钢渣理化特性及其沥青混凝土性能研究

摘要

钢渣因含有体积活性物质，需采用适当方法改善其体积稳定性后方可使用，陈化是最常见且十分有效的一种方法。在陈化过程中，钢渣某些材料特征会产生变化。虽然针对钢渣理化特性开展的研究较多，但多以原渣为研究对象，对陈化钢渣的理化特性及其沥青混凝土的性能缺乏研究。 基于以上背景，本文围绕陈化钢渣开展了以下研究工作：通过钢渣矿物相变化揭示了陈化反应机理，并采用扫描电镜、电子探针等现代测试设备表征了陈化钢渣的理化特性；基于理化特性明确了钢渣集料性能恶化机理，并开展了钢渣集料性能可控性研究；综合考察了陈化钢渣沥青混凝土的性能；探明了不同水损伤条件对陈化钢渣沥青混凝土的破坏机理，同时开展了水稳定性的改善研究。主要研究结论如下： （1）陈化的实质是钢渣表面游离氧化钙和硅酸盐矿物（硅酸二钙、硅酸三钙）共同碳化的过程。生成的CaCO3晶体对钢渣表面孔隙进行部分填充，硅酸盐矿物的胶凝作用使CaCO3颗粒固化形成产物层，产物层外侧颗粒堆积不致密，产生许多新空隙。传统钢渣集料表面杂质层固化以及集料规格变异性大很大程度上也是硅酸盐矿物的胶凝作用引起。通过在每级破碎装置前后同时配置振动筛以及配合使用水清洁工艺可实现性能可控钢渣集料的制备。 （2）陈化钢渣沥青混凝土具有优异的体积稳定性、疲劳耐久性、低温承载能力以及高温稳定性，但其水稳定性与施加的水损害条件有关：热水损伤下，充分陈化的钢渣，碳化层与钢渣牢固胶结为一体，足以抵制热水的冲刷作用，此时碳化层表面沥青膜的剥落为主要破坏形式。同时碳化层粗糙的纹理及其与沥青形成的“咬合”结构起到稳定沥青膜的作用，宏观表现为混凝土抗热水损伤能力强。冻融损伤下，渗入碳化层内部的水分体积膨胀引起开裂，此时碳化层的破坏为主要破坏形式。宏观表现为混凝土耐冻融破坏能力较差。 （3）采用有机硅树脂改性陈化钢渣或高碱度无机填料改性沥青胶浆均可提高陈化钢渣沥青混凝土在冻融破坏下的耐久性。有机硅树脂通过填充陈化钢渣表面残留孔隙以及新形成的空隙而密封碳化层，避免水分进入碳化层内部引起膨胀破坏；水泥、钢渣粉（含蜂巢结构颗粒）、脱硫灰三种无机填料均可增强沥青胶浆与碳化层的粘结作用，降低水分穿过沥青膜进入碳化层内部的几率。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 钢渣的产生及处理

1.3 钢渣的综合利用

1.4 钢渣沥青混凝土

1.5 存在的问题

1.6 研究内容和技术路线

第2章 原材料及试验方法

2.1 主要原材料

2.2 钢渣沥青混合料组成设计

2.3 试验方法

2.4 本章小结

第3章 钢渣理化特性研究

3.1 矿物组成

3.2 表面特性

3.3 热学特性

3.4 本章小结

第4章 钢渣集料的制备及性能研究

4.1 钢渣集料性能恶化机理研究

4.2 钢渣集料制备工艺研究

4.3 钢渣集料性能指标研究

4.4 特殊形态颗粒对钢渣集料性能影响研究

4.5 本章小结

第5章 陈化钢渣沥青混凝土性能研究

5.1 体积稳定性研究

5.2 疲劳性能研究

5.3 抗水损害性能研究

5.4低温抗开裂性能研究

5.5 高温稳定性研究

5.6 热学性能研究

5.7 本章小结

第6章 陈化钢渣沥青混凝土水损害机理及性能改善研究

6.1 水损害机理研究

6.2 水稳定性改善研究

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

致谢

参考文献

博士期间发表论文、申请专利及参与的科研项目