基于城市道路工程的钢渣透水混凝土的技术性能及应用要点研究.pdf

202310Building Construction2046基于城市道路工程的钢渣透水混凝土的 技术性能及应用要点研究李 灿上海源通通信技术工程有限公司 上海 200062摘要：通过对钢渣透水混凝土的原料特性、城市道路工程的施工及养护应用的研究与实践，对复合材料配合比、不同养护条件下的试块强度变化进行的试验分析，指出钢渣透水混凝土由于其兼具透水性和强度的特点，较普通透水混凝土有较大优势。采用钢渣材料在一定程度上解决了钢铁行业可持续发展的问题，实现了低碳循环的目标，体现了“绿水青山就是金山银山”的生态环保与工程建设有机相融的理念。关键词：钢渣；透水混凝土；城市道路；强度；透水性中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)10-2046-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.10.030Research on Technical Performance and Application Points of Steel Slag Permeable Concrete Based on Urban Road EngineeringLI CanShanghai Yuantong Communication Technology Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 200062,ChinaAbstract:Through research and practice on the raw material characteristics of steel slag permeable concrete and the construction and curing application of urban road engineering,the experimental analysis is performed on the composite material mix ratio and the strength changes of test blocks under different curing conditions,it is pointed out that steel slag permeable concrete has significant advantages over ordinary permeable concrete due to its characteristics of both permeability and strength.To some extent,the use of steel slag materials has solved the problem of sustainable development in the steel industry,achieved the goal of low-carbon cycling,and reflected the concept of clear waters and green mountains are as valuable as mountains of gold and silver,which organically integrates ecological environmental protection and engineering construction.Keywords:steel slag;permeable concrete;urban road;strength;permeability基层、面层，实现高透水的使用性能。结合海绵城市、韧性城市建设，可充分实现地下水补给、雨天行车安全等需求，缓解城市热岛效应，同时由于其高强度特性，使用寿命及维护成本均优于传统透水混凝土1-8。2 钢渣透水混凝土的技术研发2.1 原材料的检测钢渣透水混凝土的钢渣原料主要来源于钢铁厂生产中经过处理得到的钢渣特种集料。通过包括压蒸法监测在内的各种试验方法证明钢渣特种集料无安定性问题。对重金属、放射性等指标进行检测，相关指标均在规范技术要求以内。2.2 钢渣透水混凝土的主要性能钢渣透水混凝土道路系统重新构建了道路基层、面层，实现了高强度、高透水的效果，强度等级达到C40以上，透水率保持在（2.03.0）102 cm/s，着重解决了传统透水混凝土强度与透水率无法兼顾的难题（图1）。2.2.1 高透水指标钢渣透水混凝土通过结构设计、集灰比、水灰比控制 1 钢渣透水混凝土的应用概述钢渣是钢铁冶炼生产过程中产生的一种废渣，每生产1 t粗钢约伴随产生150200 kg的钢渣。钢渣主要为2CaOSiO2、Ca3SiO5、2CaOFe2O3、RO相及少量游离CaO、游离MgO、Ca3Al2O6等矿物。钢渣中因含有上述活性矿物质而具有一定的水硬胶凝特性。近年来，钢渣混凝土应用日益广泛。