论文总字数：19975字

摘 要

钢渣作为工业生产过程中的废弃物，其有着优异的性能，但与此同时其含有潜在的重金属离子，这将会对环境造成一定程度的污染。将钢渣固封在沥青中作为道路工程的路面材料是一个经济且绿色的方法。

本文研究钢渣沥青混合料在经过紫外老化后的路用性能和重金属滤出特性。通过动态剪切流变仪、红外光谱仪分析沥青的流变性以及老化程度；通过高温车辙实验、低温弯曲实验、MIST动水损害测试实验分别研究沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性；通过全量实验、TCLP方法分别研究钢渣中的重金属含量以及钢渣及钢渣沥青混合料的重金属滤出特性。

结果表明：紫外老化能够加深沥青的老化程度。经紫外老化后的钢渣沥青混合料的高温稳定性随着紫外光照射的时间而上升，低温抗裂性、水稳定性会随着紫外光照射的时间而相应减弱，相较于石灰岩，钢渣具有延缓路用性能变化的作用。经紫外老化后的钢渣沥青混合料的重金属滤出会随着老化时间的增长而增加，且钢渣沥青混合料的重金属累计浸出率要低于钢渣，表明沥青对钢渣的固封作用能够有效减少重金属的滤出。

关键词：钢渣沥青混合料；紫外老化；路用性能；重金属滤出特性

Abstract

As a waste in the industrial production process, steel slag has excellent performance, but at the same time it contains potential heavy metal ions, which will cause a certain degree of pollution to the environment. It is an economical and green method to solidify steel slag in asphalt as pavement material for road engineering.

This paper studies the road performance and heavy metal filtration characteristics of steel slag asphalt mixture after UV aging. Analyze the rheology and aging degree of asphalt through dynamic shear rheometer and infrared spectrometer; through high-temperature rutting test, low-temperature bending test, MIST dynamic water damage test experiment to study the high-temperature stability, low-temperature crack resistance, water of asphalt mixture Stability; through full-scale experiment and TCLP method to study the heavy metal content in steel slag and the heavy metal filtration characteristics of steel slag and steel slag asphalt mixture.

The results show that: UV aging can deepen the aging degree of asphalt. The high temperature stability of the steel slag asphalt mixture after ultraviolet aging increases with the time of ultraviolet light exposure, and the low temperature crack resistance and water stability will decrease correspondingly with the time of ultraviolet light exposure. Compared with limestone, steel slag has Delay the effect of road performance changes. The leaching of heavy metals in steel slag asphalt mixture after UV aging will increase with the aging time, and the cumulative leaching rate of heavy metals in steel slag asphalt mixture is lower than that of steel slag, indicating that the sealing effect of asphalt on the perception of steel slag can be effectively reduced Filtration of heavy metals.

Key words: steel slag asphalt mixture; ultraviolet aging; road performance; heavy metal filtration characteristics

目 录

中文摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 钢渣沥青混合料的路用性能 2

1.2.2 钢渣沥青混合料的重金属滤出特性 3

1.3 研究内容及技术路线 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2技术路线 4

1.4环境与安全 4

第二章 原材料及实验方法 5

2.1 原材料 5

2.1.1 沥青 5

2.1.2 钢渣 5

2.1.3 石灰岩 6

2.2 实验方法 6

2.2.1 钢渣沥青混合料的紫外老化模拟 7

2.2.2 路用性能测试 7

2.2.3 重金属渗出特性性能测试 10

2.3 实验试剂及仪器 10

第三章 钢渣沥青混合料路用性能研究结果 12

3.1沥青的性能 12

3.1.1沥青的流变性能 12

3.1.2 沥青胶结料的红外光谱 14

3.3 钢渣沥青混合料的水稳定性 16

3.4 钢渣沥青混合料的高温稳定性 17

3.5 钢渣沥青混合料的低温抗裂性 18

第四章 钢渣沥青混合料的重金属渗出特性研究结果 19

4.1 钢渣中的重金属含量 19

4.2 TCLP浸出结果 19

4.3 the progressive TCLP浸出结果 20

第五章 结论与展望 22

5.1 结论 22

5.2 展望 22

参考文献 23

致谢 24

附录1 25

附录2 26

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

自改革开放以来，我国的工业化进程不断发展，我国的社会主义市场经济也随之蓬勃发展，我国的公路运输业与此盛况有极大的关系。在2012年，我国的高速公路总里程超出美国，达到世界第一的位置，截至2018年12月28日，中国高速公路总里程已达14万千米^[1]。近年来，我国的公路运输行业一直以一种总体平稳、稳中求进、稳中向好的方式前进，寻求绿色可持续发展的公路建设是现在以及未来的趋势。

