蒸养条件下钢渣粗骨料对混凝土的破坏作用

为了揭示钢渣粗骨料因安定性不良问题而对混凝土造成破坏的规律,将钢渣粗骨料和含钢渣粗骨料的混凝土进行了压蒸试验,研究了钢渣粗骨料含量对不同强度的混凝土的破坏规律。所用钢渣的游离CaO和MgO质量百分数分别为4.83%和4.76%。研究结果显示:压蒸条件下,游离CaO和MgO矿物会加速反应使钢渣粗骨料发生膨胀破坏,含钢渣粗骨料的混凝土可能会因钢渣产生的内部膨胀应力而产生损伤;钢渣粗骨料占粗骨料的比例越大,对混凝土造成的损伤越严重;混凝土的强度越高,抵抗钢渣粗骨料造成内部膨胀应力的能力越强,但钢渣粗骨料的含量仍需严格控制,就该文采用的钢渣而言,钢渣粗骨料质量百分数不能超过40%。     

钢渣体积膨胀行为及改性方法研究进展

钢渣集料物理力学性能与天然碎石相似,然而钢渣集料体积稳定性较差,遇水易发生膨胀,严重制约其在道路工程中的应用。本文首先综述了钢渣集料的物理力学性能和化学组成;分析了诱发钢渣集料体积膨胀的主要因素;介绍了当下抑制钢渣集料体积膨胀的改性方法并总结其优缺点;提出采用钢渣表面改性的方法可增强钢渣表面疏水能力,消除钢渣遇水发生反应的前提条件。由于不同地区钢渣化学成分差异明显,钢渣改性处理工艺相对复杂,应深入研究钢渣表面改性方法,同时兼顾低成本有机改性剂的制备及循环利用,真正实现“低成本,高利用”的目的。     

不同钢渣掺量的沥青玛蹄脂碎石混合料路用性能

钢渣作为炼钢产物之一,在我国利用率较低,本研究将钢渣掺入到沥青玛蹄脂碎石混合料中,可提高路用性能又能减轻对天然石料的开采力度。为了确定SMA-13沥青混合料的最佳钢渣掺量,采用等体积法将陈化钢渣替换石灰岩粗集料,制备了5种钢渣掺量的SMA-13沥青混合料,确定了各钢渣掺量的级配组成及最佳沥青用量,通过高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、体积膨胀性等路用性能验证,分析得出最佳钢渣掺量。结果表明：随着钢渣的掺入,混合料的高温稳定性和水稳定性均有增加,超过75%钢渣掺量时开始下降;沥青混合料的低温抗裂性和体积安定性随着钢渣掺入量的增加而下降,但都满足规范要求;钢渣的掺入可以提高混合料的动态模量;通过对以上性能分析,建议SMA-13沥青混合料的钢渣最佳掺量为75%,为将来钢渣在道路工程中更广泛的应用提供参考。     

钢渣中游离氧化钙和氧化镁碳酸化反应

在CO2含量为99.9%,压力为0.2 MPa条件下,对钢渣粉进行碳酸化处理,并作为水泥混合材料制成净浆试件,对试件进行压蒸,研究碳酸化反应时间对试件体积安定性的影响．结果表明,随着碳酸化反应时间的延长,钢渣中的硅酸盐、游离CaO、Ca(OH)2和游离MgO等物质与CO2气体进行反应,主要生成CaxMg1-xCO3．掺加未经碳酸化处理钢渣的试件,压蒸后破坏严重;掺加碳酸化反应10 min钢渣的试件膨胀率为1.03%,试件有明显裂纹;掺加碳酸化反应20 min钢渣的试件膨胀率为0.29%,符合国家标准,体积安定性合格．碳酸化处理20 min后,钢渣中游离CaO含量由2.54%降至0.84%,游离MgO含量由3.8%降至2.4%,试块压蒸后未出现Mg(OH)2,镁离子以水化硅酸镁形式存在于无定形物中．     

