活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比确定及粘温特性研究

煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,但鲜见其活化以改善沥青性能的研究成果。采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)和布氏粘度仪(BV)对活化煤矸石改性沥青胶浆的流变特性进行测试,分析了重复蠕变劲度的粘性部分Eμ和蠕变劲度模量S与粉胶比之间的关系,通过流变学手段及双直线简化模型,得到活化煤矸石改性沥青胶浆的合理粉胶比范围及最佳粉胶比;借助扫描电镜(SEM)和红外光谱试验仪(IR)对其作用机理进行分析。研究结果表明,确定出的活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比能较好地平衡沥青胶浆的高低温性能;活化煤矸石可有效改善沥青胶浆的温度敏感性,其改性沥青胶浆粘温特性的效果较矿粉更为显著;平均粒径小、比表面积大及表面多孔层状结构是主要原因。研究成果为拓宽固体废弃物煤矸石在沥青路面工程中的资源化利用途径提供了依据。     

活化煤矸石改性沥青胶浆流变性能实验研究

煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,以粉体煤矸石为填料对沥青进行改性在国内外鲜有研究涉及。采用锥入度实验、动态剪切流变实验(DSR)和弯曲梁流变实验(BBR),研究了不同粉胶比条件下活化煤矸石改性沥青胶浆的剪切强度及高、低温流变性能变化规律,并与矿粉改性沥青胶浆进行对比;在此基础上,初探了活化煤矸石改性沥青胶浆作用机理。结果表明,采用活化煤矸石替代矿粉后,沥青胶浆的抗剪强度和高温性能大幅提高,低温性能则基本相当。研究成果为活化煤矸石替代矿粉作为沥青混合料填料的可行性提供了依据。     

煤矸石粉与沥青的交互作用评价及其微观机理研究

矿料与沥青的交互作用决定着沥青混合料的路用性能,为了评价煤矸石粉与沥青的交互作用能力并揭示交互作用机理,利用动态剪切流变仪(DSR)对煤矸石粉沥青胶浆的流变性能进行了测试,运用广义sigmoidal函数和WLF方程构建了沥青胶浆动态剪切模量主曲线。基于Palierne模型系数C对煤矸石粉与沥青的交互作用进行评价,提出了参数拟合法以减弱C值对煤矸石粉体积分数的依赖性,借助扫描电镜和原子力显微镜对交互作用的微观机理进行了分析。研究结果表明：通过交互作用评价系数C值比较得出煤矸石粉与沥青的交互作用强于石灰岩粉,煤矸石粉的粗糙表面及开口孔隙更容易与沥青形成嵌锁的界面结构,煤矸石粉与沥青发生交互作用后产生更多数量的“蜂状结构”,形成了密集交织的网状结构体系,从而使煤矸石粉与沥青具有更强的交互作用。     

高粘沥青胶浆动态剪切流变特性

针对探索不同类型的高粘沥青胶浆动态剪切流变特性,有利于完善多孔沥青混合料配合比设计。分析材料组成、粉胶比、温度等对高粘沥青胶浆动态剪切流变特性的影响,结果表明,沥青粘度高、矿粉比表面积大,形成的高粘沥青胶浆相位角相对较小,抗车辙因子较大;与矿粉类型相比,沥青性质对胶浆抗车辙因子影响显著,对改善胶浆抗高温变形能力起主导作用;粉胶比增大,抗车辙因子随之增大,并随温度变化呈幂函数关系变化趋势。提高改性沥青粘度或增大矿粉比表面积,均可有效降低高粘沥青胶浆抗车辙因子的温度敏感性,改善高粘沥青胶浆高温抗变形性能。     

聚合物复合改性沥青及其胶浆流变性能

采用动态剪切的流变试验、弯曲梁的流变试验和测力延度试验等流变力学实验方法,对未老化复合改性沥青及其胶浆性能开展试验研究。结果表明复合改性沥青的高温流变力学性能优于常规SBS改性沥青。兼顾高、低温性质的复合改性沥青胶浆适宜的粉胶比为1.4粉胶比上限范围为1.6。     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用延度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析。结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6%纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达到最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力。     

温拌沥青混合料的路用性能研究

沥青混合料组成设计方法的目标是获得具有优良路用性能的沥青混合料,因此可通过研究沥青混合料的路用性能评价级配组成设计与胶浆改善措施的效果。通过研究发现对温拌沥青混合料（WMA）进行设计时,除了如同热拌沥青混合料（HMA）的级配的选择以外,还得兼顾到矿粉在沥青混合料中的使用比例。所以在选择外加剂之后,确立了胶粉的比例,在合适的粉胶比下验证温拌沥青混合料的性能。     

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明：在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%～75.7%,弹性恢复率提高了9.4%～18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。     

