吴少鹏-钢渣在沥青混凝土中的应用研究

钢渣在沥青混凝土中的应用研究研究背景及意义原材料及沥青混合料设计钢渣的物化性能.钢渣球磨尾渣的研究与再利用钢渣沥青混凝土性能研究报告内容钢渣沥青路面实体工程研究背景及意义原材料及沥青混合料设计钢渣的物化性能.钢渣球磨尾渣的研究与再利用钢渣沥青混凝土性能研究报告内容钢渣沥青路面实体工程钢渣：在炼钢过程中，残留的助熔剂（如石灰粉等）与氧化物烧结，然后与铁元素反应形成钢渣。1.1钢渣的来源（1）转炉渣平炉渣电炉渣1.1钢渣的来源（2）1.2钢渣的处理工艺（1）武钢热泼工艺1.2钢渣的处理工艺（2）武钢渣山冷弃法1.4与钢渣相关的民生问题（1）新疆西藏青海甘肃内蒙古宁夏陕西四川云南重庆贵州广西北京河北山东辽宁吉林黑龙江山西河南湖北湖南广东澳门海南台湾江西福建浙江安徽江苏上海天津●钢渣产量占原钢产量的13%以上，2015年全国钢渣总产量超过1亿吨，全国钢渣堆存面积超过34万平方米；●将钢渣循环利用到道路建设中，对于环境保护和资源综合利用具有显著意义。1.4与钢渣相关的民生问题（2）欧洲中国美国1.4与钢渣相关的民生问题（3）公路建设消耗大量天然集料，破坏生态环境我国当前每年新增道路15万公里，其中高速公路约7000公里公路建设每年消耗砂石料10亿吨，环境负荷大优质天然集料面临供需矛盾石灰岩等优质石料的储量按照目前的消耗速度，只够维持生产建设至多20年石灰石将是比煤炭更为宝贵的资源沥青路面植被破坏地质环境破坏沥青混凝土可以多级消纳钢渣资源。钢渣粗集料、细集料、碎屑以及尾渣粉均可以在沥青混凝土中得到应用。价格低廉：钢渣作为炼钢过程中的副产品，长久以来被当作废弃物堆放；优异耐磨性能：钢渣中含有一定数量的金属元素，包括单质铁等；1.4与钢渣相关的民生问题（4）钢渣梯度应用钢渣沥青混合料性能钢渣生产抗滑性能压实度渗水性能钢渣沥青路面实体工程钢渣沥青混合料设计参数永久变形行为低温疲劳寿命主要路用性能钢渣沥青混凝土生产钢渣及其沥青混合料研究钢渣沥青吸附特征确定钢渣比表面积系数钢渣沥青混合料有效沥青含量损耗模型沥青膜厚度基于界面特性水稳性能钢渣沥青表面能冻融劈裂DCSEf疲劳寿命动态模量主曲线水损害机理钢渣沥青粘结性能球磨尾渣活性填料胶浆流变性能Buttlar尺寸增大效应模型制备无机抗剥落剂钢渣集料化学组成矿物组成表面形貌吸热规律多孔性维氏硬度有害元素浸出出存在的问题及解决措施路面检测研究背景及意义原材料及沥青混合料设计钢渣的物化性能.钢渣球磨尾渣的研究与再利用钢渣沥青混凝土性能研究报告内容钢渣沥青路面实体工程原材料描述沥青道路石油沥青70号填料石灰石矿粉、钢渣球磨尾渣集料钢渣、石灰岩、玄武岩2.1原材料（1）试验项目试验结果技术要求试验规程针入度（25℃、100g、5s）0.1mm6860~80T0604-2000软化点（环球法）℃48≥46T0606-2000延度（5cm/min、5℃）cm150≥100T0605-1993密度（15℃）g/cm31.036实测T0603-1993溶解度（三氯乙烯）%99.8≥99T0607-1993老化试验（163℃、5h）质量变化%0.08≤±0.8T0610-1993针入度比25℃%68≥61T0604-2000残留延度（10℃）cm10.1≥6T0605-19932.2钢渣性能指标（1）武钢转炉钢渣试验项目试验结果技术要求试验规程密度试验31.5-19.0mm表观相对密度3.250≥2.6T0304-2005吸水率%1.2≤319.0-13.2mm表观相对密度3.250≥2.6吸水率%1.9≤313.2-4.75mm表观相对密度3.258≥2.6吸水率%2.7≤3压碎值%14.6≤22T0316-2005洛杉矶磨耗值%12.9＜26T0317-2005针片状含量%11.3≤18T0312-2005粘附性等级5≥4级T0616-2000磨光值67≥42T0321-2005坚固性%1.5≤12T0314-2000水洗法0.075mm以下含量%2.8≤3T0310-2005浸水膨胀率1.1＜2T03482.2钢渣性能指标（2）2.3球磨钢渣尾渣（1）2.3钢渣球磨尾渣（2）筛孔(mm)通过率(%)TaTb2.3697.396.01.1880.484.80.669.167.20.341.842.90.1515.419.90.0756.97.5粒度基本小于2.36mm；0.075mm通过率均低于8%，表明其中的粉尘、泥等成分被雨水冲洗含量较少。