水泥钢渣土在公路底基层中的应用效果分析

摘要：钢渣垫层是处理该类路基经济有效的方法，级配良好的钢渣,具有很好的填筑性能和水稳定性, 可达到很高的密实度，论文重点以掺钢渣的水泥稳定土为研究对象，研究在水泥稳定土中掺入适量细钢渣代替部分土后，道路的应用效果。各项技术指标都能满足,尤其是在承载力、整体性、水稳性三方面都有较高的应用效果。

关键词：水泥土钢渣 应用效果

近二十年来，钢渣的利用越来越受到重视，利用率不断提高，世界上许多钢产量较大的国家都十分重视钢渣的处理和开发利用，基本上达到产用平衡。道路建设是大规模利用钢渣的有效途径，在天然砂石材料相对缺乏或运距较远的地方，钢渣可以替代天然材料铺筑路基，还可以用于铺筑路面的垫层和底基层，尤其适合处理沼泽地、下湿地等不良地质地段基底。在满足一定路用性能的前提下，能够节约土地资源，减少钢渣对环境的污染，降低工程造价，充分发挥其经济效益和社会效益。另外，利用钢渣的微膨胀性减小基层和底基层的收缩，提高水泥稳定土半刚性基层路面的使用性能。

1水泥钢渣土配合比确定

进行配合比设计的目的是为了合理的确定混合料的各组成成份的用量，使组成的混合料具有良好的结构性能和强度性能，满足结构层的基本要求。混合料配合比设计的好坏，将直接影响我们所设计的结构层的强度、使用质量和使用寿命。按照一定配合比配制的水泥土作为路面基层材料使用，应满足以下几个基本要求：①混合料应具有足够的刚度和强度；②混合料应具有良好的耐久性；③混合料应具有足够的抗冲刷能力、水稳定性和冰冻稳定性；④混合料的温缩和干缩应较小；⑤混合料应易于摊铺，并能达到良好的平整度；⑥混合料应经济适用，达到节约的目的。水泥土混合料的配合比确定包括两个方面的内容：一是水泥与土之间的比例，即水泥剂量；二是钢渣与土之间的比例。由于本课题主要是分析和研究钢渣对水泥土物理力学性能的增强作用，所以主要目的是通过测试掺入不同量钢渣对水泥土强度等各方面的影响程度，确定钢渣的最佳掺量。

1）水泥与土之间比例的确定

水泥是水泥土的结合料，是混合料中最具活性的组成材料。它赋予了水泥土的半刚性性质。水泥含量过多，易使材料温缩和干缩过大，致使混合料的抗裂性和耐久性降低，且经济上不合理；而水泥含量过少，则难以使结构层的强度、板体性得到保证。因此，水泥存在一个经济剂量。《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034―2000）中规定做底基层时，对于塑性指数小于12的土，水泥剂量可选4%、5%、6%、7%、9%，其他细粒土可选6%、8%、9%、10%、12%。结合有关资料和相应的论文，水泥剂量一般偏向于较小值，因此，本试验拟定水泥剂量为4%、6%、8%。

2）钢渣与土之间比例的确定

本课题研究的重点，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。本试验采用的是过2 mm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；掺入太多，游离氧化钙（f-CaO）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，所以掺入钢渣的量要适度。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0%、20%、40%、60%。

2水泥钢渣土在公路底基层中的应用效果分析

2.1水泥钢渣土的击实试验

试验结果表明：1）在各种水泥剂量情况下，掺钢渣的混合料的最大干密度都随钢渣掺量的增多而增大；2）掺钢渣的混合料的最大干密度均小于不掺钢渣的混合料的最大干密度；3）三种水泥用量的混合料中，最佳含水量均随着钢渣掺量的增加而增大。由于钢渣的砂性较粘性细粒土的大，掺入钢渣后，混合料的空隙率增加，密实程度降低。当钢渣掺量达到一定程度后，空隙率的变化不再起主导作用，此时，由于钢渣的容重较土的要大，故最大密实度随钢渣掺量的增多而增大。钢渣的砂性，使得混合料的吸水性和保水性较差，所以最佳含水量随着钢渣掺量的增加而增大。

2.2无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验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，也是混合料组成设计最主要的依据。试验结果表明：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。从其强度形成机理来看，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能力的水化产物，钢渣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铝酸钙，硅酸钙和铝酸钙是胶凝物质，具有水硬性和很强的粘结力。2）同一水泥剂量，掺钢渣的混合料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，其主要固化机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。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）。前期的强度发展（28d龄期之前），是钢渣掺量20%的试件的强度最高；随着强度的发展，后期钢渣掺量40%的试件的强度较高，所以钢渣的掺量要合适。

2.3劈裂抗拉强度试验

经综合比较分析可得以下几点规律：

1）各种混合料配合比的劈裂抗拉强度都随着龄期的增长而增长；2）对同一水泥剂量及相同龄期的水泥土，掺钢渣以后劈裂抗拉强度均大于不掺钢渣时的劈裂抗拉强度；3）对同一水泥用量的各种混合料配合比，各龄期的劈裂抗拉强度均随钢渣掺量的增加，表现出先增大后减小（即呈抛物线变化）的特点。可以看出钢渣掺量在20%～40%时的强度较高，所以掺入钢渣的量有一个合适的范围。钢渣所含主要成分为二氧化硅、氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、氧化铁。掺入钢渣后，钢渣所含的游离氧化钙遇水生成氢氧化钙，氧化镁遇水生成氢氧化镁，与抗压强度的增长机理一样，混合料内部的化学反应随着时间的延长而不断进行，并要持续一个相当长的时间才能完成，因此混合料的抗拉强度随龄期而不断增长。细度对活性有较大的影响，钢渣颗粒越多，混合料中发生火山灰反应的细颗粒的总比表面积就越小，即土颗粒与钢渣、水泥胶结料之间能够产生粘结的界面就越少，从而使得水泥、钢渣与土的界面粘结强度变小。而界面粘结强度是影响水泥土抗拉强度的关键因素之一，界面粘结强度越小，劈裂抗拉强度就越低。因此，当钢渣的掺量太大时，混合料总体的活性降低，从而强度降低。

2.4抗压回弹模量试验

回弹模量又称路面弹性模量，是表示路面弹性性质的力学指标，用来表征土基或路面材料抵抗竖向变形的能力。试验结果表明：无论是掺钢渣还是不掺钢渣的混合料试件的抗压回弹模量一般随着龄期的增长而增强；掺入细钢渣后的回弹模量较不掺前有所增长，随着掺量的增加，回弹模量增大，当钢渣掺量大到一定程度时（约60%），回弹模量趋于平稳，并有下降之势。

3结语

论文重点针对在水泥土中掺入钢渣，用细钢渣部分取代土后，水泥钢渣土混合料的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压回弹模量、干燥收缩和温度收缩的变化情况，分析水泥用量和钢渣掺量的变化对混合料性能的影响。结果表明：用钢渣代替部分土的水泥钢渣稳定土的强度、刚度和收缩性能与普通水泥土相比一点也不低，甚至有些指标还优于水泥土，所以水泥钢渣土应用于各等级公路的底基层是可行的。