粒级配测试，需要对钢渣的颗粒分布进行细致的评估（见表2）。通过这些步骤确保实验材料的质量符合研究的要求。

表1 钢渣化学成分分析

表2 钢渣颗粒级配

在钢渣稳定土的铺设工程中，整个施工流程呈现出与传统砂土路基施工相似的模式，但细节上有其特有的精细化管理。施工现场中，可以观察到钢渣稳定土被分层铺设，每一层都均匀压实，保持着材质的一致性。施工人员特别注意保持路基的横向坡度，并确保路基两侧扩展宽度至少超出设计宽度50cm，以加强路基边缘的稳固性。在碾压阶段，施工团队精心控制每一层的压实度，确保其达到规范的严格要求。材料的铺设过程中，施工人员均匀分布钢渣稳定土，且按照既定程序进行初步和精细的平整作业。最终，振动压路机负责完成碾压工作，先是以静压方式开始，随后逐步提高振动频率，直至整个路基表面紧实坚固。这一过程不仅展现了施工的严谨性，也体现了对细节的高度关注。

在完成地基的施工后，采用灌砂法来测量钢渣路基填料的现场干密度。同时，将施工现场取样的钢渣填料被送往实验室进行击穿实验，以确定其最大干密度和理想含水量。压实度的计算公式如下：

（1）

式（1）中，K代表路基填料的压实度，ρd为钢渣现场干密度，ρdmax为室内击实最大干密度。

路基压实能够有效提高钢渣路基的稳定性和结构强度。钢渣稳定土中的细颗粒含量较低，（尤指直径低于0.074mm的部分）导致其孔隙率较高，这进而促进了水分的快速蒸发。这些特性使得钢渣路基相对于常规土质路基在压实度的测定上呈现出更多的复杂性。碾压阶段结束后，施工队伍对压实度进行即时的现场评估，以验证其是否符合工程标准。在应用直径为150mm的灌砂筒进行测试时，需要确保现场使用的砂子与标准砂子的密度相匹配。为保障压实度的准确性，施工过程遵循严格的标准，即每完成一轮碾压后即进行一次压实度测验。直至第五次碾压，压实度达99.1%，成功达到了预定的工程标准。压实度的详细测量结果如表3。

表3 压实度结果

抗压回弹模量特性

抗压回弹模量的特性是衡量路基路面稳定性的关键指标之一。包括顶面法、电测法和承载板法等测试方法。尽管这些测试都旨在测量材料在受到荷载时的变形程度，但由于测试条件和方法的差异，得出的抗压回弹模量值可能会有显著的不同，其中电测法通常给出最高值，而顶面法给出最低值。在进行测试时，在样品顶部放置一块硬质金属板，并对其施加和卸载压力。试样的变形量通过千分尺进行记录，并通过公式（2）计算出抗压回弹模量值：

（2）

式（2）中：Ec 为抗压回弹模量 （MPa）；P为单位压力（MPa）；H为试件高度（mm）；l为试件回弹变形（mm）。在最佳的碎石含量条件下，通过改变水泥含量（4%、5%、6%）来观察不同配比下钢渣混合物的抗压回弹模量，如图1所示。

图1 不同水泥含量钢渣抗压回弹模量

从图1的数据情况可以看出，在水泥含量为4%至6%的范围内，钢渣稳定土填料展现出1000至1800MPa的抗压回弹模量，这与石灰石等建筑材料的力学特性相似。而随着水泥比例的提高，钢渣稳定土的抗压回弹模量也相应增加。基于这些观察，可以推断在选择了适宜的碎石含量后，钢渣稳定土适合作为公路路基的填充材料。

这些结果验证了钢渣稳定土在公路路基应用中的可行性和稳定性，而且对提高路基性能方面的潜力进行揭示。钢渣作为一种环保、经济的路基材料的潜力，其实验结果为在现代路基工程中的应用提供了一定的科学依据。

4、结语

综上所述，钢渣稳定土在公路路基填料中具有巨大的潜力，随着未来技术的进步和环境保护意识的提升，钢渣稳定土将会在公路建设中扮演越来越重要的角色，从而为实现基础设施的可持续发展做出积极贡献。

参考文献

[1]官少龙,吴安耀,郭鸥,等.钢渣工程特性及在工程回填中的应用研究[J].西部交通科技,2019,000 (3):4.

[2]刘克辉.钢渣作为路基填料的工程特性及应用[J].中国公路, 2022,000 (21):98-99.

[3]龙云飞,牛秀萍,冀欣,等.混合钢渣路用性能研究[J].内蒙古工业大学学报：自然科学版,2022,000(2):041.

[4]谢康,陈晓斌,尧俊凯,et al.高铁路基填料振动压实试验参数标准化方法与应用研究[J].岩石力学与工程学报,2023,42(7):1799-1810.