钢渣沥青混合料路用性能研究

通过试验对AC-13型钢渣沥青混合料在钢渣掺量分别为0%,30%,50%,70%和90%时进行级配设计。研究了不同钢渣掺量下沥青混合料的路用性能,试验表明:随着钢渣掺量的增加,钢渣沥青混合料高温性能以及水稳定性呈现先增大后减小的趋势;低温抗裂性能以及体积稳定性逐渐降低。钢渣掺量为50%左右时,沥青混合料路用性能相对最佳。     

浇注式沥青混合料疲劳特性研究

根据四点弯曲疲劳试验曲线特征,将浇注式沥青(GA)混合料劲度模量随加载循环次数的累积过程分为3个阶段,并将宏观力学性能发生剧烈变化的第3阶段定义为沥青混合料疲劳裂缝出现区域.试验研究了应变水平、沥青用量和试验温度与沥青混合料劲度模量和疲劳寿命的关系,结果显示:第1阶段GA混合料劲度模量衰变至初始劲度模量的80%左右,占总疲劳寿命的5%～10%;第2阶段劲度模量衰变较为缓慢,与加载次数呈线性关系,占总疲劳寿命的70%～85%;第3阶段占总疲劳寿命的5%～10%.较高应变水平下GA混合料也有非常好的疲劳耐久性;增大沥青用量不能显著提高GA混合料的疲劳寿命;GA混合料疲劳寿命对温度非常敏感,且随着温度的升高而增加.     

乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸疲劳性能

采用Cooper试验机测试了乳化沥青冷再生混合料在不同温度和应力水平下的劲度模量及15℃下的间接拉伸疲劳性能.结果表明:乳化沥青冷再生混合料劲度模量随着温度的升高或应力水平的增加而逐步降低,劲度模量与温度、应力水平均具有很好的线性相关性;在低应力水平(100,200 kPa)下,掺水泥乳化沥青冷再生混合料疲劳性能优于无水泥乳化沥青冷再生混合料,而在高应力水平(300,400 kPa)下,掺水泥乳化沥青冷再生混合料疲劳性能劣于无水泥乳化沥青冷再生混合料.乳化沥青冷再生混合料竖向位移(变形)的发展主要经历了3个阶段,表现出一定的黏弹塑性,其疲劳破坏属于塑性破坏.     

水泥改善乳化沥青混合料的使用性能

研究了不同水泥掺量对乳化沥青混合料稳定度、抗压强度和抗压回弹模量、抗折强度和抗折回弹模量、高温稳定性、水稳性和低温抗裂性能的影响.使用扫描电镜观察了掺水泥前后乳化沥青胶浆及胶浆与集料界面微观结构的变化.结果表明:随着水泥掺量的增加,乳化沥青混合料的力学性能和路用性能明显提高;水泥水化产物与沥青胶浆形成的复合胶浆增大了沥青胶浆黏度,改善了胶浆与集料界面黏结情况,提高了乳化沥青混合料的使用性能.     

掺不同温拌剂沥青混合料的动态模量及疲劳特性

应用简单性能试验机(SPT)分别对掺不同温拌剂(Leadcap,Sasobit和ZQ-WB3温拌剂)沥青混合料及热拌沥青混合料在不同温度和加载频率时的动态模量、相位角进行测定与研究,并通过四点疲劳试验(应变控制模式)分析掺不同温拌剂沥青混合料的疲劳寿命.结果表明:随着温度降低或加载频率升高,掺不同温拌剂沥青混合料的动态模量增大;温度为37℃或54℃时,掺Leadcap或Sasobit温拌剂沥青混合料相位角出现峰值时的加载频率较掺ZQ-WB3温拌剂沥青混合料小;温拌剂对沥青混合料疲劳寿命有很大影响,掺ZQ-WB3温拌剂沥青混合料平均疲劳寿命最短,掺Leadcap温拌剂沥青混合料平均疲劳寿命最长.     

