钢渣在沥青路面中的应用及其环境影响探析

在全球基础设施建设持续推进与环境保护意识日益增强的背景下，传统建筑材料的过度开采与工业废弃物的大量堆积引发的资源与环境问题日益突出。钢渣作为钢铁工业的主要副产品，年产量巨大，其合理回收利用于道路工程，不仅可缓解天然骨料资源压力，还能减少固废污染，具有显著的环保与经济效益。本文基于国内外研究成果，系统探讨钢渣在柔性路面中的应用价值、技术特性及环境影响，以推动其规范化、规模化应用。

一、钢渣的产生与基本特性

钢渣是钢铁冶炼过程中生石灰与铁矿石或废钢中的杂质（如二氧化硅）反应形成的矿物复合物，经冷却硬化后形成类似岩石的材料，可加工替代天然骨料。根据冶炼工艺，钢渣主要分为碱性氧气转炉（BOF）渣和电弧炉（EAF）渣。尽管基本特性相似，但因工艺与控制差异，其性能仍存在一定波动。

全球钢渣产量巨大，每吨钢液约产生100-150kg钢渣。中国作为最大钢铁生产国，其钢渣年产量尤为可观。巴西年粗钢产量约3500万吨，钢渣年产量达450万吨。庞大的产量为钢渣的资源化利用提供了基础。

钢渣具有高密度、高强度、高耐磨性和良好的稳定性，其物理力学性能优于多数天然骨料。化学组成中含硅酸二钙、硅酸三钙等具胶凝活性的矿物，具备用于水泥基材料的潜力。研究表明，钢渣掺入沥青混合料可提高稳定性和密度，降低空隙率，增强刚度和抗变形能力。

二、钢渣在柔性路面中的应用实践

（一）在不同结构层中的应用

1. 基层与底基层

钢渣可作为粗、细骨料用于沥青混凝土基层（如AC22G），替代石灰石等天然骨料，满足强度与稳定性要求。研究表明，钢渣回弹模量较天然骨料高34%–78%，可使路面厚度减少3–5 cm，降低材料用量与成本。钢渣与红土等材料复配还可改善土体塑性、持水性与膨胀性，拓展其在特殊地质条件下的应用。

2. 沥青面层

在微表处、热拌沥青（HMA）、温拌沥青（WMA）和沥青玛蹄脂碎石（SMA）中，钢渣均表现出优良性能。

微表处：钢渣替代硅质骨料可增强抗车辙、剥落和磨光能力，提高路面耐久性；

HMA与WMA：钢渣提升马歇尔稳定度、流值和抗水损害能力，改善骨料嵌挤与能量吸收性能；

SMA：钢渣骨料混合料高温性能优异，抗永久变形能力强，7天膨胀率低于1%，体积稳定性良好。

（二）性能优化作用

力学性能：钢渣显著提高马歇尔稳定度、间接拉伸强度与回弹模量，动态蠕变变形降低40%；

耐久性：表面游离石灰增强抗水损害能力；疲劳寿命在未老化状态下随掺量增加而延长，老化后仍保持稳定；

路用性能：高刚度和耐磨性提升抗车辙能力；粗糙表面增强抗滑性能，提高行车安全性。

三、环境影响评估

（一）积极效益

1.减少固废堆积：降低土地占用与土壤、地下水污染风险；

2.节约天然资源：减少对石灰石、玄武岩等天然骨料的开采，保护生态环境；

3.降低碳排放：钢渣利用减少开采、运输与养护过程中的能源消耗与温室气体排放。

（二）潜在风险与应对

1.放射性风险：部分钢渣含放射性元素，需通过伽马能谱检测控制掺量（沥青混合料≤40%，混凝土≤50%），避免用于室内或人体接触部位；

2.重金属浸出：铬、钡等重金属可能淋溶污染环境。需通过预处理、防渗设计与长期监测降低风险；

3.体积膨胀：游离石灰和氧化镁遇水可能膨胀，导致路面开裂。可通过陈化处理、级配优化和掺量控制抑制膨胀。

四、挑战与展望

（一）主要挑战

1.性能波动大：因来源与工艺差异，钢渣性能不一致，影响混合料稳定性；

2.成本问题：加工、运输成本较高，经济性优于天然骨料；

3.标准缺失：缺乏统一的应用规范与质量控制标准，制约大规模推广。

（二）发展建议

1.加强技术研发：优化加工与改性技术，建立钢渣性能数据库，提升稳定性；

2.降低成本：通过规模化生产、优化运输与政策支持提升经济性；

3.完善标准体系：制定钢渣选用、检验、施工与质量控制标准，推动规范化应用；

4.拓展应用场景：探索在长寿命路面、生态路面及附属设施中的应用，实现资源多元化利用。

五、结语

钢渣作为性能优良的绿色建筑材料，在柔性路面中应用前景广阔。通过技术进步、成本控制与标准完善，钢渣有望在提升路面性能的同时，显著促进资源循环与环境保护，推动道路工程向可持续发展转型。