摘 要 敘述了鋼渣的物理力學(xué)性質(zhì)，并針對(duì)其膨脹特性提出了如何因勢(shì)利導(dǎo)，揚(yáng)長(zhǎng)避短用于道路修建的幾種方法。
關(guān)鍵詞 鋼渣 特性 路用性能 對(duì)策
1 前言
鋼渣是煉鋼過(guò)程中排出的固態(tài)廢棄物。隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的逐年提高，鋼渣的排出量也隨之增加， 目前全國(guó)年鋼渣排出量也有幾千萬(wàn)噸之多。就我市而言每年冶金企業(yè)產(chǎn)生的尾渣就達(dá)近百萬(wàn)噸之多， 大量積存的鋼渣不但對(duì)鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展造成巨大壓力，此廢棄物還成為環(huán)境的污染源。因此，如能將鋼渣成功應(yīng)用于道路工程，不但為冶金企業(yè)消除了發(fā)展的后顧之憂，減少占用的農(nóng)田，且為道路建設(shè)提供廉價(jià)的建筑材料，還減少環(huán)境的污染，是一件即利于企業(yè)，又利于社會(huì)的一舉兩得的好事。我市從1995年開(kāi)始利用鋼渣修筑路面基層，至2003年已成功地將鋼渣應(yīng)用于蘇邊線、撫白線、沈環(huán)南線、高望線路面基層中，目前觀察強(qiáng)度及剛度均好于水穩(wěn)基層。
2 鋼渣的物理力學(xué)性質(zhì)
鋼渣是一種固態(tài)非金屬物質(zhì)。通過(guò)對(duì)撫順?shù)撹F公司和撫順市鵝脖嶺鋼鐵廠不同存放期的鋼渣抽樣測(cè)定表明，見(jiàn)表1。其物理力學(xué)性能與石料比較接近，鋼渣的抗壓強(qiáng)度，磨耗率、壓碎值等主要力學(xué)指標(biāo)可以滿足修筑道路基層，乃至路面的要求。
3 鋼渣在道路中應(yīng)用的主要問(wèn)題
鋼渣的主要物理力學(xué)性能雖能滿足道路工程對(duì)集料的要求，但不能據(jù)此認(rèn)為即可毫無(wú)問(wèn)題地在道路工程中應(yīng)用，主要問(wèn)題如下：
(1) 鋼渣的穩(wěn)定性不良
鋼渣與石料的一個(gè)主要差別在于其形成時(shí)間短暫，當(dāng)我們將鋼渣看成一種特殊的火成巖時(shí)，在它形成的初期鋼渣內(nèi)的許多分子在與空氣、水、陽(yáng)光等接觸后將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成在自然界中更為穩(wěn)定的新分子，這個(gè)過(guò)程稱之為鋼渣的陳化。鋼渣在陳化過(guò)程中對(duì)道路工程造成的危害主要是膨脹與粉化。而造成膨脹與粉化的主要原因有：
a) 游離氧化鈣消解
在潮濕的環(huán)境下， 鋼渣中的游離氧化鈣( f - Cao)遇水生成氫氧化鈣[Ca (OH) 2 ]體積增大達(dá)1～ 2倍。
b)當(dāng)鋼渣內(nèi)含硫量> 3%時(shí)，鋼渣中的硫化亞鐵[ FeS]和硫化亞錳[MnS ]與水生成氫氧化鐵[ Fe (OH) 2 ]和氫氧化亞錳[Mn (OH) 2 ] ，體積將分別增大35%～40%及25%～30%。
c)硅酸鹽晶體轉(zhuǎn)化鋼渣中的硅酸二鈣在500～845℃溫度區(qū)間內(nèi)， 由α及β型向γ型晶體轉(zhuǎn)變， 體積增大10% ～ 20% ，致使鋼渣碎裂。
d)氧化鎂消解
鋼渣中的氧化鎂[MgO ]遇水后生成氫氧化鎂[Mg(OH) 2 ] ，體積增長(zhǎng)75% ～80% ，引起鋼渣的脹裂。但是鋼渣內(nèi)的氧化鎂通常以穩(wěn)定晶體存在，在道路適用的環(huán)境中是穩(wěn)定的。由此可見(jiàn)，游離氧化鈣消解是鋼渣膨脹與粉化對(duì)道路造成危害的主要原因。
(2) 鋼渣的密度過(guò)大
鋼渣的密度為3. 5 t/m3 左右，是普通石料的1. 2～1. 4倍。鋼渣用于道路工程中，其運(yùn)輸、拌和、攤鋪時(shí)的能耗要增加10%左右。另外，由于鋼渣的密度較大，在地基承載力不足的軟土地區(qū)不宜使用。
(3) 鋼渣對(duì)環(huán)境的影響
鋼渣的成份復(fù)雜，某些特種鋼的鋼渣內(nèi)含有害物質(zhì)，用這類鋼渣筑路，會(huì)對(duì)道路沿線的環(huán)境造成污染。
4 針對(duì)鋼渣膨脹特性的路用對(duì)策
針對(duì)鋼渣膨脹特性，結(jié)合道路工程的具體要求采取相應(yīng)的對(duì)策，是可以找到鋼渣的有效使用方法的。我們知道，鋼渣的活潑化學(xué)成份與周圍介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程是逐漸發(fā)展的，這是因?yàn)殇撛哂幸欢６龋惨驗(yàn)殇撛鼉?nèi)的活潑化學(xué)成份在鋼渣內(nèi)呈不均勻分布狀態(tài)，位于顆粒表面的活潑化學(xué)成份與其周圍介質(zhì)最早接觸，化學(xué)反應(yīng)最早進(jìn)行，并使鋼渣表面產(chǎn)生碎裂、崩解、剝落、脹裂、裂隙等破壞， 使處于鋼渣內(nèi)部的活潑化學(xué)成分外露，并使它們的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。在活潑化學(xué)成份集中部位，化學(xué)反應(yīng)激烈、膨脹力大，該處的膨脹通常會(huì)造成整塊鋼渣的碎裂或其某一部分的崩解。在活潑化學(xué)成份均勻分布的區(qū)域，化學(xué)反應(yīng)有所進(jìn)行，但激烈程度與膨脹力較前均有極大消弱，這些區(qū)域內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，通常僅會(huì)造成鋼渣表面的剝落、脹裂或松散， 而不至于造成整塊鋼渣的碎裂。因此，鋼渣在道路工程中應(yīng)用可遵循以下原則：
