钢渣沥青混合料的制备与性能研究

发布时间：2017-07-03 21:15

  本文关键词：钢渣沥青混合料的制备与性能研究

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【摘要】：钢渣是炼钢的副产物。我国是钢铁工业生产第一大国,每年的钢渣的产量超过一亿吨,但利用率却在25%以下。另一方面,我国道路建设事业迅猛发展的同时,对优质的道路工程材料的需求也在日益增长。而通过适当工艺成型的钢渣,其几何形状与力学性能与轧制碎石相似,并具有坚硬、表面粗糙和耐磨等特点,具有代替天然石料成为优质沥青混合料集料的潜能。因此,在沥青混合料面层中采用钢渣替代天然集料,一方面可以提高路面质量,另一方面蕴藏着不可估量的社会、经济和环境效益。本文围绕南京钢铁联合有限公司的钢渣,研究了利用钢渣作为粗集料制备沥青混合料。依次研究了钢渣集料的特性、钢渣沥青混合料的设计和制备方法、钢渣沥青混合料的基本路用性能、级配优化设计和实际工程应用问题。首先,结合成渣工艺对钢渣的物理力学特性、化学组成和微观结构进行了研究,具体包括：通过讨论天然级配、密度、吸水率等分析了钢渣的物理性质；通过压碎值和磨耗值分析了其力学特性；通过电子显微镜扫、能图分析和X光衍射扫描分析得到钢渣集料的电镜照片、能图图谱和X射线衍射图谱,并分析了钢渣的微观形貌、元素组成、化学成分和晶体结构特点。为了保证设计的混合料与制备的混合料级配一致,提出了正确的密度换算方法,并进行了验证；采用沥青浸渍法实测了钢渣的有效密度和沥青吸收系数；在此基础上设计并制备了AC-13与SMA-13两种常见的级配的钢渣粗集料沥青混合料,并确定了最佳沥青用量。接着采用与普通沥青混合料对比的形式,进行了混合料性能研究：结合贯入实验、车辙实验评价钢渣沥青混合料的高温性能；通过动态模量实验研究了钢渣沥青混合料的“时温”特性,采用低温小梁弯曲蠕变实验评价混合料的低温性能；结合冻融劈裂实验、浸水马歇尔试验、钢渣沥青混合料的体积膨胀率实验和小粱的线性膨胀率实验评价混合料的水稳定性和膨胀特性；通过测定混合料构造深度、摆值和动态摩擦系数评价混合料的抗滑性能。接下来为讨论造成钢渣沥青混合料高温稳定性差异的机理,采用测量休止角和图像处理的方法,进一步对比分析了钢渣与其他集料的几何特性区别,评价集料的棱角性；在此基础上,进行级配优化设计,先通过集料的贯入实验确定控制筛孔通过率和粗细集料比例,再以高温性能为评价指标进行进一步的级配优化调整。最后,模拟了实际工程中的烘干筒中集料的烘干过程,得到烘干曲线并讨论施工中对钢渣烘干的要求,用Abaqus模拟了实际施工过程与使用阶段钢渣沥青混合料的温度场,并讨论了施工中对碾压时间的控制。
【关键词】：钢渣 沥青混合料 高温稳定性 级配优化设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景与意义9-12
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-12
• 1.2 国内外研究应用现状12-18
• 1.2.1 国内外研究现状12-15
• 1.2.2 国内外应用现状15-18
• 1.3 主要研究内容与技术路线18-21
• 第二章 钢渣的材料特性研究21-33
• 2.1 钢渣的分类与成渣工艺概述21-23
• 2.2 钢渣的物理、力学性质23-26
• 2.2.1 天然级配23-24
• 2.2.2 密度及吸水率24-25
• 2.2.3 压碎值和磨耗值25-26
• 2.3 钢渣的化学成分分析及微观研究26-31
• 2.3.1 电子扫描显微镜实验26-28
• 2.3.2 X光衍射图谱分析28-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 钢渣沥青混合料的制备33-43
• 3.1 配合比设计的密度换算方法及验证33-35
• 3.2 沥青浸渍法实测钢渣有效密度35-37
• 3.3 钢渣沥青混合料的制备37-42
• 3.3.1 钢渣AC-13混合料的制备39-41
• 3.3.2 钢渣SMA-13混合料的制备41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 钢渣沥青混合料的基本路用性能研究43-61
• 4.1 钢渣沥青混合料的高温稳定性分析43-45
• 4.2 钢渣沥青混合料的动态模量实验及“温度-时间”特性分析45-50
• 4.3 钢渣沥青混合料的低温性能研究50-52
• 4.4 钢渣沥青混合料的水稳定性及体积安定性研究52-56
• 4.4.1 冻融劈裂实验53
• 4.4.2 浸水马歇尔试验和钢渣活性膨胀实验53-54
• 4.4.3 小梁的膨胀实验54-56
• 4.5 钢渣沥青路面抗滑性能研究56-58
• 4.6 本章小结58-61
• 第五章 钢渣沥青混合料的级配设计优化61-75
• 5.1 钢渣的棱角性分析及对混合料性能影响的验证61-66
• 5.1.1 基于休止角对集料的棱角性评价61-62
• 5.1.2 基于数字图像处理对集料棱角性的评价62-66
• 5.2 混合料类型选择和级配优化设计66-72
• 5.3 本章小结72-75
• 第六章 钢渣沥青混合料工程应用研究75-81
• 6.1 针对钢渣多孔特性的集料烘干实验室验证75-76
• 6.2 钢渣沥青路面温度场分析76-80
• 6.3 本章小结80-81
• 第七章 总结与展望81-85
• 7.1 总结81-83
• 7.2 展望83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：515231