钢渣基道路基层材料设计与路用性能研究

为降低西北旱寒区公路沥青路面基层早期开裂问题,并促进工业固体废弃物的循环利用,研究将钢渣替代碎石设计成级配钢渣混合料,并以矿渣粉、粉煤灰、电石渣组成的复合矿物掺合料作为胶结料稳定级配钢渣,形成全固废钢渣基道路基层材料。通过测试钢渣浸水膨胀率、基层材料膨胀率、无侧限抗压强度、干缩应变和抗冻性,分析钢渣基道路基层材料的稳定性、强度增长规律、抗开裂特性与长期稳定性。研究结果表明,高温季节钢渣陈化效果显著,90 d陈化期钢渣膨胀率最大降低38.7%。洒水加速了钢渣陈化,较未洒水下钢渣浸水膨胀率降低幅度最大增大了29.1%。复合矿物掺合料对钢渣混合料的膨胀率有抑制作用,12%掺量下膨胀率降低61.8%。级配钢渣混合料随龄期逐渐形成了强度,加入6%复合矿物掺合料后,类似于二灰稳定材料具有早期强度增长较慢、后期强度增长较快的特点,90 d时较水泥稳定材料强度高出2.1 MPa。对比30 d龄期的干缩应变,级配钢渣混合料的干缩应变较水泥稳定混合料降低74%,钢渣基稳定混合料较水泥稳定混合料降低20%。钢渣基道路基层材料的抗冻性在后期均优于水泥稳定和二灰稳定基层材料。综合可知,钢渣基道路基层材料稳定性和...     

钢渣体积膨胀特性研究与胀裂模拟

中国钢渣排放量大，综合利用率较低，堆放占地且污染环境，急需开展源头减量、资源化利用和无害化处置，而钢渣体积安定性不良且变异大是制约其大规模利用的首要原因。通过基于钢渣中f-CaO含量、分布、反应活性及与水反应难易程度提出钢渣集料体积膨胀演化模型，并利用钢渣粉、钢渣骨料的浸水膨胀试验开展体积膨胀模型参数的检验、拟合与验证。采用90℃热水浴浸泡试验和X射线衍射仪分析钢渣体积膨胀率、颗粒胀裂率与钢渣中f-CaO含量之间的关系，最后运用ABAQUS有限元模拟中的温度-位移模型和材料脆性断裂模型研究f-CaO的体积膨胀对钢渣骨料胀裂的影响。结果表明：钢渣体积膨胀与f-CaO的含量及分布、钢渣颗粒粒径的大小、浸水温度等因素有关，钢渣体积膨胀模型能很好地预测其体积膨胀的发展规律，模型参数可以通过浸水膨胀试验拟合确定，且采用二阶体积膨胀模型对钢渣粉、钢渣集料的浸水膨胀率预测较为准确。钢渣骨料的体积膨胀率与胀裂率均与f-CaO的含量密切相关，90℃浸水胀裂率宜控制不大于10%。ABAQUS温度-位移模型和材料脆性断裂模型能够近似模拟不同位置及富集程度的f-CaO体积膨胀对钢渣脆性裂纹的产生与扩展，模拟结果表明，位于近表面的f-CaO比内部f-CaO更容易造成局部胀裂。     

钢渣特性及其在道路沥青混合料中的应用进展

基于钢渣的特性,现概述了钢渣作为集料在沥青混合料中的应用进展。首先,总结了经不同方法处理的钢渣集料力学性能、化学成分和物理结构等方面的差异。钢渣表面结构粗糙、棱角丰富,表现出良好的耐磨性和耐压碎性,但也存在密度大、吸水率高及体积不稳定等问题。其中,体积不稳定是影响钢渣在沥青混合料中应用的关键因素。其次,根据不同配合比设计方法,分析了加入替代比例钢渣集料对沥青用量、沥青混合料性能的影响,表明沥青混合料中,钢渣百分比的增加通常会导致设计沥青用量、矿料间隙率、Marshall稳定性和密度增加。最后,详细总结了钢渣集料对沥青混合料在防滑、水损害、抗车辙和抗疲劳等现场性能的影响,发现钢渣代替沥青混合料中的粗集料,可以改善抗滑、抗车辙和抗疲劳等性能。水损害性能则由于钢渣的产生来源不同,变化结果不确定性较大。综合来看,钢渣替代集料能够一定程度上改善路用性能,但钢渣集料体积不稳定,可能带来一定的变异性,在道路应用过程中,应有针对性调控,以确保沥青混合料性能的稳定。     