利用积存1年以上的平炉或转炉钢渣作为骨料，代替碎石等材料进行混凝土的拌制，一定程度上缓解了天然矿产资源开采的压力。透水混凝土自21世纪初在国内城市道路工程中推广应用，在满足强度需要的同时保持孔隙率以实现透水要求。采用钢渣代替骨料按照级配比例拌制透水混凝土直接铺筑或制作成预制砖后铺筑，可广泛用于城市道路工程的作者简介：李 灿（1984），男，大专，助理工程师。通信地址：上海市普陀区中江路388弄1号507（200062）。电子邮箱：收稿日期：2023-04-17建筑材料BUILDING MATERIAL建筑施工第45卷第10期2047透水面6080透水找平层2030透水基层100150透水底基层150200土基PVC排水管DN50图1 透水混凝土道路结构 等技术，使得产品具有足够的孔隙，达到高透水效果，经过若干工程项目测试，其平均透水系数达到2.5102 cm/s，即路面积水每秒向下渗透0.25 mm。2.2.2 耐久性指标由于钢渣的独特性，钢渣透水混凝土整体强度可达5060 MPa，磨坑长度为2530 mm，使用寿命较长，维护需求低。因此，钢渣透水混凝土可以抵抗外界负荷的频繁冲击，保证路面的稳定性。由表1可看出，钢渣的维氏硬度比普通碎石要高36%，磨耗值比普通碎石及中砂都要低，因此，具有高耐磨性。25次抗冻融循环测试结果表明，相比一般透水混凝土，钢渣透水混凝土的抗冻融循环性能明显提高，质量损失率为1%、强度损失率为13%，大幅度低于一般透水混凝土的质量损失率3.4%、强度损失率18%。表1 钢渣特种集料原料与普通砂石的物理性能对比性能指标钢渣中砂碎石表观密度/（kg/m3）3100390026502690坚固性/%142磨耗值/%141616维氏硬度7404585442.2.3 生态环保指标钢渣透水混凝土符合美国最高最新绿色建筑LEED标准体系要求，铺装后地面温度较普通混凝土、沥青路面环境温度平均低35，缓解城市热岛效应。同时，钢渣透水混凝土中的钢渣含量较高，降低了水泥中的碱含量，可以减少对环境的危害。2.2.4 道路安全优势钢渣透水混凝土采用23 mm的细颗粒骨料，道路耐磨系数大，雨雪等天气条件下行人和车辆均不易打滑，大大提高道路综合安全性能。2.2.5 低碳优势随着目前天然资源日益开采，不可再生的自然资源越来越少，因此，寻求综合利用途径是今后发展的必由之路。由于钢渣的自身特性，硬度高，较同强度透水混凝土少用约30%水泥，使得产品具有足够的孔隙，达到高透水效果，每立方米钢渣透水混凝土可以减少1.82.0 t砂石料的应用，综合减少CO2排放297 kg，因而减少了大量自然资源开采，具有明显的节材节能优势，体现了低碳优势。3 钢渣透水混凝土的施工应用上海市某公共空间示范段项目结合滨江工业历史文化背景，采用工业副产品配制的钢渣透水混凝土应用于滨江景观带道路施工中。3.1 材料配合比钢渣透水混凝土由透水混凝土专用胶结剂、钢渣骨料、封闭剂、复合材料（矿粉、粉煤灰等）、水组成。胶结剂：以高强度等级的硅酸盐水泥为基料，配以多种助剂增加强度与黏结力组成的粉状料，并可按用户要求加入无机耐候颜料，使其和钢渣、水按一定比例混合后，组成不同色彩的透水混凝土面层。钢渣骨料：钢渣应满足筛孔比例、含水率、颗粒吸附物等多项指标要求。其中f-CaO含量低于3%，筛分含量大于85%，粒径范围515 mm。透明封闭剂：双丙聚氨酯固体份大于0.4，进口固化剂。最佳水灰比介于0.250.35之间，钢渣骨料与水泥的比在5.67.0。透水混凝土配合比（按质量计）：水水泥胶结剂钢渣骨料1053101001 520。根据水泥品种和骨料情况，由实验室具体确定。对复合材料不同掺量对钢渣透水混凝土性能的影响进行了研究分析，试验结果表明，集灰比增加，钢渣透水混凝土的抗压强度越小；水灰比增加，钢渣透水混凝土的抗压强度则体现出先增大后减小的趋势，骨料粒径、集灰比、水灰比对孔隙率、透水系数的影响规律基本一致。集灰比增加，钢渣透水混凝土的透水系数越大；水灰比增加，钢渣透水混凝土的抗压强度则体现出先减小后增大的趋势。通过正交试验得出，各影响因素水平的最佳组合为骨料粒径为9.513.2 mm，水灰比为0.29，集灰比为3.8。不同掺量复合材料的钢渣透水混凝土的抗压强度，随掺量的增加呈现先增大后下降的趋势，其中在复合材料掺量为30%时，掺复合材料钢渣透水混凝土的抗压强度最大，且透水系数，孔隙率满足标准要求，抗折强度也满足要求。因此按照30%的复合材料作为本次拌和的掺量控制比例。3.2 施工要点钢渣透水混凝土作为道路基层或面层，其施工准备、模板安装等工作与常规混凝土道路施工基本相同。一般采用强制式拌和设备进行混凝土的拌和。拌和前应对原材料的含水率进行检测，按照施工配合比，采用磅秤对骨料称重计量，然后上料。混凝土拌制过程中重点控制水的用量，水的控制标准以混合料表面有水光为准。干拌时间不小于120 s，加水湿拌时间不少于300 s。钢渣透水混凝土的运输时间超过1 h，可采用土工织物覆盖作为表面保湿措施，总水量损失不应超过1%。