外掺轻烧氧化镁混凝土的膨胀研究

目前用于评定水泥熟料中方镁石安定性的是压蒸法,该方法不适宜用于评定混凝土中轻烧氧化镁(MgO)的安定性。本试验开展80℃水养护条件下外掺轻烧MgO混凝土的膨胀过程研究,并与216℃,2.0MPa压蒸试验结果进行比较,以提出适宜轻烧MgO安定性评定试验方法。研究表明,外掺轻烧MgO混凝土在80℃水养护法的膨胀率比216℃压蒸法的小,抗压强度却比压蒸法的大,80℃水养护比216℃压蒸的混凝土膨胀更接近外掺轻烧MgO混凝土在正常水化条件下的膨胀,因此80℃水养护法比216℃压蒸法更适合于评定混凝土中外掺轻烧MgO的安定性。     

低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究

通过XRD、DTA-TG、OM等手段研究了钢渣的膨胀及抑制机理.结果表明RO相在压蒸条件下是相对稳定的;f-CaO较高会影响蒸养安定性;压蒸安定性不良是由于方镁石含量较高所致,硅质材料能有效地抑制其膨胀.     

颗粒尺寸对砂岩集料压蒸膨胀行为的影响

为研究和改进中国压蒸法检测砂岩类集料碱活性的适应性,以混凝土棱柱体法为基准,采用中国压蒸法研究了9种国内外砂岩类集料的碱活性,同时研究了集料颗粒粒径对砂浆试体压蒸膨胀行为影响.结果表明:中国压蒸法不能准确评定某些砂岩集料的碱活性且砂浆试体膨胀结果与混凝土中的膨胀结果相关性较差;颗粒粒径0.16～0.63 mm不是最敏感粒级;采用粒级1.25～2.50 mm、试体尺寸20 mm×20 mm×80 mm,在150 ℃、1 mol/L NaOH溶液中压蒸30 h可以大大改善中国压蒸法对砂岩类集料的适应性.     

低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究—V钢渣的膨胀及抑制

通过XRD、DTA -TG、OM等手段研究了钢渣的膨胀及抑制机理。结果表明 :RO相在压蒸条件下是相对稳定的 ;f—CaO较高会影响蒸养安定性 ;压蒸安定性不良是由于方镁石含量较高所致 ,硅质材料能有效地抑制其膨胀     

水作用对沥青混合料性能的影响

设计不同级配类型和空隙率的沥青混合料,通过劈裂强度、抗压强度、抗压回弹模量、单轴静载蠕变等试验,研究2种水作用(冻融循环和高温浸水)对沥青混合料常规力学性能和高温性能的影响。研究结果表明:水的作用严重削弱了沥青混合料的性能,高温浸水的影响明显小于冻融循环的影响;沥青混合料性能与其级配和空隙率有关,粗集料形成骨架,细集料起填充作用,形成具有适宜空隙率的沥青混合料,水稳定性良好;可以采用Burgers模型来描述沥青混合料在水损害前后的蠕变行为,其模型参数会因水作用而变化,高温浸水和冻融循环会严重削弱沥青混合料高温抗变形能力。根据不同受力状态(如受拉和受压)下的沥青混合料力学指标在水作用前后的变化,对其水稳定性的评价结果可能不同,应综合考虑水稳定性和其他路用性能(如高温稳定性)的要求。     

钢渣沥青混合料超薄磨耗层路用性能及其时变性

结合钢渣特性,采用浸渍法实测钢渣的有效相对密度.采用体积替代法,制备不同钢渣掺量的沥青混合料来替代粗集料.根据超薄磨耗层技术要求,对钢渣沥青混合料磨耗层的路用性能和表面功能进行了试验研究和对比分析.试验结果表明：随着钢渣掺量的增加,沥青混合料的动稳定度、破坏弯拉应变及劈裂强度比等路用性能指标均呈现先增大、后减小的变化趋势,且当钢渣掺量为50%时,混合料综合性能最优;钢渣沥青混合料路用性能具有时变性,随着试件放置时间的增加,其高温性能指标略有上升,低温抗裂性能指标和水稳定性指标均有所衰减;钢渣的掺入能够显著提升沥青混合料的抗滑和抗磨耗性能,虽然抗渗性能有所下降,但仍满足JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的技术要求.     