面向沥青混凝土矿料全替代的钢-铁渣梯级利用

钢渣和铁渣是伴随炼钢产生的2种典型固废。目前部分钢渣已被再生用于替代沥青混凝土中的粗骨料。为进一步提高钢渣和铁渣的再利用效率，探讨了采用不同粒径的钢渣和铁渣100%替代沥青混凝土矿料的可行性。首先基于材料微观分析技术以及集料技术指标测试方法，揭示不同粒径钢渣和铁渣的材料特征，确定适合其100%替代沥青混凝土矿料的粒径搭配方案；然后验证方案的可行性，采用Superpave方法设计沥青混凝土，优化拌和工艺，检验沥青混凝土的主要工程性能。结果表明：钢渣细集料受自身矿物胶凝活性的影响易固结成块，铁渣粗集料的技术指标不佳，因而两者不宜直接替代沥青混凝土矿料使用。采用钢渣粗集料、铁渣细集料和钢渣粉100%替代常用的石灰石矿料，结合使用高黏度的SBS改性沥青和改进型混合料拌和工艺，可制备出性能优良的沥青混凝土，且部分性能指标优势显著：其高温下的流动次数（F_n）以及低温下的断裂能分别提高了18%和23%。可见，将不同粒径的钢渣和铁渣搭配使用可实现两者在沥青混凝土中的梯级全利用。     

掺钢渣再生沥青混凝土的制备及路用性能研究

再生沥青混凝土制备过程中仍需耗费大量的天然石材,天然石材的开采对环境造成了一定的破坏。该文采用钢渣与回收沥青路面材料RAP作为集料加入新沥青制备掺钢渣再生沥青混凝土,制备RAP掺量分别为25%、30%、35%的AC-13掺钢渣再生沥青混凝土,通过试验研究不同RAP掺量下的AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的高温稳定性、水稳定性以及力学性能、低温性能规律,并制备RAP掺量为11%的SMA-13掺钢渣再生沥青混凝土,评价SMA-13掺钢渣再生沥青混凝土的路用性能。试验结果表明:AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的动稳定度均大于2 300次/mm,且随着RAP掺量增加而降低;AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳定度均大于80%,满足规范要求; AC-13混合料的劈裂强度可达2 MPa以上,高于普通沥青混凝土;AC-13混合料的低温弯曲应变均为2 400以上,且随着RAP掺量增加而降低。SMA-13混合料各项性能指标也均达到规范要求。     

风淬钢渣砂替代细集料在沥青混合料中的应用研究

利用风淬钢渣替代沥青混合料中玄武岩细集料,制备沥青混合料研究其对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等性能的影响,并通过SEM及X-CT等材料检测技术对试验结果进行分析。试验结果表明风淬钢渣替代细集料极大地降低了油石比,显著改善了低温性能及水稳性能,从而表明风淬钢渣可以替代细集料生产沥青混合料,为钢渣的处理提供了一条有效的途径,同时极大地降低了沥青混合料的生产成本。     

钢渣粉对沥青混凝土水稳定性能影响研究

为研究钢渣粉对沥青混凝土水稳定性能的影响,首先利用多种不同的表征方法对钢渣粉的化学成分、矿物相和微观形貌进行分析,明确钢渣粉的理化性质。然后采用钢渣粉替代不同比例的石灰石矿粉制备沥青混凝土,通过浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验分析钢渣粉对沥青混凝土水稳定性的影响。研究结果表明,钢渣粉的理化特征有助于改善其与沥青的相容性,增强沥青胶浆与集料的粘附性能。随着钢渣粉用量的增加,沥青混凝土的水稳定性得到持续改善,尤其当钢渣粉替代量在75%或以上时,沥青混凝土的水稳定性指标提高非常显著。     

钢渣SAC-10沥青混合料路用性能研究

钢渣集料具有表面粗糙、强度高、耐磨和耐久性好等特性,针对用于沥青路面超薄磨耗层的SAC-10沥青混合料,采用钢渣每档等比例替换天然集料的方式进行配合比设计。以沥青混合料高温性能为基准,确定钢渣的最佳等比例替换天然集料掺量,并对钢渣SAC-10沥青混合料的低温抗裂性、水稳定性等其他路用性能进行研究。结果表明:掺入钢渣对于SAC-10沥青混合料高温性能的提高有显著影响,且当钢渣每档等比例替换掺量为60%时,SAC-10沥青混合料的高温抗永久变形能力最好,同时具有良好的低温抗裂性、水稳定性、体积稳定性及抗滑性能。     

钢渣微粉对沥青混合料性能影响研究

在沥青混合料中掺加钢渣微粉,分析用钢渣微粉替代部分或全部矿粉对沥青混合料性能的影响。通过冻融劈裂试验来评价不同掺量的钢渣微粉对沥青混合料水稳定性的影响,并由车辙试验来评价不同掺量钢渣微粉对沥青混合料高温稳定性的影响。试验结果表明:钢渣微粉可以改善沥青与集料的粘附性,提高沥青混合料的水稳定性;可以明显改善沥青混合料的高温稳定性,提高沥青路面的抗车辙能力;而对沥青混合料的抗裂性影响不大;钢渣粉的最佳掺量为沥青混合料总质量的4.5%。改善沥青混合料性能的机理在于钢渣的碱度大和比表面积大。但是钢渣微粉对沥青混合料其他性能提高不明显。     

钢渣在沥青混凝土中的应用研究

钢渣被用作全部集料、粗集料和细集料进行了三种类型的密级配沥青混凝土配合比设计和路用性能检验,并设置采用天然集料的沥青混凝土作为对照组。研究结果表明,钢渣用作全部集料和粗集料提高了沥青混凝土的高温稳定性和水稳定性,且不会产生膨胀问题,全部集料采用钢渣的混凝土性能更佳;钢渣用作细集料降低部分路用性能且提高成本。     

