基于膨胀机理的钢渣基层材料体积安定性研究.doc

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1、文章集号:0451-0712(2013)04-0169-06中图分类号：U414.701文献标识码：A基于膨胀机理的钢渣基层材料体积安定性研究阮文】，胡圣魁2,陈泽宏2,曾梦澜2<1.广东省公路勘察规划设计研究院股份有限公司广州市510091；2.湖南大学土木工程学院长沙市410082)摘要；通过建立卜CaO粒子水化膨胀模型以计算钢渣顆粒/混合料膨胀率，按不同配合比进行无机结合料稳定类混合料崩解试验，探讨了钢渣作为基层集料的体积安定性.f-CaO粒子水化膨胀模型计算结果显示，钢渣膨胀待性与f-CaO含量、钢渣頼粒大小及钢渣密实度有直接关系，钢渣颗粒越大体积安定性越差。1

2、%的卜CaO完全水化增加钢渣1.15%膨胀率.801水浴试验结果表明模型计算与实际钢渣粒料膨胀率吻合程度较好，平均误差为6.11%.混合料朗解试验结果表明，无机结合料稳定钢渣膨胀破坏为局部破坏，其抗冲刷性能越好其体积安定性越佳，抗冲刷性能水泥稳定类优于二灰稳定类•悬浮级配优于骨架级配.水泥悬浮钢渣体积安定性最佳，水泥剂曲不宜低于3%。钢渣作为路用基层集料的体积安定性宜按照钢渣粒料可能发生的最大膨胀率而非整体膨胀率评价。关键词：钢渣；基层；膨胀机理；体积安定性长期以来，钢渣作为路用集料一直没有得到广泛的认知和使用，原因之一是钢渣成分受炼钢工艺影响很大，物理性能较一般集料而

3、言具有不确定性。但钢渣在许多国家是作为优质集料来使用的，它的抗破碎能力优于一般岩石〔「2】。制约钢渣大量运用于公路建设的另一重要原因是其遇水缓慢膨胀，具有体积不安定性⑶。公路规范中仅在《公路沥青路面施工技术规范XJTGF40—2004)条文4•&9中对钢渣原材料性质提出了游离氧化钙含量不大于3%、浸水膨胀率不大于2%的要求⑷。钢渣基本性质与其路用性能联系尚无系统研究，考虑其体积安定性的具体配合比设计及施工技术则仍处空白。本文依据卜CaO水化机理建立f・CaO粒子膨胀模型，通过计算预估钢渣膨胀，结合试验探讨以钢渣作为集料的公路基层材料的体积安定性。1钢渣基本性质和矿物组成

4、由于炼钢工艺、造渣剂成分及熔渣冷却方式的不同，固体钢渣分为致密与多孔两种结构类型。致密钢渣表面构造与普通碎石无异，多孔钢渣其内部及表面存在蜂窝状结构，故钢渣表观密度存在较大变异性。大部分钢渣由Ca()、MgO、SO和FeO组成，在我国规定的低磷([P]V0・045%)炼钢工艺中，上述氧化物在熔渣中占88%〜92%。因此，钢渣可简要表示为CaO-MgO-SiO2-FeO四相体系，然而这4种氧化物和其他微量成分具有较高变异性,取决于不同的炼炉种类、冶炼工艺及材料矿物组成。除四相外，二价氧化物MgO.FeO.MnO在高温熔融条件下组成混合晶体(RO相)，资料显示RO是相对稳定

5、的⑸。我国现有炼钢工艺下钢渣成分范围见表I""】。钢渣的冷处理工艺有热泼法与热蜩法,不同冷处理方法下的钢渣晶体组成与水硬性不同，同一冷处理法下钢渣块表面和内部的水硬性能亦不同C8_9]o钢渣水化能力由其碱度决定，碱度K=CaO/(SiO2+P2O5)o当碱度大于2・2,钢渣的主要矿物成分为2CaO・SiO2.3CaO•SiO?及RO相。由于炼钢过程中不断加入石灰作为造渣剂，钢渣碱度一般大于2・2(见表1),其。2$和。3$含量在50%以上，故钢渣与硅酸盐水泥熟料成分相近。但钢渣生成温度一般高于水泥熟料生成温度200〜3009,结晶致密，晶体粗大，固熔少量其他矿物，可称为

6、“过烧硅酸盐水泥熟料"[切。基金项目：湖南省交通运输厅2009年度科技进步与创新项目，项目编号200914,长湘高速公路资源节约型和环境友好型科技示范工程項目，项目编号CXKJSFO2O2收稿日期：2012-08-15*1国内钢谨成分成分SiO2Fe?O3AhO3CaOMgOSO3P2O5MnO含量/%5〜215~321〜2535〜641〜80-1〜1・20.2〜1.20.6〜42膨胀机制钢渣中虽有较高含量的CaO,但其在成渣过程中FeO、SiQ等结合成硅酸盐，水化后形成矿物骨架。依据已有对钢渣膨胀恃性的研究,影响钢渣体积安定性的成分为游离氧化钙（f-Ca（））和以维式

7、体存在的MgO,MgO只能在低碱度环境中发生水化反应，故本文中f-CaO作为影响钢渣膨胀性的主要因素⑸。转炉炼钢过程中为去除S、P、C、0杂质，在约1700°C下向液态生铁中加入石灰（CaO）与白云石造渣，过烧生成f-CaOof-CaO相对密度为3.34,可与水发生水化反应生成相对密度为2.23的Ca（OH）2e在此水化反应中，f-CaO体积增大，引起钢渣膨胀。2.1化学变化普通锻烧石灰（CaO）与钢渣中游离氧化钙（卜CaO）化学成分相同但晶体结构相异，前者在30min内可完成水化反应，后者因结构致密而水化速度较CaO慢。卜CaO与水的反