《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第三部分 基础设施篇《热闷钢渣混合料路用性能关键技术研究及应用》

完成单位：交通运输部科学研究院；浙江顺畅高等级公路养护有限公司；河海大学；浙江交工集团股份有限公司；贵州省公路建设养护集团有限公司；宁夏回族自治区道路运输事务中心；中咨数据有限公司

主要完成人：陈徐东，刘燕燕，罗代松，宁英杰，程寅，夏新华，纪文强，刘健宇，王书杰，张长青，于浩，叶林杰，董海东，裘秋波，侯芸，沈君，杨天军，楼树桢，魏道新，白丽辉，田苗苗，惠嘉，熊分清，李钦栋，邹东博

项目简介

　　（一）项目背景

　　随着我国公路建设快速发展，全国混凝土行业年砂石骨料用量增势迅猛。2020年全国砂石用量已达178亿吨，相较2010年增幅超过69%。砂石、粘土等资源再生能力弱，市场中砂石、粘土等材料供不应求，价格上涨明显，道路建设成本显著增加。因此迫切需要路用砂石材料的替代品以解决道路建设中砂石短缺的问题。钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，我国钢渣利用率非常低，综合利用率仅为50%-60%，在建材领域仅为10%。

　　热闷法是钢渣一次处理的常用方法，具有处理时间短，处理后钢渣性能好等优点。热闷钢渣的耐磨、强度、抗冻融能力等各项指标相当于或优于普通的花岗岩、玄武岩或石灰岩碎石，技术性能指标完全满足工程集料的规范要求。可见，热闷钢渣作为集料更广泛地应用到道路工程中是一种可行的办法。

　　（二）技术概况

　　1.热闷钢渣透水混凝土面层应用关键技术

　　基于热闷钢渣透水混凝土的疲劳断裂特性，建立疲劳损伤演化模型；结合有限元分析，建立路面荷载和温度作用下钢渣透水混凝土路面受力和变形模型，分析路面设计中的主要影响因素；结合实际工程，开展热闷钢渣透水混凝土面层结构设计，并对不同地区的透水面层设计参数进行优化，保证热闷钢渣透水面层的推广应用。

　　2.热闷钢渣透水混凝土路面性能评价关键技术

　　从路面病害评测角度分析路用性能，引入路面病害评价指数、路面损伤指数等进行定量分析，直观准确反映热闷钢渣透水混凝土面层的应用效果，为后续路面养护提供支撑。

　　（三）适用范围

　　项目成果主要应用于道路工程领域，实现热闷钢渣在道路面层资源再生利用。

　　（四）获奖情况

　　本项目已获得中国交通运输协会科技进步奖一等奖。

项目创新点

　　1.进行热闷钢渣透水混凝土制备和力学性能分析，并开展面层结构设计

　　（1）测定热闷钢渣透水混凝土的孔隙率、抗折强度、弹性模量，得出了相关经验公式，应用改进的Paris模型进行拟合裂缝长度，吻合效果较好。

　　（2）分析了面层尺寸与最大主应力的关系，结合温度应力的分布特征，确定了面层接缝位置和温度应力修正系数。

　　（3）结合某路面工程进行面层设计，提出了确定最优孔隙率和面层厚度的方法。

　　2.提出了热闷钢渣透水混凝土路面病害评价方法，建立了路面使用性能评价方法及预测模型

　　热闷钢渣透水混凝土路面在历经近两年正式服役使用后，路面使用状态较好，未出现严重病害情况。路面使用性能整体分布平稳，评测区域之间无明显差异。

应用案例

　　新疆S21线项目位于天山北麓，在地貌单元上属头屯河、乌鲁木齐河及东山水系交汇沉积的山前冲洪积平原。平原受昔日河流泛滥影响，发育梁地、槽地、洼地等地貌，经过垦植，土地不断平整。项目沿线途经老龙河，是一条由泉水出露汇集而成的河流，年径流量0.56亿立方米，流域面积281.4km2。S21线阿勒泰至乌鲁木齐部分段采用钢渣透水混凝土铺筑路面，铺筑里程近5公里，共利用钢渣2.6万方。采用钢渣透水混凝土面层试验路段监测结果显示，路面裂缝、车辙等病害明显减少，雨水天气下路面排水速率明显加快；采用钢渣透水混凝土铺筑路面与普通水泥混凝土路面相比，节省建设造价30%以上。

　　贵州的气候温暖湿润，属亚热带湿润季风气候，降水较多，雨季明显，阴天多，日照少。9个市州地所在城市中，全年降水量最多的高达1480毫米，最少的也有687.9毫米。受季风影响降水多集中于夏季。境内各地阴天日数一般超过150天，常年相对湿度在70%以上。贵州特殊的地质条件和气候条件综合作用，对公路路面的排水效率提出更高要求。本公司依托毕节市2019年七星关区县乡公路路面改善提升工程进行钢渣透水混凝土面层路面铺筑，总里程超30公里，共计利用钢渣超过32万吨。应用结果表明，雨水天气下路面排水速率明显加快，与原有路面相比，路面排水效率提高1倍；并且在铺筑完成2年内，路面基本没有出现明显的裂缝、车辙等病害。采用本项技术与原有技术相比，节省建设成本25%以上。

社会效益与经济效益

　　热闷钢渣收纳厂场地、生产设备、人工等初期投入资金预估2000万元，第一年产品销售收入为500万元，第二年销售1500万，第三年2000万，扣除成本可盈利2000万，项目投入2年内可收回，之后可实现盈利。

　　本技术研究成果可大量消纳堆存于露天渣场的钢渣材料，节省占用土地资源，有效消减钢渣堆存对土壤、水体和大气潜在污染；实现钢渣资源化利用，有效缓解工程建设对砂石等天然材料的需求，减轻材料开采造成的生态破坏；在道路建设中利用钢渣，可节省大量国家在钢渣堆置、处治方面环保投入，落实国家“双碳行动”战略目标。