盐冻融循环对沥青混合料低温性能的影响

采用低温弯曲试验,以最大弯拉应变比、弯曲劲度模量和应变能密度等指标分析了盐冻融循环条件下沥青混合料低温性能的衰变规律,研究了掺加纤维等添加剂后,在盐冻融循环条件下沥青混合料低温性能的改善效果.结果表明:沥青混合料经盐冻融循环后,其最大弯拉应变比、应变能密度显著减小,弯曲劲度模量增大;随着盐冻融循环次数的增加,各指标变化幅度逐渐减小;盐溶液质量分数越高、冻融温度越低,对沥青混合料的低温性能影响也越大;应变能密度与盐冻融循环次数呈指数函数变化;玄武岩纤维对盐冻融循环条件下沥青混合料低温性能的改善效果较好.     

水泥稳定砖与混凝土再生集料混合料的疲劳性能

研究了水泥稳定砖与混凝土再生集料(RBCA)混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度与抗压回弹模量等基本物理力学性能,并开展了水泥稳定RBCA混合料的四点弯曲疲劳试验;基于Weibull分布确定了混合料的疲劳寿命预估模型,分析了RBCA掺量对混合料疲劳性能的影响.结果表明:随着RBCA掺量的增加,水泥稳定RBCA混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度与抗压回弹模量均先增大后减小,弯拉强度也具有类似规律;相同级配与水泥剂量下,混合料的疲劳寿命随着RBCA掺量的增加而增大,且RBCA掺量较小时其混合料疲劳寿命增幅较大,后续增幅变小;加入RBCA可提高水泥稳定碎石混合料的抗疲劳性能.     

含轻质砖的水泥稳定再生集料性能研究

研究了轻质砖再生细集料掺量对水泥稳定砖混再生集料混合料无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冲刷性能与收缩性能的影响。结果表明:随轻质砖再生细集料掺量增加,混合料的最佳含水率大幅增大,最大干密度大幅降低,无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量与抗冲刷性能均下降;混合料的干缩应变和温缩应变随轻质砖与水泥掺量的增加而增大,轻质砖再生细集料掺量对混合料干缩影响较大,而水泥掺量对混合料温缩影响较大,粗型级配混合料的上述性能均优于其它2种级配混合料。全砖混再生集料水泥稳定混合料可用于各等级公路路面基层,当需要掺入轻质砖再生细集料时,其掺量应控制在20%以内。     

陶瓷纤维掺量对沥青混合料力学性能的影响研究

为研究陶瓷纤维(CF)的掺量对沥青混合料力学性能的影响,选用碎硅石骨料制备陶瓷纤维改性沥青混合料(CFMAM)试件,通过马歇尔试验、间接拉伸劲度模量试验(ITSM)、间接拉伸疲劳试验(ITFT)和重复荷载轴向试验(RLA)方法,分别针对CF掺量为1%,3%,5%沥青混合料的力学性能展开对比分析。结果表明：不同CF掺量沥青混合料的劲度模量、抗疲劳性能、抗永久变形性能均优于普通沥青混合料;在3%的最佳纤维掺量下,沥青混合料的抗疲劳性能和抗永久变形性能得到了显著提高。     

橡胶沥青混合料疲劳损伤及全周期寿命预估

针对橡胶沥青混合料疲劳性能评价指标单一,疲劳失效判定标准难以确定的问题,在研究橡胶沥青混合料疲劳损伤演化过程的基础上,计算损伤曲线特征值并将其作为疲劳性能的评价指标,同时建立BP神经网络全周期疲劳寿命预测模型.研究表明:橡胶沥青混合料疲劳损伤过程中材料劣化速度能够保持在稳定发展状态,未发生明显疲劳失效现象;无损劲度模量S0,失稳率V,疲劳稳定度K和转化劲度模量St可作为疲劳性能的评价指标,并具有明确的物理含义;采用BP神经网络模型进行预估全周期疲劳寿命可获得较高准确度,Levenberg-Marquardt训练算法收敛速度快,泛化能力好,最大相对误差为1.70%~8.23%.     

