二灰稳定钢渣作为一种新型的筑路材料，具有良好的力学性能，强度高、板体性、水稳性强，抗冻性好，其抗冻性比传统的石灰土要高得多，同时其成本低、施工工艺简单，受雨季影响小，可充当各级公路的底基层、一般公路的基层，是一种良好的半刚性筑路材料。近年来邢台路桥建设总公司，先后在邯郸北环路工程使用二灰稳定钢渣作为一级公路的底基层，在107国道高邑界至小槐河段修工程中使用二灰稳定钢渣作为二级公路的基层。工程实践证明，各项技术指标均达到优良，具有良好的经济效益和社会效益。建成通车几年来，路面运行状况良好。
一、原材料性质
二灰稳定钢渣基层（底基层）是由一定数量的石灰、粉煤灰作稳定剂与已经过崩解达到稳定的工业废渣钢渣在最佳含水量的情况下，经拌和、压实及养生得到的一种半刚性基层（底基层）。钢渣集料约占整个混合料的80%左右，石灰、粉煤灰在混合料中起填充集料的空隙、粘结稳定粒料的作用。其材料性质如下：
1.钢渣：采用邯钢和邢钢的工业废钢渣，该钢渣是多年堆积已经崩解达到稳定的材料，钢渣本身也具有一定的几何尺寸，力学强度高，颗粒间内摩阻力强。
2、粉煤灰：采用邯郸热电厂、邢台热电厂生产的湿排粉煤灰，经抽样测试，该粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3总含量为78%，CaO含量为4.6%，烧失量为16.8%，比表面积2700m2/g，松方容重为0.5kg/m3。其活性物质能在一定的温度和湿度下与石灰和钢渣中的活性物质产生一系列的化学反应，形成硅酸盐、碳酸盐，板体性强，导热系数小，具有很强的保温性、抗冻性、低温缩裂小，是典型的缓凝性材料。
3.石灰：采用钙质生石灰，其中有效CaO、MgO含量为83.0%，未消解残渣含量小于10%，符合规范要求的Ⅲ级以上石灰标准要求。施工中采用已消解好的消石灰。
二、配合比设计
1.配合比设计原则：在确保质量的前提下，因地制宜，就地取材，结合本工地实际进行组合；对原材料的剂量，通过试验优化确定最合理的用量；对集料要求应有尽可能好的级配，以达到集料数量满足、间隙由结合料填充，形成各自发挥特点的稳定结构。
2、试配：因为该钢渣是介于集料与土之间的一种颗粒组成，规范中无此匹配的组成设计范围。我们参考二灰集料和二灰土组成设计范围，按重型击实试验，进行试验试配，并进行无侧限抗压强度试验。采用保证强度满足设计要求，材料符合规范要求，施工技术可靠，经济合理的密实性级配。
3.试验结果分析：
（1）以试验结果分析来看，二灰钢渣的7天无侧限强度普遍偏高，均在1.0Mpa以上，满足设计规定的R7≥0.6Mpa要求，28天抗压强度又有明显增长，均达到3.0Mpa以上，且后期强度还有缓慢增长的趋势。
（2）用等剂量的石灰，如果钢渣用量较多则前期强度（7天强度）较高，这主要是由钢渣的粒型结构，自身强度高，内摩阻力造成的；后期强度主要是随着粉煤灰的用量变化而有所变化，即如果粉煤灰用量较多，则后期强度（28天以后）增长较明显。
（3）如果在二灰钢渣中，二灰的用量增时，虽然后期（28天）强度增长幅度较明显，但无论是前期还是后期强度的最终值都不如二灰用量相对较少的配合比，特别强调石灰用量相对较少的配比效果较好。
4、配合比优化结果：根据试验结果并结合我们的经验，认为在二灰钢渣各材料中，石灰与粉煤灰的比例宜为石灰：粉煤灰=1：1.5~1：2.5之间；二灰与钢渣的比例宜为二灰：钢渣=1：3~1：4.5之间；但钢渣的用量不宜少于总干重的75%，也不宜于85%时较为理想。结合试验结果，采用二灰钢渣配合比为石灰：粉煤灰：钢渣=8：12：80，能满足规范要求的强度值。我们选用时，应侧重采用石灰剂量较少粉煤灰和钢渣用量相对较的配合比，因为石灰的造价比粉煤灰和钢渣的造价要高得多，为保险起见我们选用前者。
三、强度形成过程
钢渣含有SiO2和Al2O3，在CaO的环境下被激发产生水硬性，钢渣属于水硬性、水稳性较强的材料，其中氧化钙与水反应生成氢氧化钙，二氧化硅和氧化铝在水中不会凝结，但在饱和的Ca（OH）2溶液中会产生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，将颗粒胶凝在一起，形成具有一定强度和整体性的水硬性材料。
1． 结晶作用
