近年来，我国在工业快速发展的同时，自然资源的消耗、环境的破坏程度、废弃物的产生也同样在急剧增长，生态环境的恶化是我国人民生存和发展所面临的重大危机，在保证当前社会经济发展水平和避免生态环境恶化的前提下，如何能实现绿色经济和低碳经济，促进经济、社会和环境可持续发展，是当前亟需应对的重点工作。

国家统计局数据显示 2018 年我国的钢材产量达到 11 亿吨，相较于 2017 年增长 5.6%；2018年我国的火电发电量达 5 万亿千瓦时，同比增长 6.7%左右。钢渣产量约占钢材产量的 15%左右，按此估算 2018 年我国的钢渣产量达 1.65 亿吨；火力发电 1 万亿千瓦时，约产生 1.3 亿吨粉煤灰，按此估算 2018 年我国粉煤灰产量达 6.5 亿吨。我国是一个人均资源占有储量非常小的国家，粉煤灰和钢渣的综合利用可变废为宝，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策。

粉煤灰在路面基层的应用主要集中在二灰（石灰和粉煤灰）稳定材料以及水泥粉煤灰稳定材料两个方面。这两种材料已经编入国家规范，技术也相对比较成熟，实际应用也较多。粉煤灰在路面面层的应用主要是沥青混合料面层和水泥混凝土面层。长安大学的焦华在其硕士毕业论文中的研究表明粉煤灰在AC-16 沥青混合料中替代全部矿粉，和掺矿粉相比，其低温抗裂性较差，高温稳定性更好，水稳定性有所提升但效果并不突出。谢军、吴少鹏等人研究了表面处理粉煤灰与偶联剂对沥青混合料水分损害的影响。将填料与偶联剂和粉煤灰结合，称为复合粉煤灰改性剂。主要通过扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱表征复合粉煤灰改性剂的性质。作为填料，通过间接拉伸刚度模量试验，静态蠕变和间接拉伸疲劳试验评价其对沥青混合料湿度敏感性的影响。结果表明，具有复合粉煤灰改性剂的沥青混合料在霜冻过程中具有较高的间接拉伸强度和拉伸强度比，具有优异的湿度敏感性。此外，经过特定的水分损伤处理后，复合粉煤灰改性剂改性沥青混合料显示出更好的刚度模量，抗永久变形和疲劳寿命。结论：复合粉煤灰改性剂可有效提高沥青混合料的水分敏感性。

粉煤灰路堤在道路工程中应用也很广泛，特别是在软土地基路段，它可以充分利用粉煤灰的轻质来降低路堤自重和软土地基的附加应力，从而减少总沉降，提高路堤的稳定性。同样，桥头高填土充填粉煤灰，可以改善桥头高填土自重引起的沉降从而产生的桥头跳车问题。刘铁军研究了粉煤灰用作路堤填料的力学特性，得出如下结论：粉煤灰的干密度随着含水率的增加呈现出先增后减的趋势，干密度最大的含水率为 19%；粉煤灰的渗透系数随着干密度的增大数呈指数递减式减小，当粉煤灰的干密度小于 1.35g/cm³，干密度对其渗透系数几乎没有影响；粉煤灰内聚力随含水率的增大而减小，且在含水率小于 26%时减小的较慢，反之则减小的较快；粉煤灰含水率每增大 1%，内摩擦角减小约0.25°；粉煤灰的内聚力随着压实度的增大呈线性增大的趋势，而粉煤灰内摩擦角随着压实度的增大则呈指数衰减式增大的趋势；粉煤灰的含水率越接近最佳含水率或压实度越接近 100%，随振动次数的增加，其内聚力和内摩擦角降幅就越小，且在振动前期达到稳定状态比较容易。陈云勇和高亮还进行了加筋粉煤灰路堤的室内模型试验。根据相似性原理，两人按 1:8 比例对实际路堤进行了缩小，加筋材料选用双向土工格栅，对粉煤灰加筋路堤的应力、应变进行了试验研究。结果表明，粉煤灰路堤的不均匀沉降通过土工格栅加筋能明显减小，路堤承载能力显著提高。

2   钢渣在道路工程中的应用研究现状

钢渣是炼钢过程中的主要废物。由于其化学成分和技术性能，它可以作为钢铁厂的原材料再利用，可以替代土木工程中的骨料。虽然中国每年的炉渣产量超过 1 亿吨，但其利用率仅为 29.5％。我国道路工程钢渣的应用标准的建立始于 20 世纪 90 年代。目前我国在道路钢渣的应用主要有以下几个方面：钢渣在路基工程中的应用、在路面基层中的应用、在路面面层中的应用。

钢渣可用来处理软土地基和作路基回填材料。刘素娟、王宇等人将路基上部的软土全部清除，然后用钢渣废料作为回填材料，进行换土回填。研究表明使用钢渣作为垫层具有良好的工作性能，验证了该方法具有一定的可行性和经济性。钢渣处理的软土路基可采用当地材料制成，具有工艺简单、施工方便、工期短、造价低的优点。东南大学王天宇分析研究了路基土次生钢渣处理的机理及其路用性能，得出次生钢渣石灰土的最佳配合比为钢渣:石灰:土=50%:5%:45%。在最佳配合比下，从微观角度研究钢渣石灰土的强度形成机理。结果表明，随着年龄的增长，生成的凝胶产物使结构致密。结合扫描电镜和压汞试验，定量分析了固化孔和孔径的变化。结果表明，随着年龄的增长，孔隙度从 40.7%逐渐降低到 35.3%，中等孔隙占总孔隙的比例降低。这表明钢渣石灰土的主要孔隙随着反应的进行而逐渐减小，新生成的物质粒径介于中、大孔隙之间，使样品逐渐密实。钢渣石灰改良土能较好的适应各种环境，能够满足路基的基本性能指标要求。

