钢渣抗滑磨耗层在高速公路应用技术

该项目属 国家重点支撑高技术的资源与环境技术领域，涉及天然优质集料替代与炼钢熔渣处理技术融合在提升沥青路面性能的应用开发 。

我国钢渣年排放量高达1.6亿吨，约占全球总量的85%，但综合有效利用率不足30%，堆积的钢渣占用大量土地资源，严重影响钢铁企业健康发展，对环境造成严重危害。另一方面，我国高等级沥青路面每年新增约1万公里，新建与养护工程需优质集料约1亿吨/年。受生态保护政策管控，且天然集料长期无节制开采，导致沥青路面优质集料开采受限且造价逐年升高，迫切需要开发新型道路材料。国内外大部分钢渣作为水泥混合材或路基填埋等低附加值材料，未能实现钢渣在抗滑沥青路面表层的高值利用，主要原因一是尚无钢渣在沥青路面表层的应用先例，二是缺少高效清洁全量处理和钢渣集料制备技术及设备。基于上述需求，该项目组率先提出钢渣作为沥青路面集料思路，在国家和省部级科研任务支撑下，产学研合作20余年，通过机理研究-工程验证-工艺与装备开发-工程应用，取得系统性的创新成果，实现了钢渣的规模化高值应用，提升了路面性能、延长服役周期，推动了高等级公路的健康与绿色发展。

研究人员通过试验研究发现 钢渣坚硬耐磨，具有成为沥青路面抗滑表层优质集料的潜力 ，但仍存在以下技术难点：（1）钢渣是炼钢过程中铁矿石内各类金属氧化物经富集沉淀冷却而成的复杂混合物，其物相和结构与传统天然岩石完全不同，在沥青路面中利用难度极大。需要基于沥青路面应用场景，探明钢渣物相与结构特性、颗粒形貌与沥青混合料性能对应规律，突破钢渣用于沥青路面技术瓶颈；（2）钢渣中含有一定的活性游离氧化钙，该物质与水反应后体积膨胀近一倍，易释放内应力使沥青路面结构破坏。对钢渣进行大规模清洁高效全量处理，并去除其中有害物质是共性难题，亟需开发钢渣转化为道路建筑材料工艺及装备。此外钢渣集料粒形、比重等性能显著不同于天然集料，现有设计方法并未考虑到这点，需要研究针对钢渣特点的级配设计方法，以充分发挥钢渣力学强度高和棱角性丰富的特点；（3）沥青路面服役环境对材料性能提出更高要求，需要针对我国湿热、高寒、暴雨等服役环境针对性开发钢渣沥青路面，提升耐久性。

（一）根据钢渣上述特点，重点将研究如下研究方向：

1.钢渣抗滑磨耗层沥青混合料的材料组成设计研究：

通过体积法研究不同粒径钢渣集料和天然集料的复配技术，确定级配参数和级配曲线，并提出控制钢渣与天然集料因比重差异产生的级配变异的关键技术。通过室内研究不同级配沥青混合料，提出用于沥青路面表层磨耗层的钢渣沥青混凝土的制备工艺。

2. 钢渣抗滑磨耗层沥青混合料性能研究：

根据《公路沥青路面施工技术规范》及依托工程设计文件要求，研究钢渣与沥青的粘结特性、钢渣沥青混合料的体积性能、水稳定性能、高低温性能等路用性能。针对湖北省公安县气候特点，重点研究钢渣沥青混合料高温抗车辙性能与抗水损害性能。

3. 钢渣抗滑磨耗层沥青路面施工特性研究：

根据依托工程目标和要求，现场实时监测钢渣沥青混凝土生产、运输、摊铺时的温度变化规律及压实度等关键指标，探究热拌钢渣沥青混凝土的有效运距、拌合工艺参数、最佳碾压温度及碾压工艺与普通沥青混凝土施工工艺的区别，跟踪检测以探明沥青路面抗滑性能衰减规律。

（二）适用范围

?适用路面大中修和新建工程的路面面层或养护工程的抗滑磨耗层。

（三）效益分析

钢渣集料的推广应用可显著减少固废堆存，避免沥青路面修建对自然资源的破坏性开采，每吨钢渣集料可在全生命周期内减少沥青路面碳排放约44kg， 若全国50%的道路采用钢渣沥青混凝土，可每年可减少碳排放3520万吨，减碳效果显著。 传统钢渣处理过程中产生大量含尘尾气，粉尘浓度 265-714mg/m ³ ，其中粒径小于10um的粉尘约占总体粉尘的40%左右。该项目钢渣清洁全量处置技术实现总除尘效率大于 95%，排放尾气的含尘浓度较传统技术降低 20 倍。

（四）应用案例

?与各企业开展技术合作开发，实现了1000万吨/年的钢渣全量处置和钢渣集料生产，并在湖北、内蒙古、上海、河南等地不同地域、不同气候环境的路面工程中应用，后期跟踪观测表明钢渣沥青路面性能优异，其中 2003 年修建的武黄高速豹澥段至今仍正常服役。