钢渣透水混凝土卸料时应将卸料高度控制不高于1.5 m，以免产生离析现象，如地形高差较大，可用溜槽、李灿:基于城市道路工程的钢渣透水混凝土的技术性能及应用要点研究202310Building Construction2048串筒设施进行卸料。混凝土卸料后，应采用刮板、铁锹进行人工粗平，然后用刮杆以模板顶标高、路中标高点位为基准进行横向坡面整平，也可采用专用设备进行一次成形。整平完成后先采用平板振捣机进行第1次振捣，振捣后用实心碾进行第2次、第3次普振，实心碾无法到位的边角区域采用小型平板振捣机进行振捣。单次振捣厚度不宜超过15 cm，否则应分层浇筑振捣。振捣完成对于局部缺料区域进行二次布料、整平，直至全部密实，最终成形。钢渣透水混凝土用于广场、步道等区域往往会设计较为丰富的色彩，起到提升观感、分隔区域或功能的作用。因此在透水混凝土振捣完成后需用彩色面浆进行滚浆上色。滚浆浆水上色均匀即可，不宜反复滚浆，否则影响透水性能。上色完成后及时在面层上覆盖塑料薄膜进行养护，养护开始24 h后每天2次洒水养生。洒水应轻缓水花均匀浇洒，不能直接对混凝土表面进行冲刷。养护7 d后，将塑料薄膜拆除，在表面风干后，采用喷涂机将专用保护罩光剂均匀喷洒在面层上。考虑到实际工程应用时，现场养护条件与实验室标准养护存在差异，为了测试钢渣透水混凝土受养护环境的影响，进行了标准养护和同条件养护的对比研究，其中同条件养护温度为1215，正常空气湿度，养护中与正常养护同条件覆膜洒水。通过比较，发现不同的养护条件下试块的强度-龄期曲线走势基本相同。养护期90 d之前，强度增长较快，之后减缓。同条件养护强度略低于标准养护，最大差值小于10%。因此，钢渣透水混凝土强度增长受环境影响程度不大，在实际施工中，只要按照常规养护方法进行养护即可。钢渣透水混凝土施工时应设置伸缩缝。道路施工时应在5 m左右设置胀缝，30 m左右设置1道伸缩缝，广场接缝应考虑小于25 m2的分隔，以胀缝方式设置。保护罩光剂喷涂完成24 h后，在预留伸缩缝内灌入聚硫密封胶。灌胶前应在伸缩缝两侧粘贴美纹纸，注胶完成后，撕去保护胶带，确保伸缩缝线条平顺。大面积钢渣透水混凝土施工应按照生产能力、施工能力合理划分施工作业段，结合伸缩缝位置设定每次施工范围。考虑车辆和作业设备的进出路线，总体上采用单向倒退施工的布局原则。车辆设备进出时应由专人指挥，避免碰撞侧面模板，如有损坏应及时对模板进行加固和修复。3.3 日常养护要点钢渣透水混凝土表面的日常养护不同于常规混凝土路面，任何养护措施均不会造成透水孔隙的填堵。冬季施工中应合理规划施工时间，在施工完成后72 h内不应有降雪天气。在北方冬季降雪量大、积雪概率高的情况下，可采用蓄热法养护，即对于施工完成的混凝土表面及时覆盖塑料薄膜，再加盖土工织物或编织草袋等材料进行保温，同条件试块测试混凝土达到设计强度即可拆除覆盖保温材料，保温材料可循环重复利用以控制养护成本。对于已完工区域，雨雪天气中应杜绝采用灰渣类材料直接在表面铺洒防滑，以防止孔隙堵塞，可采用机械、人工清扫的方式清理积雪、冰，也可铺垫竹笆网片等易清理拆除的材料作为防滑措施。为了保证透水性能，可定期采用高压水枪、压缩空气等对孔隙脏污进行冲洗，必要时由人工进行清理。当钢渣透水混凝土表面出现较大裂缝或缺损，应先对疏松损坏区域进行清理铲除，直至完全露出牢固未损坏的部分，对表面进行清理后再采用新的钢渣透水混凝土进行修补，修补深度不宜小于10 cm。4 结语通过工程实践，钢渣透水混凝土的应用优势得到了充分验证。其高透水性、耐久性等指标均较普通透水混凝土有一定优势。从混合料拌制、现场施工、养护的各项操作简单易行，相关检测结果均能满足设计和规范要求，但整个设计使用年限内的使用效果需要进一步验证。在实施过程中应注意以下内容。1）注意拌和质量的控制，确保混合料水分和色泽均匀、无抱团离心现象。2）拌和场地应尽量接近施工区域，如距离较远必须采用运输车辆保湿措施，避免水分流失。3）施工过程中应保证连贯避免停滞，局部缺料应及时进行填补。4）养护工作应衔接及时，按时做好覆膜、定期洒水保持工作。1 胡良鹏,陈徐东,朱祥意,等.不同骨料粒径钢渣透水混凝土力学 性能分析及离散元模拟J.粉煤灰综合利用,2022,36(1):69-75.2 杨瀚清,陈徐东,陈晨,等.钢渣透水混凝土路面数值模拟及结构 设计分析J.混凝土,2022(1):177-184.3 鲍泽勇,谢咸颂,楼芸汐,等.基于正交试验的钢渣透水混凝土透水 性能试验研究J.广东建材,2022,38(2):8-10.4 韩甲兴.钢渣在海绵城市透水混凝土中的综合利用研究J.上海 建材,2022(3):32-35.5 周太华,陈征征,赵晨阳.钢渣透水砼透水性能及力学性能研究J.江西建材,2022(6):69-71.6 林培娟.不同掺合料的透水混凝土性能研究J.中文科技期刊数据 库(全文版)工程技术,2022(9):5.7 邹剑锋.海绵城市建设中彩色透水混凝土的生产与路面施工研究 J.工程技术研究,2022,7(21):94-96.8 李婷.用钢渣作骨料制备透水混凝土的试验研究D.西安:西安建 筑科技大学,2015.李灿:基于城市道路工程的钢渣透水混凝土的技术性能及应用要点研究