钢渣在路面基层中的应用主要是二灰稳定钢渣粒料和水泥稳定钢渣等半刚性稳定材料基层，在低、高等级公路以及高速公路的基层都有应用。南京林业大学李芸和扬州大学的孙伟都在二灰碎石中加入不同粒径的钢渣，钢渣微粉部分取代粉煤灰，用相同粒径的钢渣取代碎石，对混合料的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压回弹模量和干缩进行了试验研究。试验结果表明，随着细钢渣含量的增加，混合料的刚度和强度呈现先增后减的规律，说明合适的钢渣掺量可以显著提高二灰稳定材料的强度和刚度；掺入合适的细钢渣比掺入粗钢渣对混合料的干燥收缩减缓效果更明显。西安建筑技术大学的游润卫对包钢钢渣掺入水泥稳定材料的路用性能进行了研究。结果表明，通过控制游离氧化钙的含量，级配钢渣可作为基层，平炉新渣和混合钢渣可作为骨料，转炉新渣可作为粘结剂。水泥混合粉煤灰和钢渣基层可以完全替代水泥稳定碎石或碎石混合料；水泥稳定钢渣，钢渣可以完全替代其他颗粒材料用于各种等级的公路基层。

钢渣在路面面层中的应用主要是以钢渣替代部分矿质集料用于沥青混合料中。李灿华，苏悦进行了钢渣 SMA-13 沥青混凝土及其服役性能的研究，设计了钢渣 SMA-13 混合料的配合比，确定了钢渣 SMA -13的最佳配合比为粗钢渣(10~15mm ):细钢渣(5~10mm ):机制砂:矿粉=44:37:9:10，最佳油石比为 5.5%。并对湖北某高速公路钢渣 SMA -13沥青混合料路面试验段进行了长达 7 年的跟踪调查，得出钢渣 SMA -13沥青混凝土试验段路面强度较高的结论；服役七年后，车辙平均深度为 1.1mm，说明钢渣沥青混合料抗车辙变形能力较强；路面较为平整，没有出现较大的拥包；抗滑性要优于传统路面。台湾的Chen, Jian-Shiuh 和 Wei, Shih-Hsiu研究了含钢渣的沥青混合料的工程特性和性能。制备掺入碱性氧气炉（BOF）钢渣作为粗骨料的沥青混合料，随后进行实验室测试以确定沥青混凝土的工程特性。结果表明，在沥青混合料中添加钢渣具有较高的抗永久变形和抗水损害的能力。钢渣具有角形和粗糙的纹理颗粒，这将增强互锁机制并提供良好的机械性能。根据实验室结果，2012 年通过使用三种不同类型的沥青混合料建造了一条试验道路,三种混合料分别是：掺有 BOF（SMA-BOF）的 SMA，掺有 BOF（DGAC-BOF）的密级配沥青混凝土和天然骨料的（DGAC-NA）密级配沥青混凝土。SMA-BOF 部分的车辙深度在三种混合料中最低，尽管它受制动，加速和车辆引起的高应力。路面性能调查按预定时间间隔进行，两个 BOF 部分的行驶质量和摩擦特性与使用天然骨料构造的部分一样或更好。现场数据表明，在预计交通将进行大量制动和转弯操纵的地方，钢渣可用作面层集料。在试验道路开放交通的三年间，在 BOF 部分没有发现任何车辙，开裂或其他故障。试验结果表明，在面层中使用钢渣作为粗骨料替代物在技术上是合适的。

钢渣在建筑材料方面也有相当程度的应用，如研磨较细的颗粒加入到水泥当中。济南大学材料科学与工程学院董涛、陶珍东和常青进行了钢渣作为水泥熟料的生料组分的研究，将钢渣研磨至比表面积为 340-590m²/kg，然后将含有钢渣的生料在 1450℃下燃烧 30 分钟。试验结果表明钢渣可以作为原料替代水泥熟料中的一部分，但是钢渣混合量不能太大。如果用量过大，会影响水泥熟料质量。混合的钢渣比表面积为 590m²/kg 的样品强度最高。原料中适量的钢渣不仅可以降低 f-CaO 含量，还可以提高水泥熟料的质量。

3   本文研究

本文分析了钢渣和粉煤灰的物理力学性质、化学成分和外观形态等，将二者作为筑路材料，开展相关试验研究：

（1）针对道路工程中的路面的面层进行了钢渣粉煤灰沥青混合料的试验研究，包括钢渣粉煤灰沥青混合料的配合比设计、马歇尔试验、高温车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验。试验结果表明：钢渣替代部分细集料，粉煤灰替代一半矿粉作填料后的沥青混合料的高温稳定性、水稳定性均较普通沥青混合料有所提高，但其低温抗裂性有所降低。

（2）针对道路工程中的路面的基层进行了水泥粉煤灰稳定钢渣-碎石复合料的试验研究，包括重型击实试验、7d 无侧限抗压强度试验、90d 劈裂抗拉强度试验和抗压回弹模量试验。试验结果表明：水泥粉煤灰稳定钢渣-碎石复合料的各项力学性能均较水泥粉煤灰稳定普通碎石有所降低，但仍能满足各级道路基层对水泥粉煤灰稳定类材料的要求。

但本文仅从室内试验的角度，研究了钢渣和粉煤灰在沥青混合料和水泥粉煤灰稳定基层材料中的基本力学特性和路用性能，如何将钢渣和粉煤灰应用于道路工程中还需开展相关的工程实践应用研究。