钢渣集料膨胀抑制方法及混合料体积稳定性研究现状

将大宗固体废弃物钢渣进行大规模的再利用具有良好的经济、环境和社会效益。钢渣的体积膨胀风险是限制其大量用作建筑材料的主要原因。因此,对钢渣的体积稳定性进行有效调控是钢渣资源化的关键。针对钢渣集料体积安定性不良的问题,分别从钢渣集料和钢渣沥青混合料的体积稳定性特征方面概述钢渣沥青混凝土体积稳定性调控方法研究进展。研究结果表明：工艺法和熔融调质法都能显著减少熔融钢渣中的活性物质含量,从而降低膨胀风险;对于冷却后的固态钢渣,酸碱中和法和掺合料法对钢渣的体积膨胀抑制效果明显,能将钢渣的体积膨胀率降低70%以上;其中,将矿渣微粉、粉煤灰和硅灰进行三元复掺会产生"超叠加效应",抑制效果明显高于单一掺合料;无机和有机表面改性技术能将钢渣膨胀率降低20%~45%,与其他调控方法相比效果较差,但其处理方式简单且处理周期短,适用于处理f-CaO含量较低的钢渣;粗钢细石沥青混凝土的浸水膨胀率与纯钢渣沥青混凝土相比降低了30%~40%,且钢渣沥青混合料的浸水膨胀率随着钢渣替代比例的升高而增加。因此,在实际应用中,应根据原材料情况严格控制钢渣的替代比例,以保证膨胀特性满足要求。     

基于膨胀机理的钢渣基层材料体积安定性研究

通过建立f-CaO粒子水化膨胀模型以计算钢渣颗粒/混合料膨胀率,按不同配合比进行无机结合料稳定类混合料崩解试验,探讨了钢渣作为基层集料的体积安定性.f-CaO粒子水化膨胀模型计算结果显示,钢渣膨胀特性与f-CaO含量、钢渣颗粒大小及钢渣密实度有直接关系,钢渣颗粒越大体积安定性越差.1％的f-CaO完全水化增加钢渣1.15％膨胀率.80℃水浴试验结果表明模型计算与实际钢渣粒料膨胀率吻合程度较好,平均误差为6.11％.混合料崩解试验结果表明,无机结合料稳定钢渣膨胀破坏为局部破坏,其抗冲刷性能越好其体积安定性越佳,抗冲刷性能水泥稳定类优于二灰稳定类,悬浮级配优于骨架级配.水泥悬浮钢渣体积安定性最佳,水泥剂量不宜低于3％.钢渣作为路用基层集料的体积安定性宜按照钢渣粒料可能发生的最大膨胀率而非整体膨胀率评价.     

济钢转炉钢渣在路面基层中的应用研究

检测济钢转炉钢渣的化学成分及物理、力学性质,分析其用于路面基层材料的可行性.分别以不同水泥掺量制备水泥稳定钢渣无侧限抗压强度试件,测定其7d、28 d强度及浸水7d后的水稳定性.以相同的方法制备两种不同粉煤灰掺量的水泥粉煤灰稳定钢渣的无侧限抗压强度试件,测定其强度及水稳定性.通过与水泥稳定碎石力学性质的对比,表明水泥稳定钢渣及水泥粉煤灰稳定钢渣均具有良好的力学性能及水稳定性,济钢转炉钢渣可作为路面基层材料推广应用.     

无机结合料稳定钢渣砂路面基层材料的研究

利用无机结合料稳定钢渣砂作为新型路面基层材料,以无侧限抗压强度作为评价指标,研究了二灰稳定钢渣砂、粉煤灰稳定钢渣砂、水泥粉煤灰稳定钢渣砂等3种路面基层材料的强度性能,并提出了各材料的最佳配合比。与传统路面基层材料进行对比,发现无机结合料稳定钢渣砂路面基层材料具有较好的强度,经济性能优良,市场应用前景广阔。     

钢渣粉煤灰柔性路面基层材料使用性能试验分析

钢渣、粉煤灰排放量大，利用率低。利用钢渣、粉煤灰修筑路面基层，可减少天然石料的开采，变废为宝。研究钢渣粉煤灰的路用性能，主要包括配合比、无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、回弹模量等。通过试验比较，证明钢渣、粉煤灰完全可以用作道路基层材料。     

