摘 要

钢渣是炼钢过程中产生的熔渣，其物理化学性质与硅酸盐相似，在一定条件下，通过电解水化作用后，形成了性能稳定，强度较高，粒度均匀的粒状物。经过合理破碎的钢渣可以用作沥青混合料的集料。并且由于其表面微孔隙多，能与沥青较好地粘附，从而使得沥青混合料具有较优异的路用性能。另外，利用钢渣作为道路材料，既能降低道路成本，又能节约天然石料，对于生态环境的保护具有重要意义。

本文利用钢渣作为集料,与SBS改性沥青热拌合得到开级配沥青混合料，并向其中灌注水泥砂浆而形成半柔性路面材料。半柔性路面同时具有沥青路面和水泥路面两者的特点，是一种复合型路面。利用马歇尔试验和肯塔堡飞散试验评价其结构稳定性；利用冻融劈裂试验评价沥青混合料的抵抗水损害的能力；利用高温车辙实验分析混合料在高温条件下抵抗塑性流动变形损伤的能力；利用低温弯曲试验研究混合料在低温条件下抵抗路面开裂损伤的能力；利用间接拉伸疲劳试验来分析其疲劳损伤。所得结果对于钢渣集料在半柔性路面中的应用具有重要的指导意义。

研究结果表明：钢渣半柔性路面材料中，由于水泥砂浆填充了沥青骨架的空隙，起到了粘结和承载的作用，因此表现出良好的结构稳定性，其马歇尔稳定度达到了13.86kN，比灌浆前提高了60%。在飞散试验中，耗损率仅为11.13%，比灌浆前降低了30%。在冻融劈裂试验中，钢渣集料半柔性混合料的抗拉强度比高达0.94，说明钢渣半柔性路面具有良好的水稳定性。在车辙试验中，钢渣半柔性路面动稳定度达到了17999次/mm，具有非常高的高温稳定性。低温抗裂性方面，在-10℃的低温弯曲试验中，钢渣半柔性混合料的弯拉应变为4754，达到了规范要求。疲劳特性方面，试验结果显示灌注水泥砂浆显著降低了混合料的应力敏感性，因此钢渣半柔性路面材料能够适应更高载荷。

总而言之，本文认为钢渣作为一种工业废渣，在沥青路面工程中的再利用具有良好的社会效益和经济效益，符合时代发展的要求。钢渣集料半柔性路面材料的各种路用性能经过试验的检验，结果显示钢渣半柔性路面的综合性能表现良好，在高温、低温、重负载等恶劣条件下都能较好的抵抗飞散、开裂等常见的路面损伤行为，能广泛地应用于高速公路、城市道路，尤其适用于道路的交叉口、停车场、收费站等交通载荷较高的地段，可以说是一种很有发展前景的新型路面复合材料。

关键词：钢渣；半柔性路面材料；水稳定性；疲劳特性

Abstract

Steel slag is produced in the process of steelmaking. The physical and chemical properties of steel slag are similar to silicate. Under certain conditions, through the electrolysis of hydration, it transforms to stable performance, high strength, uniform particle size granular. After a reasonable broken, steel slag can be used as aggregate asphalt mixture. And because of its surface microporous, and nice adhesion with asphalt, the asphalt mixture has excellent road performance. In addition, the use of steel slag as a road material can reduces road costs, and also saves the natural stones.

In this paper, steel slag is used as aggregate, hot mix with high viscosity asphalt to obtain open-graded asphalt mixture, and pouring cement mortar to form semi-flexible pavement material. Semi-flexible pavement with the characteristics of both asphalt pavement and the cement concrete pavement, is a composite pavement. The structural stability of the asphalt mixture was evaluated by the Marshall test and the Kentucky test, and the fatigue stability of the asphalt mixture was evaluated by the freeze - thaw splitting test. The results are of great significance to the application of steel slag aggregate in semi - flexible pavement.

The results show that the semi-flexible materials have good structural stability and water stability because the cement mortar filled the voids of the asphalt skeleton and played the role of bonding and bearing. In consider of fatigue properties, steel slag aggregate compared to natural ore aggregate, its fatigue life and stress sensitivity have no obvious advantages, but the perfusion of cement mortar significantly reduces the stress sensitivity of the mixture, so semi-flexible pavement materials can withstand higher load.

All in all, this article considers that steel slag as an industrial waste residue, in the asphalt pavement re-use project has good social and economic benefits, in line with the requirements of the development of the times. The results show that the comprehensive performance of semi-flexible pavement of steel slag is good, which can be widely used in highway, urban road, especially for the crossroads, parking lot, toll stations and other places where traffic load is high, it can be said that steel slag aggregate semi - flexible pavement is a very promising new road surface composite materials.