钢渣集料表面改性及其在沥青混凝土中的应用

钢渣用作集料制备沥青混凝土是处理冶炼废弃物和弥补天然集料不足的很好选择,但是钢渣掺量过高会引起沥青混凝土路用性能下降。本研究采用有机硅树脂表面改性技术对钢渣进行处理,研究不同钢渣掺量下沥青混凝土高温、低温及水稳定性变化。通过车辙试验、小梁低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对路用性能进行测试。结果表明,钢渣的掺入对沥青混凝土高温性能有所提高,但钢渣掺量超过60%时开始下降。水稳定性和低温性能随钢渣掺量的增加而下降,但在钢渣集料表面经改性处理后,水稳定性得到显著提高,高温性能也有所改善。根据主要路用性能指标变化情况及规范要求,建议将钢渣掺量控制在60%,对于水稳定要求较高的路面采用有机硅树脂对钢渣进行改性处理。     

钢渣微珠替代细骨料对不同等级混凝土力学性能的影响

钢渣微珠是将液态钢渣直接气淬而成的钢渣副产品,粒度均匀,稳定性好。将钢渣微珠作为混凝土细骨料替代品,研究了不同钢渣微珠细骨料替代率(0、20%、35%、50%)对C30和C50混凝土力学性能的影响。结果表明:钢渣微珠替代细骨料后,对C30混凝土抗压强度和抗折强度的提高有促进作用,但对C50混凝土抗压强度和抗折强度有反作用;随着钢渣微珠替代率的增大,混凝土抗拉强度呈现先增大后降低趋势,C30、C50抗拉强度分别在钢渣微珠替代率为35%、25%时达到最大值3.25、3.44 MPa;钢渣微珠适宜应用在较低等级混凝土中,在C30混凝土中替代率为20%~35%较佳。     

Utilization of steel slag as aggregates for stone mastic asphalt (SMA) mixtures

Steel slag is a byproduct making up a portion of 15–20% of iron output in an integrated steel mill. Most of them are deposited in slag storing yards and thus results in many serious environment problems in China. This paper aims to explore the feasibility of utilizing steel slag as aggregates in stone mastic asphalt (SMA) mixtures, and properties of such asphalt mixtures are evaluated as well. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and mercury intrusion porosimetry (MIP) were employed to study the compositions, structure and morphology of aggregates. Volume properties and pavement performances of SMA mixture with steel slag were also evaluated as compared to that with basalt as aggregates. Results indicated that volume properties of SMA mixture with steel slag satisfied the related specifications and expansion rate was below 1% after 7 days. When compared with basalt, high temperature property and the resistance to low temperature cracking of SMA mixture were improved by using steel slag as aggregate. In-service SMA pavement with steel slag also presented excellent performance on roughness and British Pendulum Number (BPN) coefficient of surface.     

钢渣及其沥青混凝土中重金属污染风险评估

论文评价了钢渣原料和钢渣作为集料形成的钢渣沥青混凝土中重金属的环境污染风险。采用重金属全量实验方法,表明钢渣存在着含量较高的重金属元素,但是浸提实验表明了钢渣中重金属的浸出量很低,均满足环境要求,且随着钢渣粒径的增大,浸出量降低。沥青混凝土中重金属浸出量低于钢渣原料,这是由于沥青包裹在钢渣的表面对钢渣内重金属有一定的固封作用,能够避免钢渣与浸提液浸出,降低了其释放机率。     

钢渣用作水泥混合材的试验探究

研究了钢渣与矿粉按1∶2、1∶1、2∶1、1∶0掺合的复合粉分别以25%、35%、50%、60%掺入水泥中,对水泥胶砂力学性能的影响,并采用XRD和SEM分析其水化产物。结果表明:随着钢渣掺量的增加,水泥胶砂强度降低,当钢渣掺量超过30%时,强度降低尤为明显,但所配制水泥的技术指标均符合GB/T 175—2007《通用硅酸盐水泥》的技术要求。较钢渣单掺,钢渣与矿粉复掺有利于水泥强度的发展,但大掺量钢渣(60%以上)造成水泥安定性不良。钢渣掺量控制在25%内可以作为混合材应用于水泥生产中。     