水泥粉煤灰综合稳定钢渣碎石基层性能研究

利用水泥粉煤灰稳定钢渣碎石复合集料作为新型路面基层材料,以无侧限抗压强度作为评价指标,对比了水泥稳定钢渣碎石基层与水泥稳定普通碎石基层的性能,确定了钢渣细集料代替石屑的可行性.同时还研究了湿排粉煤灰的引入对水泥稳定钢渣碎石基层性能的影响,研究表明湿排粉煤灰存在一最佳掺量值,在最佳掺量点水泥粉煤灰稳定钢渣碎石路面基层材料具有较好的强度,且因引入湿排粉煤灰,成本造价也得以降低,故市场应用前景广阔.     

改性钢渣沥青混合料性能研究

针对钢渣遇水膨胀、体积稳定性差的问题,使用甲基硅酸钠溶液对钢渣进行表面改性处理,将改性钢渣代替粗骨料制备改性钢渣沥青混合料,测试其路用性能和体积稳定性。试验结果表明,甲基硅酸钠溶液在钢渣表面生成一层防水树脂薄膜,可有效降低改性钢渣的吸水率和膨胀率,可明显减小钢渣的压碎值和磨耗值;与钢渣沥青混合料和石灰岩沥青混合料相比,改性钢渣沥青混合料的路用性能明显提高;与钢渣沥青混合料相比,浸水120 h后,改性钢渣沥青混合料的体积稳定性提高了51.3%。     

不同陈化钢渣集料特性及其稳定性试验研究

钢渣集料具有良好的建筑材料性能,但目前钢渣在道路工程中的利用率较低。该文对广西防城港某钢厂露天陈化0、6个月、12个月钢渣集料的化学成分、基本物理力学指标、f-CaO、f-MgO、粉化率、CRB膨胀率等指标进行试验研究,结果表明：钢渣集料在物理力学特性方面基本满足道路基层材料和路基填料的要求,但陈化0、6个月的钢渣集料其f-CaO、粉化率、CRB膨胀率等指标不能满足道路基层和回填材料的要求,而陈化12个月的钢渣集料略小于规范限值。由此可见,用于道路基层和回填材料的钢渣集料至少要露天陈化12个月才能满足路用稳定性要求。     

水泥粉煤灰稳定钢渣路面基层材料研究

旨在合理利用钢渣和粉煤灰工业废渣,首先进行原材料基本性能试验分析,通过优选钢渣级配,添加碎石与钢渣按不同比例组合,进行击实、无侧限抗压强度、间接抗拉强度、室内回弹模量、稳定性试验和抗冲刷试验等各项基本力学性能指标试验,然后从路面基层材料的要求对其规律进行总结分析,为钢渣和粉煤灰工业废渣合理有效地应用到路面基层或底基层中提高科学依据。     

激发水淬锰渣与钢渣的活性用作细掺料砂浆的试验研究

对广西冶金行业排放的大量水淬锰渣、钢渣开展了用作细掺料砂浆的研究。经对锰渣、钢渣的基本性质分析发现,锰渣活性指数仅为70%～80%,活性偏低,必须对活性进行激发。研究表明,以石膏、石灰自制的激发剂为活性激发剂,并掺入磨细粉煤灰,可有效提高渣料的活性指数。通过试验确定了激发剂与基础配料的较优工艺条件,并通过分别粉磨制备了活性矿物细掺料—锰渣矿粉。     

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。     

改良钢渣路基填料膨胀性试验研究

为降低钢渣的膨胀特性,提高钢渣的综合利用效率,对钢渣开展了不同改良处理方法下的浸水膨胀率试验。结果表明：随着预浸水时间的增加,钢渣的膨胀率呈逐渐减小的变化特征,但降低幅度不是很明显;粉质黏土掺量较大时,对钢渣膨胀性能起到一定的抑制作用,但效果也不明显;剔除小于4.75 mm的钢渣颗粒进行级配调整,同时辅以粉质黏土或者水泥,能显著改善钢渣膨胀特性,掺入30.0%粉质黏土可将膨胀率降低至1.9%,满足设计规范≤2.0%要求,若再掺入5.0%水泥,膨胀率可进一步降低至1.7%。建议采用调整级配+30.0%粉质黏土的方法对钢渣路基填料进行膨胀性改良。     

