钢渣的体积膨胀抑制及沥青混合料性能研究

采用有机硅防水剂对钢渣表面进行改性处理，从而达到抑制钢渣体积膨胀的目的，并对改性前后钢渣沥青混合料的高温稳定性?低温抗裂性?水稳定性和体积稳定性进行了对比分析?结果表明:改性钢渣沥青混合料能明显改善沥青路面的路用性能，延长使用寿命，具有较好的耐久性和安全性?

钢渣是炼钢过程中产生的副产品，其生产量大约占粗钢产量的10%-20%[1,2,3]，但是钢渣的综合利用率仅有20%?钢渣坚硬耐磨，与沥青的黏附性较好，能有效满足沥青路面耐磨?抗滑等功能?但是钢渣中含有部分以游离态存在的氧化钙和氧化镁，遇水后反应产生体积膨胀[4,5]，且持续时间长，从而造成钢渣在工程应用中具有一定的膨胀隐患?

用甲苯按用量比1:1稀释硅树脂，同时添加4%的助剂(助剂由渗透剂?消泡剂等按一定比例混合而成)，配制成硅树脂防水剂?分别喷洒按钢渣质量1%?2%?4%?6%的硅树脂防水剂，在喷洒过程中不断搅拌，然后放入180℃的烘箱中固化2～3小时，最后取出钢渣冷却?

4%的有机硅树脂防水剂对钢渣的改性效果最佳，能使钢渣的吸水率和压碎值分别降到0.53%和10.1%，这是因为防水剂在钢渣表面形成一层高强度致密薄膜，封住了细小孔隙和微裂缝，改善了钢渣的表面微观结构?

图3  钢渣的浸水膨胀率

采用SEM观察4%硅树脂防水剂处理后的改性钢渣的表面微观形貌，改性钢渣表面放大300和1200倍后的SEM成像图如图4所示?

图4改性钢渣表面微观图

本研究采用规范要求的AC-13各个粒径范围的中值进行配合比设计，如图5所示，4.75mm粒径以上的粗集料采用钢渣，4.75mm粒径以下的细集料采用玄武岩，填料采用石灰岩矿粉?由于钢渣与天然集料在密度方面存在较大差异，因此需要通过体积-质量换算的方法得到不同粒径范围内集料的质量占比?

 图6  车辙试验结果

图8  沥青混合料的浸水体积膨胀率

图9  沥青混合料水稳定性试验结果

(1)采用有机硅防水剂对钢渣表面进行改性处理后，可将钢渣的吸水率?压碎值和72h浸水膨胀率分别降至0.53%?10.1%和0.96%?SEM的观测结果表明，有机硅防水剂能在钢渣表面形成一层致密的防水薄膜?

(2)与普通钢渣沥青混合料相比，改性钢渣沥青混合料的最佳油石比降低了0.7%，这说明钢渣改性处理后能显著降低钢渣的吸油量，节约成本?

(3)与普通钢渣沥青混合料相比，改性钢渣沥青混合料的高温稳定性和水稳定性均得到了提升，尤其是水稳定性，改性钢渣沥青混合料的冻融劈裂强度比和浸水残留稳定度提升至91.3%和91.1%，优于玄武岩沥青混合料，此外浸水膨胀率也有着较大降低，满足规范要求?