《交通運輸科學技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第三部分 基礎(chǔ)設(shè)施篇《熱悶鋼渣混合料路用性能關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用》

完成單位：交通運輸部科學研究院；浙江順暢高等級公路養(yǎng)護有限公司；河海大學；浙江交工集團股份有限公司；貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護集團有限公司；寧夏回族自治區(qū)道路運輸事務(wù)中心；中咨數(shù)據(jù)有限公司

主要完成人：陳徐東，劉燕燕，羅代松，寧英杰，程寅，夏新華，紀文強，劉健宇，王書杰，張長青，于浩，葉林杰，董海東，裘秋波，侯蕓，沈君，楊天軍，樓樹楨，魏道新，白麗輝，田苗苗，惠嘉，熊分清，李欽棟，鄒東博

項目簡介

　　（一）項目背景

　　隨著我國公路建設(shè)快速發(fā)展，全國混凝土行業(yè)年砂石骨料用量增勢迅猛。2020年全國砂石用量已達178億噸，相較2010年增幅超過69%。砂石、粘土等資源再生能力弱，市場中砂石、粘土等材料供不應(yīng)求，價格上漲明顯，道路建設(shè)成本顯著增加。因此迫切需要路用砂石材料的替代品以解決道路建設(shè)中砂石短缺的問題。鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，我國鋼渣利用率非常低，綜合利用率僅為50%-60%，在建材領(lǐng)域僅為10%。

　　熱悶法是鋼渣一次處理的常用方法，具有處理時間短，處理后鋼渣性能好等優(yōu)點。熱悶鋼渣的耐磨、強度、抗凍融能力等各項指標相當于或優(yōu)于普通的花崗巖、玄武巖或石灰?guī)r碎石，技術(shù)性能指標完全滿足工程集料的規(guī)范要求?？梢?，熱悶鋼渣作為集料更廣泛地應(yīng)用到道路工程中是一種可行的辦法。

　　（二）技術(shù)概況

　　1.熱悶鋼渣透水混凝土面層應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

　　基于熱悶鋼渣透水混凝土的疲勞斷裂特性，建立疲勞損傷演化模型；結(jié)合有限元分析，建立路面荷載和溫度作用下鋼渣透水混凝土路面受力和變形模型，分析路面設(shè)計中的主要影響因素；結(jié)合實際工程，開展熱悶鋼渣透水混凝土面層結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對不同地區(qū)的透水面層設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，保證熱悶鋼渣透水面層的推廣應(yīng)用。

　　2.熱悶鋼渣透水混凝土路面性能評價關(guān)鍵技術(shù)

　　從路面病害評測角度分析路用性能，引入路面病害評價指數(shù)、路面損傷指數(shù)等進行定量分析，直觀準確反映熱悶鋼渣透水混凝土面層的應(yīng)用效果，為后續(xù)路面養(yǎng)護提供支撐。

　　（三）適用范圍

　　項目成果主要應(yīng)用于道路工程領(lǐng)域，實現(xiàn)熱悶鋼渣在道路面層資源再生利用。

　　（四）獲獎情況

　　本項目已獲得中國交通運輸協(xié)會科技進步獎一等獎。

項目創(chuàng)新點

　　1.進行熱悶鋼渣透水混凝土制備和力學性能分析，并開展面層結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　（1）測定熱悶鋼渣透水混凝土的孔隙率、抗折強度、彈性模量，得出了相關(guān)經(jīng)驗公式，應(yīng)用改進的Paris模型進行擬合裂縫長度，吻合效果較好。

　?。?）分析了面層尺寸與最大主應(yīng)力的關(guān)系，結(jié)合溫度應(yīng)力的分布特征，確定了面層接縫位置和溫度應(yīng)力修正系數(shù)。

　　（3）結(jié)合某路面工程進行面層設(shè)計，提出了確定最優(yōu)孔隙率和面層厚度的方法。

　　2.提出了熱悶鋼渣透水混凝土路面病害評價方法，建立了路面使用性能評價方法及預測模型

　　熱悶鋼渣透水混凝土路面在歷經(jīng)近兩年正式服役使用后，路面使用狀態(tài)較好，未出現(xiàn)嚴重病害情況。路面使用性能整體分布平穩(wěn)，評測區(qū)域之間無明顯差異。

應(yīng)用案例

　　新疆S21線項目位于天山北麓，在地貌單元上屬頭屯河、烏魯木齊河及東山水系交匯沉積的山前沖洪積平原。平原受昔日河流泛濫影響，發(fā)育梁地、槽地、洼地等地貌，經(jīng)過墾植，土地不斷平整。項目沿線途經(jīng)老龍河，是一條由泉水出露匯集而成的河流，年徑流量0.56億立方米，流域面積281.4km2。S21線阿勒泰至烏魯木齊部分段采用鋼渣透水混凝土鋪筑路面，鋪筑里程近5公里，共利用鋼渣2.6萬方。采用鋼渣透水混凝土面層試驗路段監(jiān)測結(jié)果顯示，路面裂縫、車轍等病害明顯減少，雨水天氣下路面排水速率明顯加快；采用鋼渣透水混凝土鋪筑路面與普通水泥混凝土路面相比，節(jié)省建設(shè)造價30%以上。

　　貴州的氣候溫暖濕潤，屬亞熱帶濕潤季風氣候，降水較多，雨季明顯，陰天多，日照少。9個市州地所在城市中，全年降水量最多的高達1480毫米，最少的也有687.9毫米。受季風影響降水多集中于夏季。境內(nèi)各地陰天日數(shù)一般超過150天，常年相對濕度在70%以上。貴州特殊的地質(zhì)條件和氣候條件綜合作用，對公路路面的排水效率提出更高要求。本公司依托畢節(jié)市2019年七星關(guān)區(qū)縣鄉(xiāng)公路路面改善提升工程進行鋼渣透水混凝土面層路面鋪筑，總里程超30公里，共計利用鋼渣超過32萬噸。應(yīng)用結(jié)果表明，雨水天氣下路面排水速率明顯加快，與原有路面相比，路面排水效率提高1倍；并且在鋪筑完成2年內(nèi)，路面基本沒有出現(xiàn)明顯的裂縫、車轍等病害。采用本項技術(shù)與原有技術(shù)相比，節(jié)省建設(shè)成本25%以上。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　熱悶鋼渣收納廠場地、生產(chǎn)設(shè)備、人工等初期投入資金預估2000萬元，第一年產(chǎn)品銷售收入為500萬元，第二年銷售1500萬，第三年2000萬，扣除成本可盈利2000萬，項目投入2年內(nèi)可收回，之后可實現(xiàn)盈利。

　　本技術(shù)研究成果可大量消納堆存于露天渣場的鋼渣材料，節(jié)省占用土地資源，有效消減鋼渣堆存對土壤、水體和大氣潛在污染；實現(xiàn)鋼渣資源化利用，有效緩解工程建設(shè)對砂石等天然材料的需求，減輕材料開采造成的生態(tài)破壞；在道路建設(shè)中利用鋼渣，可節(jié)省大量國家在鋼渣堆置、處治方面環(huán)保投入，落實國家“雙碳行動”戰(zhàn)略目標。