钢渣沥青混凝土渗透、压缩及耐久性试验研究

路面是道路结构的重要组成部分,随着运行车辆的增加以及长时间的使用,各级公路路面都会出现不同程度的损坏。用钢渣代替传统碎石材料,通过对AC-13、AC-16和AC-20三种级配的钢渣沥青混凝土进行渗水试验、单轴压缩试验以及疲劳寿命试验,分析不同级配对钢渣沥青混凝土的渗透性、压缩性及耐久性的影响。结果表明,用钢渣代替碎石作为沥青混合料的骨料是可行的;随着沥青混合料骨料最大公称直径增加,钢渣沥青混凝土的渗水系数增大,抗压强度及抗压模量均降低,初始劲度模量增加,疲劳寿命次数减少;油石比越大,抗压强度越低。因此,应控制大粒径骨料及沥青的用量,提高钢渣沥青混凝土的路用性能。     

不同处治方法下酸性闪长岩沥青混合料长期水稳性能室内试验

为研究不同处治方法下酸性闪长岩沥青混合料的长期水稳定性,针对广西浦北至北流高速公路沿线酸性闪长岩集料,用水泥替代矿粉、消石灰水浸泡集料和抗剥落剂改性沥青等处治方法改善酸性闪长岩与沥青的粘附性.获得3种处治方法的最佳掺量和最佳油石比后,通过冻融劈裂试验和反复冻融烘劈裂试验,评价酸性闪长岩沥青混合料的短期和长期水稳定性.结果表明:3种处治方法的酸性闪长岩沥青混合料短期水稳定性良好;消石灰水浸泡集料和水泥替代矿粉处治方法的10次冻融烘劈裂强度比分别为91%,89%,长期水稳定性较好;抗剥落剂改性沥青处治方法受湿热老化的影响,10次冻融烘劈裂强度比仅为80%,长期水稳定性较差.     

基于加速磨耗试验的钢渣-橡胶沥青混合料抗滑性能研究

为研究钢渣-橡胶沥青混合料的抗滑性能,通过钢渣替换不同比例粗集料的形式,设计控制试验变量,制备AC-13钢渣-橡胶沥青混合料(AC-13 Steel Slag-Rubber Asphalt Mixture,ASSAM),采用室内加速磨耗试验,研究了不同粗集料分维值的级配和不同钢渣掺量对ASSAM抗滑性能的影响;采用抗滑衰减率研究ASSAM的抗滑性能衰减程度;采用指数模型研究了ASSAM的抗滑衰变规律;基于抗滑性能研究结果推荐了ASSAM最佳钢渣掺量。结果表明：ASSAM短期抗滑性能和长期抗滑性能良好;减小级配粗集料分维值或增加钢渣掺量对其抗滑性能均有较好的提升作用,但减小级配粗集料分维值的作用更加显著;ASSAM的抗滑性能随钢渣掺量的增加而提高,结合其路用性能和体积安定性,推荐40%作为最佳的钢渣掺量。     

钢渣粉/聚酯纤维沥青混合料水稳定性研究

为了实现钢渣粉在沥青路面中的可持续利用,同时结合河南省冬季冰雪天气下路面的除冰情况,本文研究掺有聚酯纤维与钢渣粉沥青混合料的水稳定性。制备4种聚酯纤维掺量(0%、0.3%、0.4%、0.5%)AC-13沥青混合料开展复盐(掺量配比为NaCl：CaCl2：CH2COONa=1：1：2)冻融循环劈裂试验,结果表明聚酯纤维掺量为0.4%时,沥青混合料水稳定最好;在最佳纤维掺量下制备5种替代率(0%、25%、50%、75%、100%)钢渣粉沥青混合料,采用冻融劈裂抗拉强度比(TSR)确定最佳钢渣粉替代率为75%,混合料水稳定性最佳;通过冻融腐蚀因子K评价沥青混合料的抗侵蚀性能,结果表明：聚酯纤维/钢渣粉沥青混合料的抗侵蚀性能最强,聚酯纤维沥青混合料次之,普通石灰岩沥青混合料最弱。通过电镜扫描(SEM)、X射线衍射(XRD)技术探索钢渣粉/聚酯纤维沥青混合料界面粘附作用的改性机理。微观分析表明：掺量为0.4%的聚酯纤维形成的纤维网状结构以及沥青、钢渣粉(75%的替代率)和矿粉三者存在界面能量作用可以很好地改善沥青混合料的水稳定性。     