Key words：Steel slag；semi - flexible pavement material；water stability ；fatigue properties

目 录

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2半柔性路面材料的研究现状 1

1.3钢渣用作路面材料的应用现状 2

1.4研究目的及主要研究内容 2

第2章 原材料及试验方法 4

2.1原材料 4

2.2基体沥青混合料 5

2.3水泥砂浆配比 6

2.4试验方法 7

2.4.1马歇尔试件成型方法 7

2.4.2半柔性混合料制作方法 7

2.4.3马歇尔稳定度试验 7

2.4.4肯塔堡飞散试验 8

2.4.5冻融劈裂试验 8

2.4.6高温车辙试验 8

2.4.7低温弯曲试验 9

2.4.8间接拉伸疲劳试验 9

第3章 混合料路用性能研究 10

3.1混合料结构稳定性研究 10

3.2混合料水稳定性研究 11

3.3混合料高温稳定性研究 12

3.4混合料低温抗裂性研究 13

3.5混合料抗疲劳性能研究 13

第4章 结论与展望 16

4.1结论 16

4.2展望 17

参考文献 18

致谢 19

第1章 绪论

1.1概述

钢渣是炼钢过程中产生的熔渣，其物理化学性质与硅酸盐相似，在一定的环境条件下经过电解水化作用后，呈现为性能比较稳定、强度较高、颗粒均匀的粒状物。钢渣作为钢铁生产的副产物，其生产率约为粗钢产量的15%-20%^[1-3]，产量十分巨大，目前我国积存的钢渣已有2亿多吨，而且每年仍以数百万吨的排渣量递增。钢渣作为一种副产物，如果不能合理利用，既会占用大量的存放空间，又会对环境造成污染。因此，越来越多的研究人员开始尝试将钢渣变废为宝。由于钢渣表面具有大量的微孔隙，使得钢渣与沥青有较好的粘附性，因此钢渣能充当沥青混合料的集料，并赋予沥青混合料较优异的路用性能。

半柔性路面是一种复合型的路面，具有传统沥青路面和水泥路面两者的优点。其制备方法有二，其一是灌注式，其二是拌合式。灌注式是在沥青混合料基体中灌注水泥砂浆或掺加刚性材料，使得路面具有很高的高温稳定性、低温抗裂性和耐久性。拌合式是在水泥混凝土中拌合柔性材料，降低水泥混凝土的模量，提高水泥混凝土的抗路面开裂损伤的能力，也改善路面行车的舒适性和耐久性^[4]。目前国内外的半柔性沥青路面大多数是采用灌注法铺设的，水泥砂浆填充了沥青骨料中的空隙，增强了路面整体结构稳定性，提高了路面的负载能力。同时抗疲劳性和抗滑性也都高于传统沥青路面^[5]。

1.2半柔性路面材料的研究现状

半柔性路面最早是由法国人开始应用的，他们称之为“Salviacim”施工方法。后来，日本人为半柔性路面申请了专利，并且这种路面在日本迅速发展，许多公司都提出了各自的设计标准和施工方法，并取得了一系列研究成果，极大地促进了日本半柔性路面的发展。当时，日本的高速公路收费站，停车场，加油站，集装箱码头和公交线路等路段，已经铺设了大面积的半柔性路面。此外，许多欧洲国家也从事了这方面的研究，进行了大量关于半柔性路面结构和路用性能方面的试验。研究表明，这种路面材料可以改善沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，延长了道路的使用寿命^[6]。

我国在半柔性路面上的研究基本与国外处于同一水平，不过时间稍晚一点，但是在最近几年，对半柔性路面进行了大量的试验研究与试验道路的铺筑，并取得了一定的研究成果^[7-15]。比如通过对路面常见损伤行为的破坏原理进行分析，提出了更优的半柔性路面设计方法；通过试验道路的铺设，对半柔性路面实际服役性能进行检验；利用计算机对路面结构进行模拟得出路面内部的应力规律；通过对各种添加外掺剂的半柔性混合料进行试验，得到外掺剂对半柔性路面性能的影响规律等等。然而，目前国内外对半柔性路面研究尚不成熟，其材料选择、施工工艺、施工设备上还较未复杂，所以这种新型路面并没有得到广泛推广与应用。

1.3钢渣用作路面材料的应用现状

在钢铁工业蓬勃发展的初期，一些冶金工业发达的国家就开始了对钢渣的开发和使用。1970 年，在芝加哥召开的“第二届矿物废料利用”会议上，美国矿渣协会在“美国高炉矿渣、钢渣的利用”一文中提出：钢渣没有高炉矿渣那么大的应用潜力，所以要把钢渣用作建筑业中碱性骨料的用量提高。钢渣用作公路路面材料时，具有耐磨性高的优点。 这几年，各国在道路工程上对钢渣的使用量增加，技术上也有了新的提升，尤其是美国和日本对钢渣道路材料的施工规范和技术标准进行了定义。