Ca(OH)2的结晶作用是石灰吸收水分形成含水晶格，即
Ca(OH)2+ nH2O→Ca(OH)2·nH2O
Ca(OH)2胶体逐渐成为晶体的反应过程。所生成的晶体相互结合，并与钢渣结合起来形成共晶体，把钢渣颗粒胶结成整体。晶体的Ca(OH)2与不定形(非晶形)的Ca(OH)2相比，溶解度几乎小一半，因而石灰粉煤灰稳定钢渣的水稳性得到提高。
2． 碳酸化反应
Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应，生成CaCO3，碳酸钙具有较高的强度与水稳性，它对土的胶结作用使土得到了加固。
3．火山灰反应
火山灰反应是指钢渣中的活性硅、铝矿物在石灰的碱性激发下解离，在水的参与下与Ca(OH)2反应生成含水的硅酸钙和铝酸钙
xCa(OH)2+SiO2+ nH2O→xCaO·SiO2·（n+x）H2O
yCa(OH)2+Al2O3+ mH2O→yCaO·Al2O3·（m+y）H2O
所生成的新的化合物与水泥水解后的产物相类同，是一种水稳性良好的结合料。火山灰反应是在不断吸收水分的情况下逐渐发生的，因而具有水硬性性质。
这一过程离不开水，水是钢渣形成强度的重要因素，因此强度的增长速度与养护湿度有密切关系。
四、二灰钢渣的优越性能
１.二灰钢渣具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性，其抗冻性较传统的石灰土要高得多。
2.二灰钢渣具有初期强度高，随着龄期的增长，后期强度高的特点。
3.二灰钢渣是一种缓凝性材料，在施工中延迟压实时间稍长，对其达到密实度、强度影响不但延迟时间过长仍会受到影响，这比混凝土和石灰土在施工中较易控制。由于二灰钢渣收缩性小，裂缝较少，可避免产生冲刷唧浆现象。
４.二灰钢渣强度高，可解决边施工边通车问题，可解决冷天施工开放交通问题；由于使用过程中裂缝较少，也容易与混凝土面层粘结牢固，宜于做沥青混凝土基层。
５.二灰钢渣具有很好的水稳定性和抗冻性，适宜在潮湿条件下养生，更适合在多雨地区施工，可在翻浆地段做垫层、底基层、基层，具有施工区域广的特点。
与此同时，二灰稳定钢渣中的钢渣、粉煤灰均属于工业废渣，使用量的钢渣和粉煤灰作公路建设的筑路材料既可以减少环境污染，又可解决公路建设的材料来源，提高工程质量，降低工程的造价，具有可观的经济效益和社会效益。因此，在当前可持续发展战略中，二灰稳定钢渣有着广阔的推广空间。
一、原材料性质
二灰稳定钢渣基层（底基层）是由一定数量的石灰、粉煤灰作稳定剂与已经过崩解达到稳定的工业废渣钢渣在最佳含水量的情况下，经拌和、压实及养生得到的一种半刚性基层（底基层）。钢渣集料约占整个混合料的80%左右，石灰、粉煤灰在混合料中起填充集料的空隙、粘结稳定粒料的作用。其材料性质如下：
1.钢渣：采用邯钢和邢钢的工业废钢渣，该钢渣是多年堆积已经崩解达到稳定的材料，钢渣本身也具有一定的几何尺寸，力学强度高，颗粒间内摩阻力强。
2、粉煤灰：采用邯郸热电厂、邢台热电厂生产的湿排粉煤灰，经抽样测试，该粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3总含量为78%，CaO含量为4.6%，烧失量为16.8%，比表面积2700m2/g，松方容重为0.5kg/m3。其活性物质能在一定的温度和湿度下与石灰和钢渣中的活性物质产生一系列的化学反应，形成硅酸盐、碳酸盐，板体性强，导热系数小，具有很强的保温性、抗冻性、低温缩裂小，是典型的缓凝性材料。
3.石灰：采用钙质生石灰，其中有效CaO、MgO含量为83.0%，未消解残渣含量小于10%，符合规范要求的Ⅲ级以上石灰标准要求。施工中采用已消解好的消石灰。
二、配合比设计
1.配合比设计原则：在确保质量的前提下，因地制宜，就地取材，结合本工地实际进行组合；对原材料的剂量，通过试验优化确定最合理的用量；对集料要求应有尽可能好的级配，以达到集料数量满足、间隙由结合料填充，形成各自发挥特点的稳定结构。
2、试配：因为该钢渣是介于集料与土之间的一种颗粒组成，规范中无此匹配的组成设计范围。我们参考二灰集料和二灰土组成设计范围，按重型击实试验，进行试验试配，并进行无侧限抗压强度试验。采用保证强度满足设计要求，材料符合规范要求，施工技术可靠，经济合理的密实性级配。