2.4.1AC-25C配合比设计（1）组成材料配合比（%）（31.5-19mm）钢渣20（19-9.5mm）钢渣24（13.2-4.75mm）石灰石12（16-2.36mm）钢渣22（4.75-0mm）石灰石19矿粉3AC-25C级配混合料配合比0.11100102030405060708090100PassingPercent(%)SieveSizes(mm)UpperlimitLowerlimitHybridmixturewithBOFBasaltmixture2.4.1AC-25C配合比设计（2）2.642.662.682.72.722.742.762.782.812345油石比(%)毛体积密度(g.cm-3)01234563.544.555.5油石比(%)空隙率(%)1111.51212.51313.51414.53.544.555.5油石比(%)VMA(%)4681012141618203.544.555.5油石比(%)稳定度(kN)00.511.522.533.544.53.544.555.5油石比(%)流值(dmm)254565851053.544.555.5油石比(%)VFA(%)OAC1=4.3OAC2=4.25OAC=(OAC1+OAC2)=4.3AC-25C配合比设计最佳油石比定为4.3%a1=4.0a4=4.6a3=4.3a2=4.52.4.2AC-13C配合比设计（1）组成材料配合比（%）（19-9.5mm）钢渣10（16-2.36mm）钢渣43（4.75-2.36mm）石灰石22（4.75-0mm）石灰石22矿粉3AC-13C级配混合料配合比0.11100102030405060708090100SieveSizes(mm)PassingPercent(%)UpperlimitLowerlimitHybridmixturewithBOFBasaltmixture2.4.2AC-13C配合比设计（2）2.522.542.562.582.62.622.642.662.684.24.75.25.76.2油石比(%)毛体积密度(g.cm-3)0123456784.24.75.25.76.2油石比(%)空隙率(%)1212.51313.51414.51515.5164.24.75.25.76.2油石比(%)VMA(%)0204060801004.24.75.25.76.2油石比(%)VFA(%)1111.51212.51313.51414.54.24.75.25.76.2油石比(%)稳定度(kN)00.511.522.533.544.54.24.75.25.76.2油石比(%)流值(dmm)OAC1=5.0OAC2=4.85OAC=(OAC1+OAC2)=4.9AC-13C配合比设计最佳油石比定为4.9%研究背景及意义原材料及沥青混合料设计钢渣的物化性能.钢渣球磨尾渣的研究与再利用钢渣沥青混凝土性能研究报告内容钢渣沥青路面实体工程化学组分（%）CaOMgOFe2O3Al2O3SiO2其它LoI碱值转炉钢渣42.75.1924.553.2519.241.520.322.2石灰岩46.81.740.20.314.5530.11.023.1玄武岩7.145.590.518.358.095.40.690.2武钢钢渣属于中碱度钢渣，说明钢渣与石灰岩性质类似，同属碱性集料。