基于测力-延度曲线分析的沥青胶浆低温流变性能评价指标

研究沥青胶浆低温性能对于优化沥青混合料抗裂设计具有重要意义。本研究定性分析了两种基质沥青及其改性沥青的测力延度试验的力-延度曲线特征;在此基础上,开展在固定粉胶比条件下不同温度和不同拉伸速率下的力-延度曲线特征研究,进而探索不同粉胶比下沥青胶浆低温性能评价指标演化规律;运用离差最大化法计算沥青胶浆低温性能评价指标权重,借助弯曲梁流变仪验证低温性能评价指标的合理性。研究结果表明,10℃、5 cm/min可作为沥青胶浆测力延度试验测试条件,其峰值力演化符合指数函数模型;基于沥青与填料交互作用,确定填料在沥青胶浆中的临界体积分数为33.07%～37.07%,该条件下混合料断后伸长率与弯曲梁试验低温性能评价指标存在较好的相关性且权重最大,可作为沥青胶浆低温性能评价指标。     

沥青材料的玻璃态转变温度求解及低温性能分析

针对玻璃态转变温度Tg难以实测及现有计算方法原理不清晰、参数标准差偏大的问题,利用水平移位因子lg(αT),根据Williams-Landel-Ferry方程(简称WLF方程)推导了玻璃态转变温度的求解公式:任选2个参考温度T1、T2进行移位因子计算,通过线性回归得到各自参数C1、C2、C1′、C2′;将2个参考温度下的移位因子相减,推算出Tg求解公式。利用该方法计算了3种基质沥青和2种SBS改性沥青材料的Tg,并使用对应的沥青混合料进行了低温弯曲试验验证。结果表明,该计算方法原理清晰、过程简单,可以准确地计算玻璃态转变温度Tg,有效评价沥青材料的低温性能。     

低温增钙煅烧煤矸石水硬活性探讨

本文以萤石或无水硫酸钠为矿化剂,将徐州煤矸石在850℃进行增钙活化煅烧.采用XRD和f-CaO测定煅烧样的矿物组成和石灰石的消耗情况从而判断煤矸石的活化效果,发现矿化剂的掺入明显改善煤矸石的活性,尤其以萤石为矿化剂;掺加45%石灰石的物料煅烧后生成有良好水硬活性的C12A7和C2S,也有利于煤矸石活性的改善.     

煤矸石建材资源化的研究进展

煤矸石是煤炭开采和煤炭洗选加工过程中产生的固体废弃物,利用煤矸石生产建材是煤矸石资源化的有效途径;结合煤矸石的性质,介绍了煤矸石建材资源化的研究进展,尤其是在胶凝材料、混凝土、砂浆和砌体材料等方面的最新研究成果;指出煤矸石建材资源化还存在一些不足,需要进一步研究来提高煤矸石利用量和附加值.     

煅烧煤矸石的活性和结构性能研究

对不同温度煅烧的煤矸石进行了系统研究,以寻求煤矸石最大活性的煅烧温度,并对其活化机理进行了初步探讨.采用游离氧化钙法、结合水法、X射线和孔结构等现代测试分析方法研究了煤矸石在煅烧过程中结构和活性的变化规律.结果表明:在一定煅烧温度范围内,煤矸石的矿物组成和微观结构发生了较大的变化,提高了无定型硅、铝氧化物的含量,从而大大提高了水化速率并改善了活性.     

自燃煤矸石胶凝材料中钙矾石形成研究

采用XRD分析了自燃煤矸石胶凝材料中活性Al2O3在不同因素影响下水化形成钙矾石的情况.研究结果表明,在相同条件下芒硝存在,时自燃煤矸石中活性Al2O3水化生成钙矾石,而含等量硫的石膏存在时水化浆体中不但有水化产物钙矾石还有未反应的石膏;胶凝体系中不含熟石灰时,活性Al2O3水化首先生成石膏,随着水化的进行再转化成钙矾石,而在有熟石灰时水化则直接生成钙矾石;矿渣促进了自燃煤矸石中Al2O3水化形成钙矾石.     

烧结法制备煤矸石微晶玻璃及其烧结性能研究

以淮南矿区煤矸石为主要原料,采用烧结法制备了微晶玻璃,并研究了Na_2O含量对基础玻璃熔制温度、微晶玻璃晶化温度、物相组成和微观结构的影响及其对微晶玻璃体积密度、耐酸碱等物化性能的影响。结果表明,以淮南矿区煤矸石为主要原料可以制备出性能优良的微晶玻璃;并且随Na_2O含量从10%增至25%,玻璃熔制和晶化温度分别从1450℃降低到1300℃,950℃降低到700℃;微晶玻璃的主晶相由含铁镁橄榄石相转变为霞石相,最终转变为硅铝酸钠相,且微晶玻璃的结构均匀性不断提高;微晶玻璃的致密性先增加后降低,耐酸碱性良好,但Na_2O含量过多对微晶玻璃耐酸性不利。     

玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响

为研究玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响,通过车辙试验、低温弯曲小梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究了玄武岩纤维对沥青混合料抗老化性能的作用。试验结果表明:虽然玄武岩纤维沥青混合料的动稳定度随老化时间增加,但相对于普通沥青混合料而言,其增加的幅度减缓,提出采用相对变形率作为老化性能评价指标;玄武岩纤维延缓了沥青混合料老化性能的衰变,使得老化后的混合料低温抗裂性改善;经短期老化和长期老化后玄武岩纤维沥青混合料水稳定性能均优于普通沥青混合料,且玄武岩纤维显著降低了长期老化试件的未冻融劈裂强度,因此在应用中应适当增加碾压次数。