3.试验结果分析：
（1）以试验结果分析来看，二灰钢渣的7天无侧限强度普遍偏高，均在1.0Mpa以上，满足设计规定的R7≥0.6Mpa要求，28天抗压强度又有明显增长，均达到3.0Mpa以上，且后期强度还有缓慢增长的趋势。
（2）用等剂量的石灰，如果钢渣用量较多则前期强度（7天强度）较高，这主要是由钢渣的粒型结构，自身强度高，内摩阻力造成的；后期强度主要是随着粉煤灰的用量变化而有所变化，即如果粉煤灰用量较多，则后期强度（28天以后）增长较明显。
（3）如果在二灰钢渣中，二灰的用量增时，虽然后期（28天）强度增长幅度较明显，但无论是前期还是后期强度的最终值都不如二灰用量相对较少的配合比，特别强调石灰用量相对较少的配比效果较好。
4、配合比优化结果：根据试验结果并结合我们的经验，认为在二灰钢渣各材料中，石灰与粉煤灰的比例宜为石灰：粉煤灰=1：1.5~1：2.5之间；二灰与钢渣的比例宜为二灰：钢渣=1：3~1：4.5之间；但钢渣的用量不宜少于总干重的75%，也不宜于85%时较为理想。结合试验结果，采用二灰钢渣配合比为石灰：粉煤灰：钢渣=8：12：80，能满足规范要求的强度值。我们选用时，应侧重采用石灰剂量较少粉煤灰和钢渣用量相对较的配合比，因为石灰的造价比粉煤灰和钢渣的造价要高得多，为保险起见我们选用前者。
三、强度形成过程
钢渣含有SiO2和Al2O3，在CaO的环境下被激发产生水硬性，钢渣属于水硬性、水稳性较强的材料，其中氧化钙与水反应生成氢氧化钙，二氧化硅和氧化铝在水中不会凝结，但在饱和的Ca（OH）2溶液中会产生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，将颗粒胶凝在一起，形成具有一定强度和整体性的水硬性材料。
1． 结晶作用
Ca(OH)2的结晶作用是石灰吸收水分形成含水晶格，即
Ca(OH)2+ nH2O→Ca(OH)2·nH2O
Ca(OH)2胶体逐渐成为晶体的反应过程。所生成的晶体相互结合，并与钢渣结合起来形成共晶体，把钢渣颗粒胶结成整体。晶体的Ca(OH)2与不定形(非晶形)的Ca(OH)2相比，溶解度几乎小一半，因而石灰粉煤灰稳定钢渣的水稳性得到提高。
2． 碳酸化反应
Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应，生成CaCO3，碳酸钙具有较高的强度与水稳性，它对土的胶结作用使土得到了加固。
3．火山灰反应
火山灰反应是指钢渣中的活性硅、铝矿物在石灰的碱性激发下解离，在水的参与下与Ca(OH)2反应生成含水的硅酸钙和铝酸钙
xCa(OH)2+SiO2+ nH2O→xCaO·SiO2·（n+x）H2O
yCa(OH)2+Al2O3+ mH2O→yCaO·Al2O3·（m+y）H2O
所生成的新的化合物与水泥水解后的产物相类同，是一种水稳性良好的结合料。火山灰反应是在不断吸收水分的情况下逐渐发生的，因而具有水硬性性质。
这一过程离不开水，水是钢渣形成强度的重要因素，因此强度的增长速度与养护湿度有密切关系。
四、二灰钢渣的优越性能
１.二灰钢渣具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性，其抗冻性较传统的石灰土要高得多。
2.二灰钢渣具有初期强度高，随着龄期的增长，后期强度高的特点。
3.二灰钢渣是一种缓凝性材料，在施工中延迟压实时间稍长，对其达到密实度、强度影响不但延迟时间过长仍会受到影响，这比混凝土和石灰土在施工中较易控制。由于二灰钢渣收缩性小，裂缝较少，可避免产生冲刷唧浆现象。
４.二灰钢渣强度高，可解决边施工边通车问题，可解决冷天施工开放交通问题；由于使用过程中裂缝较少，也容易与混凝土面层粘结牢固，宜于做沥青混凝土基层。
５.二灰钢渣具有很好的水稳定性和抗冻性，适宜在潮湿条件下养生，更适合在多雨地区施工，可在翻浆地段做垫层、底基层、基层，具有施工区域广的特点。
与此同时，二灰稳定钢渣中的钢渣、粉煤灰均属于工业废渣，使用量的钢渣和粉煤灰作公路建设的筑路材料既可以减少环境污染，又可解决公路建设的材料来源，提高工程质量，降低工程的造价，具有可观的经济效益和社会效益。因此，在当前可持续发展战略中，二灰稳定钢渣有着广阔的推广空间。
