论文总字数：26241字

摘 要

由于重载、超载、夏季高温、服役年限的增加，钢渣沥青混凝土路面易出现裂缝、破损，产生车辙病害，影响驾驶舒适度及行车安全；随着车辙的进一步发展，还将引起网裂、坑槽等其他病害，严重降低钢渣沥青路面的结构性能和使用性能。因此，研究钢渣混凝土路面的车辙病害有着深远影响。

本文围绕内蒙古钢渣，研究了钢渣作为粗集料制备钢渣沥青混凝土的永久变形规律。依次研究了该内蒙古钢渣的性能，钢渣沥青混凝土的制备、钢渣沥青混凝土模拟服役条件下的永久变形特性。

首先结合钢渣的化学组成和微观形貌进行了研究，其次对钢渣的压粉蒸化率和游离氧化钙的含量进行了测定。研究表明钢渣是由钙、镁、硅、铁组成的氧化物，是一种多孔材料，其外观、组成、构造、形成条件都与天然集料有很大不同。除了粒径5-10mm的钢渣其f-CaO含量高于2%，其余4种粒径钢渣的f-CaO含量均低于2%。随着钢渣粒径的增大，钢渣压粉蒸化率呈减小趋势。

其次，使用室内车辙试验仪和UTM-25万能试验机对钢渣沥青混凝土进行了永久变形试验，研究温度、载荷和水对钢渣沥青混凝土车辙发展的影响，分析钢渣沥青混凝土三个永久变形阶段的特性，结果表明：钢渣沥青混凝土上中面层AC-16C和AC-20C钢渣沥青混凝土表现性质相同，在载荷一定条件下，温度越高，车辙变形程度越大；温度一定条件下，所承受载荷越大，车辙变形程度越大；在相同温度和载荷条件下，干燥条件比有水条件车辙变形量小。同时，在40℃、所承受载荷0.3-0.6MPa条件下，随着循环次数增加，钢渣沥青混合料永久变形行为经历三个阶段，在0.7MPa、温度40-60℃条件下，随着循环次数增加，永久变形行为也进入第三阶段。

关键词：钢渣；沥青混凝土；车辙深度；永久变形

ABSTRACT

Due to heavy load, overloading, high temperature in summer and the increase of service life, steel slag asphalt concrete pavement is prone to crack, damage, rutting, which affects the comfort and safety of driving; With the further development of rutting, it will also cause network cracks, potholes and other diseases, which will seriously reduce the structural performance and service performance of asphalt pavement. Therefore, the study of rutting on steel slag concrete pavement has a far-reaching impact. This paper studies the properties of steel slag and the permanent deformation characteristics of steel slag asphalt mixture under simulated service conditions.

Based on steel slag in Inner Mongolia, this paper studies the law of permanent deformation of steel slag asphalt concrete made of steel slag as coarse aggregate. Based on this, the properties of the Inner Mongolia steel slag, the preparation of the steel slag asphalt mixture and the permanent deformation characteristics of the steel slag asphalt mixture under the simulated service conditions were studied.Firstly, the chemical composition and microstructure of steel slag were studied. Secondly, the evaporation rate of steel slag and the han content of free calcium oxide were measured. The study shows that steel slag is composed of calcium, magnesium, silicon, iron oxide, is a porous material, its appearance, composition, structure, formation conditions are very different from the natural aggregate. The test showed that the f-cao content of the steel slag with a particle size of 5-10mm was higher than 2%, while the f-cao content of the other four steel slag with a particle size of 5-10mm was lower than 2%.

Second, the use of indoor rutting test instrument and UTM - 25 universal testing machine to permanent deformation test of steel slag asphalt mixture, temperature, load and water effect on the development of the steel slag asphalt mixture rut, analysis of the steel slag asphalt mixture characteristics of the three stages of permanent deformation, the results show that the steel slag asphalt concrete high surface AC - 16 and AC - 20 steel slag asphalt mixture performance, the same character in load under a certain condition, the higher the temperature, the greater the rut deformation degree; Under certain temperature conditions, the greater the load, the greater the rutting deformation. Under the same temperature and load conditions, the rutting deformation was smaller under dry conditions than under water conditions. At the same time, under the condition of 40℃ and under the load of 0.3-0.6mpa, the permanent deformation behavior of steel slag asphalt mixture goes through three stages as the number of cycles increases. Under the condition of 0.7mpa and temperature of 40-60℃, the permanent deformation behavior also enters the third stage as the number of cycles increases.

Keyword: Steel slag; Asphalt concrete; Rutting depth; Permanent deformation

目录

中文摘要 I

ABSTRACT II

目录 1

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 钢渣及其沥青混凝土性能研究 2

1.2.2 沥青混凝土的永久变形性能研究 2

1.3 研究内容及技术路线 2

1.3.1主要研究内容 2

1.3.2技术路线 3

1.4 环境与安全 3

第二章 实验材料及方法 5

2.1原材料 5

2.1.1钢渣 5

2.1.2安山岩 5

2.1.3沥青 6

2.1.4石灰石矿粉 7

2.2钢渣沥青混合料配合比设计 8

2.2.1矿料级配组合设计 8

2.2.2最佳油石比的确定 9

2.3实验方法 13

2.3.1单轴重复永久变形试验 13

2.3.2室内车辙试验 13

2.4本章小结 13

第三章 钢渣性能研究 14

3. 1 化学组成 14

3. 2 微观形貌 14

3. 3压蒸粉化率 15

3. 4游离氧化钙（f-CaO）含量 16

3.5本章小结 17

第四章 钢渣沥青混凝土永久变形行为研究 18

4.1 不同外在因素对钢渣沥青混凝土单轴重复永久变形影响 18

4.1.1 不同应力下钢渣沥青混凝土单轴重复永久变形 18

4.1.2 不同温度下钢渣沥青混凝土单轴重复永久变形 19

4.2 不同外在因素对钢渣沥青混凝土车辙发展的影响 21

4.2.1 温度对钢渣沥青混凝土车辙发展的影响 21

4.2.2 荷载对钢渣沥青混凝土车辙发展的影响 22

4.4.3 水对钢渣沥青混凝土车辙发展的影响 23

4.5 本章小结 25

第五章 结论与展望 26

5.1结论 26

5.2展望 26

致谢 28

参考文献 29

附录一 31

附录二 32

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

钢渣是一种固体粗产物，钢渣的产生率达到粗钢产量的10％～15％^[1]，据不完全统计，我国每年有超过一亿吨的钢渣在炼钢过程中产生^[2]。但钢渣在我国的有效利用率不超过30%，钢渣的产生和使用，供大于求，大量钢渣的堆放，对土地等自然环境有极大破坏。

相较钢渣用作回填材料等其他技术含量较低且不能从根本解决钢渣对环境污染问题的方法，根据欧美等国家在钢渣应用领域的探索经验可知^[3]：用钢渣集料替代天然集料应用于道路工程建设是可行的。该途径既能缓解我国多数地区石灰石、玄武岩等沙石骨料消耗量较大，渐成稀缺资源的供应压力^[4]，同时可有效解决钢渣对自然环境的污染并提高道路的路用性能。

钢渣沥青混凝土路面相比传统沥青路面除环境友好性外，本身路用性能也更加优越。钢渣沥青混凝土的路用性能与钢渣的体积稳定性有关^[5]，而沥青中环烷酸的羧基与碱性的钢渣集料接触时，羧基与碳氧键互相吸引^[6]，不仅提高了钢渣的稳定度还使得沥青与钢渣更牢固、粘附性较好。

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