贾红玉，刘敬东，郭玉安
（安阳钢铁集团有限责任公司，河南安阳455004）
摘要：介绍了钢渣的产生过程及钢渣的基本性质，从技术、市场等方面对钢渣在道路工程中的应用进行了分析。提出了安钢钢渣在道路工程中利用的方案，就安钢钢渣在道路工程中的应用可行性进行了探讨。
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关键词 ：钢渣；道路；可行性
中图分类号：X757文献标识码：A文章编号：１００８－９５００（２０15）02－００34－０3
收稿日期：２０14－11－24
作者简介：贾红玉（１９68－），男，河南许昌人，高级工程师，从钢铁冶金渣处理及综合利用工作。
据统计，2013年我国粗钢产量已达7.82亿t，钢渣的产生量约为9 300万t。对钢渣的利用，在国外应用较广，据资料显示约有30%~50%钢渣用于工程建设，且普遍使用钢渣铺筑沥青面层，所铺筑的路面比普通碎石材料承载力更高，且有良好的强度、耐磨性和防滑性、耐久性等特点。在我国，由于钢渣中含有少量的f-CaO和f-MgO，会影响道路的质量，应用较为缓慢。但随着钢渣处理加工的深化，钢渣在某些工程领域较天然砂、石更具有特性优势。
1钢渣的基本性质
1.1物理性质
钢渣是炼钢过程中的副产品，呈黑色，外观像结块的水泥熟料，夹带部分铁粒，硬度大，密度约为1 700~2 000 kg/m3。钢渣来源于铁水与废钢中含铝、硅、锰等元素氧化后形成的氧化物。
1.2化学性质
主要化学成分有：CaO、SiO2、FeO、Al2O3、MgO等，成分组成基本稳定。钢渣的主要矿物组成为橄榄石（FeO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、硅酸三钙（3CaO·SiO2）、铁酸二钙（2CaO·Fe2O3）和f-CaO等。
1.3钢渣膨胀的机理
f-CaO的水化是钢渣膨胀的重要原因，f-CaO遇水后水化形成Ca（OH）2，体积膨胀98%。钢渣中的f-CaO主要来源一是在1 400~1 500 ℃高温下，炼钢过程中造渣和调节碱度加入的石灰，在转炉中因表面与SiO2生成难溶的硅酸二钙（2CaO·SiO2），阻止石灰进入渣相中，在高温下形成死烧石灰，这是钢渣中f-CaO 的主要来源；二是钢渣中硅酸三钙（3CaO·SiO2）在冷却过程中分解成硅酸二钙（2CaO·SiO2）和f-CaO。 除f-CaO以外，钢渣中还存在少量的f-MgO，f-MgO遇水后水化形成Mg（OH）2，体积膨胀148%。这是钢渣膨胀的另一个原因。
2钢渣集料的技术性质
2.1钢渣集料的物理力学性质
将安钢“热焖”处理后钢渣经室外陈化3个月，对0~10 mm、10~20 mm、10~30 mm3种规格的钢渣进行物理力学检测。进行了筛分析、压碎值、密度和吸水率、针片状含量、粒径＜0.075 mm的含量、软石含量、活性（f-CaO、f-MgO）含量、浸水膨胀率等指标的检测。3种钢渣的物理力学性质见表1、表2、表3。
通过对钢渣物理力学性质的分析可知，除吸水率、粒径＜0.075 mm含量略有超标外，其它指标能够满足国家交通部行业标准JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中对粗集料的指标要求
2.2钢渣配制水泥稳定基层混合料性能分析
将钢渣与水冶产石屑和海工325水泥进行了配合比设计。配合比为：水泥∶钢渣（10~30 mm）∶钢渣（10~20 mm）∶钢渣（0~10 mm）∶石屑为4.5∶37∶28∶15∶20 ，其合成级配符合国家建设部行业标准CJJ1-2008《城镇道路工程施工及验收规范》中的要求。按此配比制作钢渣无侧限强度试件1组，测试其7 d无侧限强度。
7 d无侧限强度见表4。
从表4中可知，无侧限强度平均值5.8 MPa，高于水泥稳定碎石一般平均强度值5.0 MPa，符合国家建设部行业标准CJJ1-2008《城镇道路工程施工及验收规范》中指标要求。
2.3钢渣配制沥青混凝土混合料性能分析
将钢渣与水冶产石屑和山东产70﹟沥青进行AC-13C型沥青混凝土配比设计试验。配合比为：沥青∶钢渣（10~20 mm）∶钢渣（0~ 10mm）∶石屑=5.0∶45∶30∶25，其合成级配符合国家建设部行业标准CJJ1-2008《城镇道路工程施工及验收规范》中的要求，制作马歇尔试件两组，测试其稳定度。
试件稳定度见表5。
从表5中可知，稳定度平均值为13.92 kN，符合国家交通部行业标准JTGF40-2004《公路沥青路
面施工技术规范》且高于一般普通碎石材料配制的沥青混凝土7~11 kN的稳定度。
3钢渣的应用
3.1在低等级道路中的应用
低等级道路是指乡村道路、支路以及施工便道，这些道路交通量不大，车速较低，即使钢渣略有膨胀，也不影响使用。这类路面使用1~2年后再铺筑沥青混凝土面层，效果极佳。因为随着时间的推移，钢渣内的活性材料均已反应且趋向稳定，使钢渣面层逐渐板结成具有一定强度、比较稳定的结构层。