a)應(yīng)嚴(yán)格控制應(yīng)用于道路工程中的鋼渣粒度， 同時(shí)應(yīng)盡量使大粒徑鋼渣穩(wěn)定，這樣就可使鋼渣結(jié)構(gòu)層內(nèi)化學(xué)反應(yīng)盡快完成，同時(shí)也不會(huì)因化學(xué)反應(yīng)造成局部集中膨脹。
b)正確設(shè)置鋼渣結(jié)構(gòu)層內(nèi)孔隙，利用鋼渣具有的膨脹特性，用膨脹量去充填原結(jié)構(gòu)層內(nèi)的孔隙，或引導(dǎo)膨脹量向土基發(fā)展，使土基更趨密實(shí)。
c)利用鋼渣化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的膠體，使該結(jié)構(gòu)層板體作用更強(qiáng)，強(qiáng)度更高。
5 鋼渣的幾種應(yīng)用方法
(1) 在低等級(jí)道路中用鋼渣鋪筑面層這些道路主要是鄉(xiāng)村道路、礦區(qū)道路、高等級(jí)道路施工時(shí)的便道等。這些道路交通量不大，車速不快，即使鋼渣略有膨脹，也不影響其使用。這類道路使用1～2年后再在上面鋪筑瀝青混凝土路面，則是非常理想的，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，鋼渣內(nèi)的活性材料均已反應(yīng)并趨向穩(wěn)定，而使鋼渣層逐漸板結(jié)成具有一定強(qiáng)度，比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層。
(2) 鋪筑鋼渣基層
鋼渣的另一種應(yīng)用方法是單純使用鋼渣鋪筑道路基層。由于鋼渣具有一定粒度，因此壓實(shí)仍具有一定孔隙，當(dāng)鋼渣產(chǎn)生膨脹時(shí)，大部分膨脹量將充填孔隙，使基層更趨密實(shí)。另外，鋼渣在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的膠體材料對(duì)松散的鋼渣起了膠結(jié)作用，而使基層形成具有一定板結(jié)性質(zhì)的半剛性基層。但由于鋼渣的膨脹性和膨脹后鋼渣顆粒的細(xì)化，故采用鋼渣鋪筑基層時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a)控制鋼渣的最大粒徑，使膨脹不至于集中于一點(diǎn)；
b)選擇合適的級(jí)配與壓實(shí)度，使壓實(shí)后的基層既有一定孔隙供膨脹去充填，又不至于因大顆粒裂解造成支承不足。
c)確定合適的游離氧化鈣含量，使膨脹量不至于過(guò)大，但又有一定的膠結(jié)能力。鋼渣基層，其理想的混合料組成為：( 1)最大粒徑dmax ≤50mm (方孔，下同) 。( 2)粒徑20 ～50mm 占50%～70%，以形成混合料主骨架，其f - Cao含量應(yīng)< 3% (或其粉化率< 5%) 。通常，露天堆放三個(gè)月以上的鋼渣可達(dá)到此要求。( 3)粒徑< 20mm 的細(xì)渣占30%～50% ，并要求有不少于70% < 5mm 的顆粒。其游離氧化鈣含量6% ～9%。通常，露天堆放期不超過(guò)一個(gè)月的新渣均可滿足這一要求。建議的級(jí)配見(jiàn)表2。
用鋼渣鋪筑級(jí)配基層的特點(diǎn)是其承載力不如半剛性基層，其合適的應(yīng)用范圍是次干道的基層?；蚋叩燃?jí)公路的底基層。
6 結(jié)論
鋼渣應(yīng)用于道路工程，國(guó)內(nèi)已摸索了數(shù)十年，既有成功的經(jīng)驗(yàn)，又有失敗的教訓(xùn)。但鋼渣的應(yīng)用是社會(huì)發(fā)展的需要，而道路工程又是其最大的應(yīng)用方向。在道路工程中成功地應(yīng)用鋼渣，源自于對(duì)鋼渣特性的認(rèn)識(shí)，也依賴于施工中的認(rèn)真管理，精心操作。
(1) 鋼渣用于道路工程危害是它膨脹與粉化， 若不給予充分認(rèn)識(shí)，采取相應(yīng)措施就可能對(duì)工程造成危害。
(2) 解決鋼渣膨脹與粉化的關(guān)鍵是：a)控制鋼渣的最大粒徑； b)設(shè)置合適的孔隙率； c)控制鋼渣內(nèi)(尤其是大粒徑鋼渣)游離氧化鈣含量。
( 3) 目前，提高普通鋼渣穩(wěn)定性的有效途徑是：a)在冶金部門探索鋼渣的處理工藝，力爭(zhēng)在鋼渣的初次處理中，降低游離氧化鈣含量。b)將磁選后的尾渣堆置濕存是經(jīng)濟(jì)可行的陳化方法。
(4)不同冶金企業(yè)的鋼渣均有不同的特性，使用前均需摸清它們的適用性及其陳化規(guī)律。
(5) 應(yīng)充分利用鋼渣的活性性能。
