高炉矿渣在道路基层施工中的应用

　　摘要：高炉矿渣具有天然碎石所罕见的水硬性，用高炉矿渣筑成的道路基层在长期使用过程中，还将进一步硬化，提高承载能力。本文就高炉矿渣在道路基层施工中的应用问题进行了讨论。

　　关键词：高炉矿渣,道路施工,应用

　　矿渣是矿石通过高炉冶炼金属(铁)剩余的废渣，经一定破碎形成级配混合矿渣制成，用作修筑道路基层的材料。

　　实践证明是较好的建筑材料，变废为宝，取材方便。矿渣材料除高炉炉渣外(铁渣)，还有转炉炉渣、电炉炉渣、平炉炉渣等。高炉炉渣的碱性较小，PH值为9.8左右，大致接近中性，其他炉渣(钢渣)的碱性为12.0左右，碱性太高，膨胀性大，适宜的道路基层材料为高炉炉渣。

　　1.矿渣材料的性质及其反应机理

　　道路基层采用高炉炉渣作筑路材料时，应严格掌握高炉炉渣材料的性质，只有选择合适的道路基层材料方能进行施工生产。

　　1.1在高炉(熔矿炉)内，因焦炭燃烧矿石(人造铁精矿)、石灰石、萤石等原料在1500℃的高温中熔融，这时氧化铁失去氧，被还原成生铁，与生铁同时排放出的非金属生成物即高炉炉渣。

　　1.2石灰石的主要成分为氧化钙(CaO)、铁矿石和焦炭中所含的二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(A12O3)、氧化镁(MgO)等构成了高炉炉渣的主要成分，其化学成分的比例为：氧化钙(CaO)约41%、二氧化硅(SiO2)约34%、三氧化二铝(A12O3)约15%，与水泥的化学成分相类似，因此，和水泥性质一样，高炉炉渣具有和水反应硬化的性质即水硬性，从炉中排出的熔融矿渣直接倾入水池急骤冷却时，就成为水淬炉渣，呈1—3mm玻璃颗粒状，另一方面进入矿渣场露天空冷或适度地进行洒水缓冷，构成块状缓冷矿渣，水硬性程度要低一些，但经过一年或更长一些时间就能发现具有水硬性这一特点。

　　1.3高炉炉渣中对水硬性有作用的钙，它的一部分由于水的作用而变成钙离子(Ca2+)和氢氧离子(OH-)，因此该水溶液呈碱性，这个作用和波兰特水泥是相同的。用高炉炉渣作道路基层时，排水浸透时和用水泥处理时有同样的情况，对其附近的土壤和排水的PH值有增高的影响。因此，在食用水源区、养植区(水产)在使用高炉炉渣时，在其有水作用时需进行排水考虑。

　　2.高炉炉渣材料组成分析

　　高炉炉渣经缓冷后呈块状，用作道路基层材料时，作为粒状材料，应具有合格的粒度，这种制备的缓冷矿渣是做道路基层材料的重要内容。

　　在公路用碎石中规定，碎石有各种粒度，如未筛选碎石、筛选碎石、级配碎石等：用在道路基层中的高炉矿渣按规定分为高炉未筛选矿渣(原渣)、级配高炉矿渣(加工渣)、水硬性级配高炉矿渣(规格渣)等三种。

　　按其种类及粒度有如下规格：

　　高炉未筛选矿渣：100——Omm

　　级配高炉矿渣：60—Omm

　　水硬性级配矿渣：30——Omm

　　前两种主要应用于道路基层施工中，而后者可用作建筑施工中的骨料。

　　3.道路矿渣基层施工

　　道路基层采用高炉矿渣施工时，路基槽经压实合格，可不做垫层或底基层，直接铺到路槽中。

　　需用量：

　　施工前，弄清原高炉矿渣的密度和压实度后的密度之间的关系。

　　可用下式计算出材料的需用量：

　　需用量(M3)=基层厚度(M)×施工面积(M2)× 3.1准备下承层

　　在施工矿渣层前，路槽表面要仔细平整，达到规定的密度、高程及纵横坡度.施工面有软弱、涌水、滞水或局部下沉时要进行整治。

　　3.2铺料

　　用推土机、平地机或人工铺筑高炉炉渣，在不致引起材料分离的情况下，按规定铺填。为使矿渣基层更加稳定，每层竣工厚度限制为20cm，松铺厚度大约为竣工厚度的1.4倍，为保证矿渣基层的体积稳定性，施工中采用己消解的陈渣作为填筑材料。

　　铺料作业中下雨时，为避免雨水引起有利于水硬性的细颗粒成分

　　流失，要在碾压之后才能停止作业。

　　3.3压实

　　压实是高炉炉渣施工中的重要组成部分，碾压原则是先轻后重，先慢后快，先两侧后中央，即先用12T压路机碾压l～2遍、找出潜在的不平整之处，然后去高填低，用平地机重新平整后，曲路面低处向高处进行碾压。