3.2用于水泥稳定土基层
二灰类半刚性基层材料早期强度低，水稳性差，冻融后强度不足，容易造成二灰类基层沥青路面在使用期内出现开裂，冻融破坏等。掺入钢渣能有效提高其早期强度，缩短工期、降低成本。
水稳定类半刚性基层材料在实际应用中容易产生温干缩裂缝，使得沥青面层产生反射裂缝。掺入钢渣能有效改善半刚性基层材料的干缩性，缓解反射裂缝的产生。所以，在半刚性基层中合理掺入钢渣能更好的提高其性能。
3.3用于沥青混凝土混合料
钢渣呈多棱角，特扁、细长粒状较少，因此钢渣的内摩擦嵌挤力优于大部分天然砂石。
钢渣有水硬性倾向，抗水性好。钢渣吸水率不到2%，较天然砂石较低。钢渣沥青混凝土混合料适宜铺筑于潮湿地区的路面。钢渣有空隙，易透水而仍有高硬度，特别适合透水性沥青混凝土。透水性沥青混凝土是目前较先进的路面沥青混凝土，对集料要求是吸水性低，水硬性好，多棱角，大粒度。
钢渣的抗冻性能优于天然砂石。在寒冷地区及开放路面，沥青容易剥落，导致破碎。而钢渣的收缩率很小，钢渣沥青混合料是天然集料稳定性的1.5~3.0倍。钢渣的干渣适宜于冬季摊铺，适宜用作修补路面的热拌沥青混合料。
钢渣耐磨，颗粒形状和自然级配良好，而且与沥青的粘附性较强。此外钢渣与沥青裹附后能很好的抑制钢渣的膨胀性；而且钢渣的比热高，更适合沥青混凝土的摊铺。
4钢渣应用前景分析
4.1政策可行性
国家发改委2011年制定的《“十二五”资源综合利用指导意见和大宗固体废物综合利用实施方案的通知》中明确指出：鼓励钢厂推广应用钢渣“零排放”技术。推动建立技术创新体系，加大钢渣处理及渣钢提纯磁选等先进技术研发力度，突破制约冶炼渣利用的技术瓶颈，重点解决赤泥综合利用等技术难题。大力发展钢渣余热自解稳定化处理，提高金属回收率，推广生产钢铁渣复合粉作水泥和混凝土掺合料，鼓励有色金属冶炼渣在生产建筑、道路材料方面的应用。加快制定冶炼渣综合利用的技术、产品和应用标准，拓宽综合利用产品市场。到2015年，冶炼渣综合利用率提高到70%，通过实施重点工程新增4 000万 t的年利用能力。
4.2技术可行性
2006年8月颁布的国家标准GB13590-2006《钢渣硅酸盐水泥》；2006年9月颁布的国家标准GB/T20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》；2010年9月颁布的国家标准GB/T25029-2010《钢渣道路水泥》以及2010年12月颁布的国家标准GB/T25824-2010《道路用钢渣》等国家标准的颁布实施，为钢渣综合利用的产业化提供了技术支持。
4.3用于道路的可行性
4.3.1热焖技术的应用
2010年安钢集团开始采用“热焖技术”处理钢渣的先进工艺。钢渣热焖处理技术是将热融钢渣倾翻到热焖池内，封盖，打水。水遇钢渣产生蒸汽，使钢渣发生化学反应，f-CaO生成Ca（OH）2，体积膨胀并在温度变化应力作用下破裂粉化，使钢渣稳定。
“热焖技术”处理钢渣与其它钢渣处理方法相比处理工艺简单，渣、铁分离彻底，废钢回收率高，使得处理后钢渣性能得以稳定，为钢渣在工程中直接应用创造了良好的条件。采用“热焖技术”处理后的钢渣其f-CaO和f-MgO含量有效降低，经破碎、筛分后的颗粒度满足工程要求，初步具备在工程中应用的可行性。
4.3.2减少膨胀的方法
常规的路用石料是自然形成的，其化学性能与耐久性能较稳定，而钢渣具有粉化膨胀的特征，随意取用易引起路面的膨胀开裂。为了减少钢渣混合料的膨胀，可以从调整级配、陈化及路面结构设计等方面进行考虑。
通过掺加石料调整钢渣混合料的级配，使得钢渣混合料具有合适的空隙率。f-CaO消解产生的膨胀被混合料内部孔隙吸收，同时起到了挤密的作用，提高了混合料的整体强度。
钢渣经过陈化后，f-CaO不断消解，粉化率明显减小，稳定性不断增加。
此外，设计合理的路面结构，可以减小钢渣混合料遇水的机会，从而减小钢渣混合料的膨胀。一是做好路基排水设计，尽量使路基表面干燥；二是路面基层顶面应采用稀浆封层，减少雨水下渗的可能；三是路面面层宜用密级配的沥青混合料面层，防止雨水下渗。
5结语
（1）通过对钢渣各项物理力学性质及其与水泥混合料和沥青混合料的性能分析得知，钢渣符合道路工程对粗、细集料的指标要求。
（2）在道路工程中推广应用钢渣，对钢渣的资源再生利用，改善环境、走可持续发展道路以及提高经济效益和社会效益有着重要意义。
（3）拓宽钢渣应用的范围，能扬长避短，降低工程造价，变废为宝，利国利民。
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参考文献
1吕心刚.钢渣的处理方式及利用途径探讨［Ｊ］．河南冶金，2013，21（3）：27-29.
2刘敬东，郭玉安.钢渣资源化利用途径探讨［Ｊ］．河南冶金，2014，22（2）：30-32.
（责任编辑／陈军）