工业废渣路面基层材料试验研究

以钢渣、碎石为集料,通过实验室试验研究了水泥、水泥粉煤灰、石灰粉煤灰稳定路面基层材料的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量和抗冲刷性能。结果表明,钢渣作为公路基层集料具有较碎石更为良好的性能。钢渣作为集料的基层材料强度高于碎石作为集料的基层材料;用水泥稳定钢渣可获得相对高的无侧限抗压强度,用石灰粉煤灰稳定钢渣获得相对高的劈裂强度。掺加粉煤灰的基层材料在180d龄期问抗压回弹模量保持增长,水泥稳定基层材料90d以后抗压回弹模量无明显增长。石灰粉煤灰稳定钢渣的回弹模量显著高于其他基层材料。水泥稳定钢渣抗冲刷性较水泥稳定碎石好,水泥粉煤灰与石灰粉煤灰稳定类用钢渣代替碎石作为集料对冲刷性能影响不明显。     

温拌沥青混合料温度控制的试验研究

在进行原材料指标和和矿料级配研究的基础上,进行不同成型温度条件下的温拌沥青混合料性能试验。结果表明,掺加7‰的表面活性型温拌剂EWMA-1后,155℃成型温度条件下,沥青混合料的体积指标与热拌SBS改性沥青混合料的体积指标相当,其高温稳定性、水稳定性略有提高,而低温抗裂性能有所降低。     

掺钢渣无机结合料稳定路面基层材料干缩温缩试验研究

通过对水泥稳定类与石灰粉煤灰稳定类路面基层材料掺人不同比例的钢渣集料以进行室内干缩和温缩试验,研究了钢渣对无机结合料稳定基层材料抗裂性能的影响.集料的钢渣-碎石比为0∶100、25∶75、50∶50、75∶25、100∶0.研究结果表明,掺入钢渣使水泥稳定类材料压实所需最佳含水率上升,但对二灰稳定类影响不显著.随着钢渣在集料中比例由0增至100％,水泥稳定类和二灰稳定类材料的总干缩系数分别最多减少40.0％与32.2％,掺入钢渣可提高材料的抗干缩性能.另一方面,随着钢渣在集料中比例由0增至100％,水泥稳定类和二灰稳定类材料的平均温缩系数分别最多增加23.6％与32.3％,掺钢渣的基层材料施工时应注意控制温差,避免温缩开裂.     

水泥粉煤灰钢渣基层抗冲刷性能试验研究

通过冲刷试验机对3种基层材料进行冲刷试验,分析了3种基层材料的平均冲刷深度与7 d抗压强度的关系以及冲刷次数与冲刷量的关系,建立了7 d抗压强度和冲刷量的回归方程,比较了3种材料的抗冲刷性能,得出了水泥粉煤灰钢渣作基层材料的可行性.     

掺钢渣粉的水泥稳定碎石动态模量试验研究

通过钢渣在磨细不同时取得的钢渣微粉合成与硅酸盐水泥粒径组成相近,由硅酸盐水泥和钢渣微粉共同作为胶凝材料,研究了钢渣微粉水泥碎石用于高等级公路半刚性基层材料的强度指标、压缩变形和模量及温度对动态模量的影响.     

高模量沥青混凝土力学性能试验研究

从高模量沥青混凝土材料组成设计入手,通过沥青混凝土力学性能试验,分析低标号沥青、外掺剂用量对高模量沥青混凝土力学性能的影响规律。试验研究结果显示:低标号沥青可提高沥青混凝土的力学强度;沥青混凝土的回弹模量、劈裂强度和动态抗压模量随外掺剂用量的增加呈增加趋势,当外掺剂用量增加至混合料用量的0.7 %时,沥青混凝土的回弹模量增加幅度平均可达到50 %左右;添加外掺剂的沥青混凝土,其累积变形在一定程度上有所降低。