钢渣沥青混合料路用性能试验研究

为了探究不同钢渣骨料掺量下沥青混合料的路用性能,对AC-13C型钢渣沥青混合料在钢渣掺量分别为0%、30%、50%、70%和90%时采用传统马歇尔击实试验,按照体积法原理进行配合比设计,分析研究了不同钢渣掺量下沥青混合料的路用性能。结果表明:钢渣骨料表现为碱性,与沥青胶结料黏附性较好,随着钢渣掺量的增加,钢渣沥青混合料高温性能以及抗水损坏性能均表现出先增大后减小趋势,低温性能以及体积安定性逐渐降低,钢渣掺量在50%时沥青混合料路用性能相对最佳。     

乳化沥青稳定炉渣混合料路用性能评价

随着城市发展与人口的增长,由焚烧生活垃圾而产生的炉渣产量也逐渐增长。将炉渣资源应用在道路材料方向,能够充分利用资源能源,降低道路修建原材料的成本,同时解决道路建材紧张和短缺的问题。本文通过车辙实验、浸水劈裂实验、单轴贯入实验与无侧限抗压强度实验,对比了基质沥青混合料、普通乳化沥青混合料、乳化沥青稳定炉渣混合料及乳化沥青稳定炉渣+水泥混合料的高温抗车辙性能、水稳定性能及抗剪性能。实验结果表明,乳化沥青稳定炉渣混合料与普通乳化沥青相比,虽然高温抗车辙性能较差,但表现出更好的水稳定性与抗剪性能。将乳化沥青稳定炉渣混合料中部分矿粉替换为水泥,不仅能够弥补其高温抗车辙性能的不足,并且能够显著提升水稳定性与抗剪性能。     

粉煤灰及钢渣在冷再生混合料中的应用

在乳化沥青冷再生混合料中使用5种不同剂量的粉煤灰和钢渣来取代部分水泥,研究其对混合料相关路用性能的影响。结果表明:1)粉煤灰替代量为25%时,其马歇尔强度有所提升,其余路用性能均有所下降,建议控制量在25%以内;2)添加钢渣后,混合料的所有性能均有所下降,要严格控制钢渣的替代量在40%以内。     

利用隧道玄武岩洞渣加工机制砂混凝土研究

依托云南省杨柳至宣威高速公路项目,通过室内正交试验,研究机制砂掺量、水胶比、粉煤灰掺量、钢渣掺量等因素对混凝土坍落度和扩展度的影响;对比分析不同阶数拟合函数的预测效果,采用三阶非线性函数建立并验证了机制砂混凝土坍落度和扩展度的预测模型.研究表明:水胶比和粉煤灰掺入量对扩展度和坍落度影响较大,钢渣影响较小;随着水胶比、粉...     

AC-16钢渣沥青混凝土配合比与路用性能试验研究

在对钢渣微观形貌、矿物成分和浸水膨胀率等物理力学性能进行分析的基础上，用钢渣作为集料设计并成型AC-16型改性沥青混凝土，对其路用性能进行系统研究；全过程用砂岩集料比对。结果表明:与砂岩相比，钢渣力学性能良好，吸水率比砂岩大0.4 %～0.6 %，钢渣沥青混凝土最佳油石比比砂岩高出0.5 %，其高温性能和水稳定性良好，低温抗裂性和抗滑性能较砂岩表现更为优异。     

灌注式水泥-沥青混合料设计与路用性能

灌注式水泥-沥青混合料是一种在开级配的沥青混合料中填充水泥胶浆而形成的，兼具沥青路面和水泥混凝土路面特点的复合材料。采用体积法设计高空隙率的基体沥青混合料并通过马歇尔试验确定其最佳沥青用量；通过不同水灰比和不同灌浆量的水泥浆灌注的水泥-沥青混合料的马歇尔稳定度和低温劈裂强度，确定水泥浆的合理水灰比和单位面积合理的灌浆量。利用车辙试验动稳定度评价水泥-沥青混合料的高温稳定性，用残留稳定度和冻融劈裂强度比评价水泥-沥青混合料的水稳定性。结果表明所选择的水泥-沥青混合料具有优良的高温稳定性和良好的水稳定性，在普通水泥浆中掺加一定量的粉煤灰，水泥-粉煤灰一沥青混合料同样具有较好的路用性能。     

钢渣导电沥青混凝土电学性能研究

利用钢渣矿料制备出Superpave12．5型钢渣导电沥青混凝土,研究了钢渣集料、石墨粉、碳纤维等材料对降低电阻率的贡献,进行了室内升温和室外融雪试验。研究结果表明：钢渣能作为集料制备出体积性能合格的沥青混凝土,钢渣导电集料大大提高了沥青混凝土的导电能力;石墨降低电阻率的能力要明显强于碳纤维;导电沥青混凝土温升随时间呈二次抛物线规律变化。室外融雪试验融雪效率为32％。