集料碱值：3.2钢渣的物化性能（1）化学成分—XRF微观表面形貌—SEM扫描电镜分析放大倍数：500倍（左）；5000倍（右）3.2钢渣的物化性能（2）钢渣表面呈现多孔特征；质地坚硬。3.2钢渣的物化性能（3）1520253035404550556065707580850204060801:CaO.(Al2O3)2.(SiO2)22:-(CaO)2.SiO23:-(CaO)2.SiO24:(CaO)3.SiO25:CaSiO36:FeOIntensity(CPS)2()在2θ=33.86°处最强衍射峰代表铝硅酸钙内物质(CaO.(Al2O3)2.(SiO2)2)。第二及第三衍射峰分别表示γ-C2S和β-C2S；2θ=42.62°处代表FeO，氧化铁一种形式；囊状结构的钢渣中β-C2S的含量极少或没有。20406080010020030040050051:FeO2:-(CaO)2.SiO23:(CaO)3.SiO24:CaO45:MgO2432Intensity(CPS)2()13.2钢渣的物化性能（4）ABCEPMA电子探针显微镜:OMgCaFeCaAlOMnOCaAlFePointAPointBPointC固熔体分布；过烧的CaO含量较多；物质组成呈“块状”分布。3.2钢渣的物化性能（5）钢渣热稳定性—DSC-TG分析0200400600800100060708090100110803.6oC487.7oCExothermicupMasschange1.13%Temperature(oC)Weightresidues(%)Masschange-3.41%-0.4-0.20.00.20.4DSC(mW/mg)在试验开始至200度：钢渣中的液态水及物质的结晶水在逐渐蒸发。200-480度：2水石膏逐渐脱水，转变为CaSO4.εH2O。在487.7度处有一脱水放热谷，是物质内发生结构转化，即无定形硅酸钙结晶产生的放热峰。在803.6度处有一吸热峰，说明钢渣的晶型发生转变，则是β-C2S转化为α-C2S。3.2钢渣的物化性能（6）钢渣毒性—原子吸收光谱分析对人体危害最大的五种重金属离子为铅(Pb),汞(Hg),铬(Cr),砷(As)和隔(Cd)；包括铝元素在内的重金属浓度满足美国二级饮用水标准；钢渣沥青混凝土是一种对环境较安全的材料。AlBaCaKLiMgCdSrZn要求0.052.000----0.005-5.000未处理0.3100.80419130.0407.0660.0080.0000.0000.196沥青包裹0.020.661823.30.010.0040.0070.0010.3650.0123.2钢渣的物化性能（7）300200100-0.010.000.010.020.030.040.050.060.070.080.09302520151051.61.41.21.00.80.60.40.20.0PenetrationVolume(mL/g)PressurizationDepressurizationPoreSizes(m)Retainedmercury汞压逐级提升至60,000PSI:从钢渣表面的微孔直径在350μm至0.03μm之间；0.1-0.03μm微孔应该是钢渣长期吸附沥青的主要孔径结构。3.2钢渣的物化性能（8）维氏硬度HV:集料平均值.ix.ix-235.1.ix-268.6.ix-304.175玄武岩319.284.150.615.025钢渣304.269.135.6片麻岩268.633.5石灰岩235.1利用维氏硬度值评价钢渣的本体硬度；最小显著差数法统计结果发现钢渣的维氏硬度仅次于玄武岩，高于片麻岩和石灰岩；钢渣集料拥有较高的硬度。.ix.ix.ix.ix3.3球磨钢渣尾渣的物化性能（1）abc钢渣碎屑与其它杂质共同构成结构十分复杂的聚合体；杂质主要包括高炉渣粉、炼炉内部粉尘3.3球磨钢渣尾渣的物化性能（2）0204060800500100