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原文传递钢渣沥青混合料水热敏感性试验研究

论文题名：	钢渣沥青混合料水热敏感性试验研究
关键词：	道路建筑材料;钢渣沥青混合料;水热敏感性;疲劳性能;力学性能
摘要：	钢渣是炼钢过程中的副产品，具有代替天然石料的优质潜能。中国是炼钢大国，钢渣产量高，但综合利用率较低。随着道路建设的迅猛发展，高质量筑路材料严重缺乏，工业固废代替天然集料应用于道路工程成为有效的途径之一。沥青路面在水分侵蚀，尤其是在饱水状态下，行车荷载会产生动水压力，降低沥青-集料界面黏结强度，影响沥青混合料的服役性能。本文选取钢渣作为集料，采用体积替换法制备了粗钢细石型（CSSFS）、粗石细钢型（CSFSS）、全钢型（WSS）3种钢渣沥青混合料。利用水热敏感性试验仪（MIST）模拟高温动水冲刷环境，研究了高温动水冲刷前后钢渣沥青混合料的力学性能、疲劳性能和永久变形性能的变化规律。　　通过压碎值试验、膨胀性试验、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）研究了钢渣集料的工程特性、化学成分和微观形貌。研究表明，钢渣具有良好的物理力学性能，碱度值为2.17，活性较高；膨胀率为1.2%～1.7%，满足规范要求。　　由于钢渣密度大于天然集料，采用体积换算方法对钢渣沥青混合料的配合比进行优化。采用马歇尔体积法确定CSSFS型、CSFSS型、WSS型SMA-13钢渣沥青混合料最佳沥青用量。研究表明，钢渣沥青混合料具有良好的路用性能。SMA-13钢渣沥青混合料动稳定度、冻融劈裂强度比、渗水系数皆随着钢渣掺量的增加而呈现增长的趋势，低温抗裂性随钢渣掺量的增加呈现下降趋势。　　高温动水冲刷环境下钢渣沥青混合料具有良好的力学性能。温度、加载频率和钢渣掺量对钢渣沥青混合料的动态模量均有较大的影响。钢渣沥青混合料动态模量随温度升高而降低，随加载频率增大而增大，随钢渣掺量增大呈现先增大后降低的趋势。高温动水冲刷后，钢渣沥青混合料的动态模量降低。运用非线性的最小二乘法通过S型函数建立了CSFSS型、CSSFS型、WSS型、CSFSS-MIST型、CSSFS-MIST型、WSS-MIST型6种钢渣沥青混合料的动态模量主曲线，拟合曲线结果较好，相关性系数均在0.98以上。　　高温动水冲刷环境下钢渣沥青混合料具有良好的抗永久变形性能。根据三轴重复荷载蠕变试验和水热敏感性试验结果表明，钢渣沥青混合料永久应变随着加载次数、温度和偏应力增加而增大。高温动水冲刷后，钢渣沥青混合料的永久变形增大。以流变学理论为基础，推导了基于修正Burgers模型的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型，结合三轴重复荷载永久变形试验结果对6种沥青混合料黏弹性力学模型参数进行了拟合，其拟合结果相关性系数均在0.97以上，说明拟合结果良好。建立了钢渣沥青混合料的三维曲面图，对比分析了高温动水冲刷对钢渣SMA-13沥青混合料抗永久变形性能的影响。　　高温动水冲刷环境下钢渣沥青混合料具有良好的耐疲劳性能。根据水热敏感性试验和间接拉伸疲劳试验结果表明，疲劳寿命随着应力和温度增加而下降。随着钢渣掺量增大呈现先增大后降低的趋势。高温动水冲刷后，钢渣沥青混合料的耐疲劳性能降低。建立了6种SMA-13钢渣沥青混合料试件的应力疲劳方程，其相关性系数均在0.95以上，拟合效果良好。
作者：	陈超
专业：	交通运输工程
导师：	赵毅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022