摘 要

近年来，车流量的快速增长和自然条件的综合影响，使沥青路面的损坏情况愈发严重，繁重的建养任务需要消耗大量的天然集料，而我国优质集料十分短缺。因此将RAP（Reclaimed Asphalt Pavement，废旧沥青路面材料）和钢渣利用到沥青混凝土中，对于环境保护、资源综合利用以及道路建设的绿色化发展具有显著的意义。

本研究以服役高速路面回收的RAP和武钢钢渣为研究对象，在充分分析钢渣、RAP等原材料特征的基础上，采用高温钢渣与RAP冷拌再生技术制备性能优异的再生沥青混凝土，利用红外热成像仪研究高温钢渣与RAP冷拌再生时的热传递行为，避免传统热再生对RAP造成的二次老化问题；利用劈裂仪、UTM等力学指标测试设备研究钢渣再生沥青混凝土的力学、抗水损害、抗疲劳破坏等主要路用性能。

试验结果表明：钢渣在空气中的降温速度明显低于玄武岩，钢渣和普通玄武岩集料相比具有吸热慢、散热慢的特点。通过用红外热成像仪观察钢渣再生沥青混凝土和普通再生沥青混凝土在拌合过程中及拌合后的热传递特征发现，和普通再生沥青混凝土相比，钢渣再生沥青混凝土中的钢渣能更高效的将热量传递给RAP。钢渣再生沥青混凝土的冻融劈裂抗拉强度比略小于普通再生沥青混凝土；稳定度、浸水残留稳定度、劈裂抗拉强度、间接拉伸疲劳性能都优于普通再生沥青混凝土。

关键词：废旧沥青混合料；冷拌再生；热传递；钢渣再生沥青混凝土；路用性能

ABSTRACT

In recent years, the rapid growth of traffic flow and the comprehensive impact of natural conditions, the damage to the asphalt pavement increasingly serious, heavy construction tasks need to consume a large number of natural aggregates, and our quality aggregate is very short. Therefore, the use of RAP and steel slag in asphalt concrete, for environmental protection, comprehensive utilization of resources and road construction of green development has significant significance.

In this study, RAP and WISCO slag were used to study the high-speed pavement recycling Based on the characteristics of raw materials such as steel slag and RAP, high-temperature steel slag and cold-mix regeneration technology of RAP were used to prepare the recycled asphalt concrete with high performance. By using infrared thermal imaging The heat transfer behavior of high temperature steel slag and RAP cold mix regeneration was studied to avoid the secondary aging problem caused by traditional heat regeneration. The mechanics, water damage resistance, fatigue damage resistance of steel slag recycled asphalt concrete were studied by means of splitting apparatus and UTM.

The experimental results show that the cooling rate of steel slag in air is obviously lower than that of basalt, and the slag has the characteristics of slow heat absorption and slow heat dissipation compared with common limestone aggregate. By using the infrared camera to observe the heat transfer characteristics of steel slag recycled asphalt concrete and ordinary recycled asphalt concrete mixing and after mixing, it is found that steel slag in recycled asphalt concrete can transfer the heat to RAP more efficiently than ordinary recycled asphalt concrete. The freeze - thaw splitting tensile strength ratio of steel slag recycled asphalt concrete is slightly less than that of ordinary recycled asphalt concrete, and the stability, immersion residual stability, splitting tensile strength and indirect tensile fatigue property are better than ordinary recycled asphalt concrete.

Key words: Reclaimed asphalt pavement; cold mix regeneration; heat transfer; steel slag recycled asphalt concrete; pavement performance

目 录

第一章 绪论 1

1.1 问题的提出 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3本文研究内容 3

1.3.1 本文研究内容 3

1.3.2 技术路线图 4

第二章 试验材料和方法 5

2.1试验材料 5

2.2试验方法及表征手段 5

第三章 原材料特征 7

3.1废旧沥青路面材料 7

3.1.1 RAP中的沥青 7

3.1.2 RAP中的集料 9

3.2 钢渣 11

3.2.1 钢渣集料的基本性质 11

3.2.2 钢渣集料的扫描电镜分析 11

3.3 本章小结 12

第四章 钢渣及钢渣再生沥青混凝土热传递特征 13

4.1 钢渣的储热性能 13

4.2再生沥青混凝土热传递特征 14

4.2.1再生沥青混凝土配合比设计 14

4.2.2 再生沥青混凝土拌合时的热传递特征 16

4.2.3 再生沥青混凝土试件的热传递特征 17

4.3本章小结 18

第五章 钢渣再生沥青混凝土路用性能 19

5.1再生沥青混凝土的力学性能 19

5.1.1概述 19

5.1.2再生沥青混凝土力学性能试验结果 19

5.2再生沥青混凝土的水稳定性 20

5.2.1概述 20

5.2.2再生沥青混凝土水稳定性试验结果 20

5.3再生沥青混凝土的疲劳性能 21

5.3.1概述 21

5.3.2再生沥青混凝土疲劳性能试验结果 22

5.4本章小结 23

第六章 结论 24

6.1研究的主要结论 24

6.2主要创新点 24

6.3展望 24

参考文献 26

致 谢 28

第一章 绪论

1.1 问题的提出

改革开放以来，良好的经济政策促使我国公路进入了快速发展的时期。截止到2015年末，全国公路总里程达到457.73万公里，高速公路总里程12.54万公里。在所有的中高等级公路里，沥青路面占到90%以上，而且这个比例还会随着沥青路面技术的发展不断增长。和水泥混凝土路面相比，沥青混凝土路面具有行车噪音小、行车舒适性高、平整度好、易修复等特点^{[1, 2]}。

我国沥青路面设计年限一般为15年。但是近年来，随着车流量快速的增长和自然条件的综合影响，沥青路面的损坏情况愈发严重，车辙、裂缝、坑槽等路面病害严重影响了行车的安全性和舒适性，许多道路还未到设计使用年限就需要进行大规模的养护和翻修。目前很多早期修建的公路已经进入了维修期^{[3, 4]}，繁重的建养任务需要消耗大量的天然集料，而我国优质集料短缺的问题越来越严重，目前应对的方法主要有两种：一是使用低品位岩石如片麻岩、来代替优质集料，但低品位矿石的储量也是有限的，这种方法不能从根本上解决集料短缺的问题；另一种方法就是加入固体废弃物来代替优质集料，实现固体废弃物在沥青路面中的再生利用。

废旧沥青路面材料（RAP，Reclaimed Asphalt Pavement）是一种典型的建筑废弃物，伴随翻修旧沥青混凝土路面而产生。RAP产量巨大，仅2016年产生的RAP总量就将超过1000万吨。如果随意丢弃这些废料，不但会占用土地，造成严重的污染，还会造成巨大的资源浪费^[5-8]。因此将RAP循环利用到沥青混凝土中，对于环境保护和资源综合利用具有显著的意义^[9-11]。沥青路面再生技术顺应发展趋势，逐步发展起来，但受技术水平限制，我国的RAP再生利用水平很低。