建筑实践2023年10期

钢渣稳定土应用于路基工程中的研究

李远广 李琎 焦仲恒 徐爱臣 王磊

甘肃交通精石矿业有限公司

摘要：钢渣是炼钢过程中排除的废渣，为了促进工业固废钢渣在路基工程中的再次利用，不对环境造成土地浪费和环境污染。将钢渣作为路径工程中的地基回填料，提升路基素土性能，提升路基建筑工程的使用寿命，降低工程建设成本，促进钢铁工业生态可持续发展。文章结合钢渣灰土形成的各种强度的力学性能分析，通过结果对比验证了钢渣稳定土用于路基工程中路床材料可行性，为路基工程运用钢渣稳定土提供了有效参考。

关键词：钢渣废料；钢渣稳定土；路基工程；路用性能

钢铁业在生产过程中会产生大量的钢渣副产物，不仅对环境造成严重污染，并且也占用了大量的土地资源[1]。目前，对于钢渣的再生利用研究主要包括了钢渣水泥、钢渣玻璃以及透水砖等领域的生产，但是钢渣作为一种路用性能较好的路基回填料，针对钢渣稳定土路用性能方面的研究较少。基于此，文章将以次生钢渣作为路基回填的原材料，在原有的钢渣废料上经过循环水洗，去除钢渣中含有的重金属、铁矿石等物质，并且去除钢渣中游离氧化钙（f-CaO），避免制成的钢渣稳定土在路基回填工程中，影响道路性能，使道路气鼓开裂[2]。文章针对次生钢渣的特点，对钢渣和灰土制成的路基回填材料的性能进行分析，为钢渣稳定土在路基工程中的应用提供参考。

1. 实验原材料

1.1次生钢渣

文章选取的是经过钢铁厂的湿式磁选法筛洗过后产生的次生钢渣，在经过两次循环水洗过程之后，将刚查送至球磨机进行循环研磨直至钢渣直径小于3mm，将研磨后的刚查送入磁选机，将非磁性矿物和磁性矿物进行分离，最后得到次生钢渣[3]。根据筛分法对钢渣颗粒进行分析，通过摇筛机初筛和人工手筛后得出了钢渣颗粒的分析结果（如表1所示）。

表1钢渣颗粒筛分结果

并且文章选取的次生钢渣在对颗粒进行X射线色散谱进行分析，确定本文选取的次生钢渣化学成分表如表2所示。

表2 次生钢渣化学成分表

由表2可见，本文选取的次生钢渣中没有游离的Fe、Mn等物质，将其应用于路基工程建设中，并不会造成污染和影响道路性能[4]。

1.2素土

    本文采取的素土样本取自深度为0.8m～1m的黄褐色黏土，有很强的可塑性。其天然含水率为26.3%，级配良好，属于均匀性的颗粒，但是其液塑限不符合钢渣稳定土的标准。因此，需要将样本进行处理，降低其液塑限来满足路基回填工程的要求。之后按照石灰和水泥的掺配比例为9%和6%的配比来制作钢渣稳定土[5]。

2. 实验方法

2.1 CBR实验

CBR即加州承载比是用来反映土体抗局部剪切强度的指标，用来测试公路路基上的抗局部剪切能力，将素土样本和钢渣按照比例充分搅拌后，按照最佳含水量配置的蒸馏水进行拌合之后用压实法成型。根据公式（1）计算出材料贯入量为2.5mm的CBR；再利用根据公式（2）计算出贯入量为5mm时的CBR。若经过多次实验后贯入量为5mm时的CBR仍然大于2.5mm时的CBR。则采用5mm时的CBR[6]。

2.2无侧限抗压实验

通过无侧限抗压强度实验来测试钢渣稳定土的强度，将之前测试CBR拌合后的素土样本进行闷料之后采用压实法成型，最后将其分三次倒入模具中，最后用千斤顶将其压实，完成稳定土的制样。其抗压强度在可以通过式（3）进行计算。

3. 实验方案

研究采取的素土样本加入钢渣后的钢渣稳定土的路用性能，需要探究稳定土的性能变化，然后通过添加石灰进行改性后研究制成样本的力学实验性能，探究灰土在钢渣稳定土中的作用。根据实验研究的结果得出钢渣稳定土强度最高的最佳配合比。

4.实验结果分析

4.1钢渣稳定土CBR实验结果

根据测试方法按照稳定土制成的最大密度和最佳含水量，以95%的压实度进行制样，最后制成不同配比的钢渣灰土的CBR值，对其素土样本a、b、c三组样本进行比较，取得其平均值得到其关系曲线（如图1所示）。

图1 不同制土样本的单位压力与贯入量关系曲线

通过CBR值结果对比，在钢渣灰土中加入实惠提升了钢渣灰土的CBR值，在某种程度上增强了钢渣稳定土的粘聚性。

4.2钢渣稳定土无侧限抗压实验结果

在素土样中加入8%的石灰后，分别在样品a、b、c中加入含量为25%，45%，75%的钢渣，对制样样品进行实验，得到实验结果如表3所示。从表3中可以看出，加入石灰的钢渣灰土在无侧限抗压实验中的强度较钢渣土的强度明显提升。

表3无侧限抗压实验结果

由CBR一样和无侧限抗压实验可以得出，钢渣经过石灰改性之后的稳定土可在强度和韧度上都有大幅提升，石灰对钢渣颗粒具有较强的黏结作用，提升了钢渣稳定土的强度，随着使用年限的增长，石灰对钢渣活性的激发强度越高，从而挣钱了钢渣稳定土在后期路基工程中使用的寿命。

结语：

综上所述，钢渣作为一种路用性能极好的路基回填材料，将其科学地进行支持利用，可以减少资源浪费和环境污染。文章通过实验检测了拌合后的钢渣灰土CBR值，并且通过无侧限抗压实验检测出拌合石灰后的钢渣稳定土强度稳定性符合路基工程的要求。这是由于石灰对渣土颗粒具有较强的胶黏作用，随着使用期限的增长，拌合石灰后的钢渣稳定土强度大幅度提高，增强了钢渣灰土的强度和其稳定性，可以更好地运用在路基工程建设中。

参考文献：

[1]  金明亮,王兴涛,郑万鹏,等. 钢渣作为胶凝剂稳定黄土路基研究与应用[J]. 公路,2022,67(9):101-108.

[2] 汪彬. 钢渣稳定土在路基工程中的应用探究[J]. 中国公路,2022(13):96-97.

[3] 肖光书. AC-16钢渣沥青混凝土配合比与路用性能试验研究[J]. 路基工程,2021(6):123-130.

[4] 张军林,王绍安,任国斌,等. 细粒式钢渣改良黄土路基研究[J]. 中国建材科技,2021,30(5):75-78.

基金项目：甘肃省科技重大专项甘肃省绿色智慧公路关键技术研究及示范

项目编号：21ZD3GA002

作者简介：李远广（1978年-），男，建筑与土木工程专业，高级工程师，主要从事工业固废道路资源化综合利用成果转化应用工作。