　　碾压时，矿渣材料要保持适宜的含水量。矿渣的最佳含水量一般在18%～22%左右，因此，洒水碾压是矿渣基层施工中的关健。洒水量要略大于矿渣的最佳含水量，可使多余水分起到保湿养生的作用在雨天施工中更要加大碾压力度，既保证矿渣中的细粒料不损失，又能获得充足的水源。

　　3.4嵌缝与封面

　　在矿渣基层填料达到设计厚度后.即进行嵌缝和封面工作.嵌缝和封面材料采用矿渣粉(一般采用钢渣粉)。

　　矿渣材料进入现场后呈块状，虽有部分细粒料，但在洒水和振动碾压的作用下，细粒部分会沉积在矿渣基层的下部.上部矿渣材料之间的缝隙过大，而无法使其结成板体，在施工中，采用钢渣粉进行嵌缝，使空隙充分饱合，而钢渣粉的膨胀性较大，板结速度较铁渣粉快，故采用钢渣粉进行嵌缝可加快矿渣基层的板结，提高其整体稳定性。

　　矿渣基层施工完毕后，其表面在行车横向荷载作用下，难免会产高炉炉渣在道路基层施工中的应用生粗细骨料离析，而使局部矿渣表面松散而无法压实。掺入钢渣粉进行封面，可改善骨料级配，加快矿渣表面板结。

　　4.矿渣基层质量通病的原因分析和防治

　　矿渣作为筑路材料虽然有很多优点，但其也并非十全十美，矿渣

　　基层在施工中会产生许多的质量通病，针对不同的状况，我们采取不

　　同的方法进行处理。

　　4.1自身因素产生的病害

　　矿渣的体积稳定性是影响矿渣用于道路工程的一个重要的技术问题，特别是钢渣易发生粉化膨胀。引起膨胀的原因主要是游离氧化钙(f-CaO)消解，生成氢氧化钙，使体积大幅度增长，引起崩裂破坏。

　　f-CaO的消解过程是非常缓慢的，不少道路在成型后，矿渣基层在地表水及地下水的影响下，水化反应仍在进行，体积仍在不断增长，同时产生侧面及竖向应力，最终导至路面膨胀性拥包或拉裂.这就是鞍山地区道路面层产生破坏的重要原因。

　　4.2外因产生的质量通病

　　4.2.1松散

　　松散的原因有二种，一是自身因素，级配不好，粗细骨料离析，这就需要重新调整级配后再进行铺筑，或用钢渣粉掺拌;以保证其压实度.二是洒水不充分，没有足够的水分，矿渣基层棱结速度缓慢，施工过程中自始至终以松散粒料状态存在，而导致无法压实，不能获得要求的密实度，故充分洒水是矿渣基层施工中至关重要的因素。

　　4.2.2不均匀沉陷

　　其主要原因在于矿渣粒料中有大块存在，各部分的沉降不同，导致矿渣基层表面坑洼不平。另外大块矿渣周围的空隙较大易产生空鼓，在日后的行车荷载作用下易产生陷落，故在矿渣基层施工中对大块矿渣进行改锤或将其剔除。

　　5.矿难材料在道路施工中的其它应用

　　5.1矿渣材料由于具有独特的水硬性，属亲水性材料。故在道路有翻浆路段或地下水位比较高路段可普遍采用。在严重翻浆处，将淤泥挖除，填以矿渣，不仅能起到抛石挤淤的作用，而且其在水作用下。逐渐板结，提高地基整体承载力，效果较抛石挤淤要好。

　　5.2矿渣粉是呈细粒状.在附属工程施工中如人行道板铺筑、沿石砌筑等如果砂子材料缺乏时，可用矿渣粉代替砂子拌制砂浆，因矿渣粉有着同水泥一样的反应机理，价格同砂子相差无己，，可更好地提高砂浆的整体强度。

　　5.3水硬性级配矿渣(规格渣)其粒径大小与2—4碎石相仿，在施工中可用于一些基础砼中充当骨料使用，在承重构件中，如暗渠砼盖板也曾用过规格渣作为骨料，至今未发生质量问题。

　　·矿渣在市政建设工程中还有许多用途，有待于研究和开发利用。

　　6.结束语

　　矿渣作为筑路材料是鞍山地区自己的独特的一种施工工艺，在全国范围内是比较少见的，它有着价格低廉，就地取材、废物利用等优点，由于它没有确切的规范和有许多不稳定的因素，在今后施工中我们还要进一步探索和总结，充分发挥其在建筑领域的用途，使其真正变废为宝，更全面地服务于社会，同时也使其在各方面更加系统化，规范化。

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文章名称： 高炉矿渣在道路基层施工中的应用

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