磨细钢渣粉对花岗岩沥青混合料水损害的影响

花岗岩沥青混合料由于因地制宜、造价低廉等优点,已得到了大量的应用。由于花岗岩本身属于酸性石料,其与沥青的结合料容易遭受水损害的特性也限制了它的进一步发展。文章尝试将磨细的钢渣粉应用到其中达到变废为宝,改善花岗岩沥青混合料水稳性的目的。实验中运用水煮法测粘附性实验,以及改进的马歇尔稳定度实验、冻融循环实验等评价了磨细的钢渣粉对花岗岩沥青混合料水稳性的影响。实验结果表明,用磨细钢渣粉代替石灰石矿粉能提高沥青胶浆与花岗岩的粘附性,显著提高马歇尔的残留稳定度以及劈裂强度比,对花岗岩沥青混合料的抗水损害能力有很好的改善作用。     

盐冻融循环对温拌胶粉改性沥青混合料疲劳性能的影响

为了研究冻融循环次数、盐质量分数和表面活性剂型温拌剂(SDYK)对胶粉改性沥青混合料疲劳性能的影响,采用小梁四点弯曲疲劳试验得到了冻融循环次数和弯曲劲度模量的关系,并结合疲劳寿命和能耗理论进行了分析.结果表明:胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命随着冻融循环次数的增加而降低;当盐质量分数为8%时,水的冻胀与盐的侵蚀耦合作用最强,混合料疲劳寿命最低;当盐质量分数超过8%时,会对水的冻胀有一定的抑制作用;加入温拌剂的胶粉改性沥青混合料的疲劳性能更好.     

钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性的损伤力学分析

用损伤力学原理及方法,从力学近似法角度分析了单纯的沥青混合料铺装层矩形截面梁疲劳损伤特性,推导出梁的应变场和疲劳寿命预测公式。按抗弯刚度等效简化原则,将疲劳试验复合梁模型中的实际桥面用钢板简化为沥青混合料铺装层叠加到下面的沥青混合料铺装层上,共同组成准单纯的沥青混合料铺装层矩形截面梁,应用该原理及方法推导出梁底缘的应变场,以南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装体系复合梁疲劳试验为例,进一步推导出复合梁的疲劳寿命预测公式。通过实例分析,表明损伤力学原理及方法可用于分析钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性,其疲劳寿命预测结果是较为精确的,它的实际应用还需给出相应的修正,此外指出了环氧沥青混凝土铺装具有很好的抗疲劳性能。     

碳化养护制备高强钢渣砖的研究

以水泥、钢渣、标准砂为原材料,通过碳化养护制备钢渣砖。研究了钢渣掺量、水灰比、碳化强度和碳化时间对钢渣砖抗折、抗压强度的影响,并利用XRD和SEM对钢渣砖的矿物组成和微观结构进行了分析。结果表明:随着钢渣掺量的增加,钢渣砖的力学性能先提高后降低,钢渣掺量为40%时,钢渣砖的力学性能最佳,7 d抗折、抗压强度分别为6.9、47.7 MPa;钢渣砖的力学性能随着水灰比的升高而降低,水灰比为0.5时,钢渣砖的抗折和抗压强度最高;碳化压强为3 MPa、碳化时间为3 h时钢渣砖力学性能最好。     

考虑钢渣表面特征的沥青混凝土水稳定性改善研究

钢渣经过水洗和陈化处理后可作为粗集料铺筑沥青路面。但钢渣表面有杂质粉尘包裹,高压水洗难以去除,陈化后钢渣表面依然对沥青混凝土水稳定性有显著影响。为促进钢渣在工程中应用,本研究以生产线大批量制备的工程用钢渣集料为研究对象,采用SBS改性沥青及硅酸盐水泥填料调整沥青胶浆的组成来增强钢渣与沥青胶浆的粘附,改善钢渣沥青混凝土的水稳定性。首先采用XRD对钢渣及钢渣表面矿物相成分分析,从理论上验证改善方案的可行性;然后对沥青胶浆包裹的钢渣集料进行水煮试验,分析改善措施对粘附性的提升效果;最后对钢渣沥青混凝土进行冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验,确定其水稳定性变化。结果表明,改善措施能使水稳定性能得到改善,建议SBS改性沥青和硅酸盐水泥复合使用。