沥青混合料高温稳定性影响因素试验分析

设计了不同级配类型的沥青混合料,通过车辙试验和单轴静载蠕变试验,研究了交通荷载、环境温度、材料类型和水作用（高温浸水和冻融循环）对沥青混合料高温稳定性能的影响.试验结果表明,荷载和环境温度对沥青混合料的高温稳定性具有明显的影响.由于沥青混合料的粘性,随着荷载的增加和温度的升高,沥青混合料的动稳定度呈幂指数关系减小.中间级配（玄AC13-2、石AC20-5）的沥青混合料高温稳定性较好;细级配的沥青混合料高温稳定性最差;大粒径沥青混合料高温稳定性能优于小粒径沥青混合料.水的作用严重削弱了沥青混合料高温稳定性能,而冻融循环的影响要远远大于高温浸水.并且Burgers模型可用于表征沥青混合料水损害前后蠕变性能,且其粘弹性参数均受到水作用的不同程度影响,水作用对沥青混合料抗高温变形能力极为不利.     

锂渣体积安定性研究

本文通过使用试饼法、雷氏夹法和压蒸法等方法检测锂渣体积安定性,以判断锂渣掺量对混凝土体积安定性的影响。试验发现锂渣在混凝土中最大掺量不宜超过70%;雷氏夹法和试饼法用于锂渣体积安定性的检测均不可靠,而压蒸法却是相对有效的。     

钢渣集料表面形貌对沥青吸收与黏附性能的影响分析

针对钢渣集料表面多孔、吸水率高、表面陈化裹附粉尘的问题,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和荧光显微镜分别分析钢渣集料表面形貌和钢渣集料与沥青黏结界面结构,通过计算机断层扫描(computed tomography, CT)定量分析钢渣集料表面开口孔隙与沥青渗透深度的关系,研究钢渣集料与沥青拌和浸渍后钢渣集料有效密度和沥青吸收率变化规律,并用滚瓶法试验来评价沥青与钢渣集料的黏附性能。试验结果表明钢渣集料表面存在独特的多孔结构和陈化产物层,而陈化产物层阻碍沥青与钢渣集料直接黏结,在界面处形成夹层结构,在动水摩擦作用下易导致沥青膜剥落。钢渣集料表面多孔结构对沥青只是部分吸收与填充,且与开口孔隙形状和大小存在较强依赖性,沥青渗透深度约为开口孔径的0.6倍。钢渣集料的吸水率和沥青吸收率具有很好的线性相关性,线性斜率约为0.39。与沥青拌和后,长期静置吸收沥青导致钢渣集料有效密度增加幅度小于0.5%。上述钢渣集料表面形貌特性可显著影响钢渣沥青混合料体积性能和抗水损害能力。     

高温湿热地区沥青混合料抗水损害性能评价

通过室内试验,分析了沥青混合料高温浸水和级配离析对沥青混合料抗拉强度的影响．针对残留马歇尔稳定度指标及冻融劈裂残留强度试验的不足,提出以浸水四点弯曲试验来评价高温湿热地区沥青混合料抗水损害性能,着重探讨了不同离析程度（不同空隙率水平）对沥青混合料劈裂强度、四点弯曲强度的影响．研究结果表明,随着沥青混合料离析程度的增加,空隙率向2个极端发展,严重粗集料离析和严重细集料离析时混合料的空隙率相差10％左右;粗集料离析对劈裂强度和弯曲强度的影响大于细集料离析的影响;为了保证沥青混合料的抗水损害性能,应严格控制空隙率在4．5％～10％范围之外．采用高温浸水四点弯曲强度比作为沥青混合料水稳定性评价指标更为合理．     

以钢渣为粗集料的密断级配磨耗层沥青混合料设计及评价

以柳钢钢渣为粗集料,对钢渣的性能进行系统试验,采用骨架空隙填充法进行了钢渣密断级配沥青混合料的设计,并考虑到钢渣的外形结构特点,调整了钢渣沥青混合料设计和成型工艺参数.试验结果表明:所设计的沥青混合料各项性能指标均达到SMA技术要求.