工厂在炼钢的时候会产生钢渣，由于这些钢渣由于含有潜在的重金属离子，会给环境带来污染，采取焚烧或者堆放的方式很难将其处理得当。钢渣具有高强度、比表面积大、耐磨以及耐久性好、稳定性好、与沥青结合牢固、抗冻等较好的特性^[5]，可广泛地应用于道路工程回填。将钢渣良好地应用到公路建设工程中，一是可以消耗大量多余的钢渣，减少堆放钢渣所占用的空间，实现钢渣的循环使用，二是可以减少天然砂石的使用量，节约生态资源，保护生态环境，符合绿色发展的观念。在1994年，有一批学者调研了一条铺设在美国俄勒冈州的钢渣沥青混合料路面试验段，发现30%的钢渣取代量并不能效果显著地提升其路用性能，经过进一步研究得到需要提升钢渣取代量才能更好地提升钢渣沥青混合料路面的路用性能。在1998年，德国产出的钢渣中97%都被应用于道路工程中（路面、基层、路基土方结构）。截止于2003年底，英国产出的钢渣98%被作为沥青及水泥混凝土集料使用。在2002年11月，武钢与武汉理工大学合作，共同修筑了一条钢渣沥青混合料路面试验段。在2003年，钢渣作为集料成功地应用于武汉至黄石高速公路大修工程^[3]，这体现了钢渣在道路工程中作为集料回填的可行性。

沥青作为高分子化合物，在其内部存在着大量的碳氢单键、碳碳单键、碳碳双键，由于这些化学键，紫外光很容易对沥青造成影响，加速沥青的老化^[12]。紫外老化能够对沥青的流变性能、沥青中的特殊官能团、沥青混合料的路用性能等造成不同的影响，使他们发生一定的变化，尤其在一些紫外辐射较强的地区（如广西、贵州等），在紫外光照射下，沥青分子能够获取紫外光线的能量，当能量超出了一定的阈值之后，分子中的化学键会随之断裂，从而导致沥青胶结料的老化和流变性能的下降，并且沥青与集料之间的粘结力也会减小，影响沥青混合料的路用性能，从而影响路面的耐久性和安全性^[7][11]。不仅如此，在车辆日常行驶过程中的高温天气、雨雪冲刷也会使沥青层脱落，集料颗粒剥落，产生车辙等永久性变形。此外，钢渣中含有一定含量的重金属离子，沥青从钢渣表面脱落后，导致钢渣中潜在的有毒元素可能在自然风化和雨水浸提的作用下直接释放到环境中，造成重金属污染。对于沥青混合料在紫外老化后相关性能变化的研究，国内外已经有学者进行了相关的研究，许多研究成果得到了大家的认可，在实际的工程中得到了普遍的应用。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 钢渣沥青混合料的路用性能

钢渣沥青混合料的路用性能能够体现路面的耐久性。日常车辆行驶过程中的多种自然因素会使钢渣沥青混合料路面的稳定性、力学性能、化学性能产生一定的变化，其中温度与水这两个因素对沥青混合料路面的损害十分明显。

英国交通研究试验室根据相关研究结果表明^[4]，钢渣可以作为路面使用的集料，同时发现用钢渣的路面的摩擦性能的衰减速率比用砂石的路面的摩擦性能衰减速率慢。Arabani M^[17]研究了三种不同的沥青混合料（石英岩、钢渣、再生沥青混合料）的高温稳定性，发现钢渣沥青混合料的综合性能较佳。Pasetto M^[16]通过疲劳测试实验、高温车辙实验等研究了电炉渣的力学性能和物理性质，并且还通过Balley法级配设计方法制备了钢渣沥青混合料，研究表明在沥青混合料中电炉渣和钢渣可代替天然集料，且使沥青混合料具有更好的路用性能。

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