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原文传递榆钢钢渣在水泥粉煤灰稳定碎石混合料中的应用技术研究

论文题名：	榆钢钢渣在水泥粉煤灰稳定碎石混合料中的应用技术研究
关键词：	钢渣;陈化处理;均质性;级配设计;路用性能
摘要：	钢渣作为一种工业固体废弃物，目前利用率较低，大部分被粗放处置。这样不仅占用了大量土地，而且对环境有潜在危害。甘肃省干旱、半干旱地区的面积占全省面积的57%，生态环境脆弱，而筑路石料大规模的开采进一步加剧生态环境的破坏。鉴于当前国家和各地方政府严格控制石料开采，导致筑路石料供应收紧。同时在国家大力推广工业固废循环利用的政策背景下，将钢渣应用于干旱与半干旱地区道路工程建设中，不仅可以解决钢渣引起的资源浪费和环境污染问题，而且能够减轻石料开采对于生态环境的破坏。本文研究的主要结论：　　（1）本文从集料特性、对环境安全影响性及理化特性等方面分析了钢渣原材料性质。结果表明：榆钢钢渣具有优于普通碎石的集料特性，同时表面纹理粗糙，属于多孔材料，基于SEM分析钢渣的纹理性和棱角性远优于普通碎石；对环境均无浸出毒性危害及放射性危害；钢渣具有与水泥相似的成分，主要含碱性氧化物、硅酸二钙、硅酸三钙等，其中游离态氧化钙则是导致钢渣膨胀性的主要因素。　　（2）研究了钢渣的加速陈化处理，对于陈化年限不够、体积安定性差的钢渣进行不同方式的陈化处理。对不同处理方式下的钢渣中f-CaO进行跟踪测量，并对不同的处理方式进行经济性和处理量分析。结果表明，预处理可以有效降低钢渣的膨胀性，其中碳化处理和蒸汽处理效果显著，在2-3个月就能使f-CaO降低到3%以下。依据钢渣中的f-CaO与时间的变化建立等效时间陈化预测模型，确定了不同处理方式下钢渣稳定性时间。最后采用热重分析和岩相显微镜对钢渣中的f-CaO的产生和分布规律进行了研究，解释了钢渣中f-CaO的消散机理。　　（3）对原样钢渣进行了均质性分析和均质化处理工艺研究。采用粒径分布变异系数CV、软弱颗粒及超粒径颗粒统计进行钢渣的均质性评价；针对均质性差的问题，提出了基于多级破碎+整形的钢渣二次加工均质化处理工艺。经工艺优化后，在控制最大出料粒径情况下，主要粒径分布是10-20mm及5-10mm。并且软弱颗粒破碎效果显著，60%左右的粗粒径软弱颗粒破碎至5mm以下细粒径范围内，有效降低了软弱颗粒对于钢渣作为骨料起骨架接触作用的影响。并进一步证明了钢渣经过二次破碎处理，骨料的体积稳定性显著提高。　　（4）对水泥粉煤灰稳定碎石钢渣混合料的配合比设计方法进行了研究。本文采用贝雷法设计了一种骨架密实型水泥粉煤灰稳定基层配合比。钢渣碎石混合料基层中选择钢渣骨料粒径分别为5-10mm和10-15mm，设计掺量分别为30%和23%。然后对不同无侧限抗压强度代表值和水泥粉煤灰掺量进行二元非线性回归，确定了水泥粉煤灰的最佳掺量，当强度代表值为4MPa时，水泥掺量为2.8%，粉煤灰掺量为12.2%。　　（5）研究了骨架密实型结构水泥粉煤灰稳定钢渣碎石混合料的路用性能，主要包括力学性能、稳定性及干缩和温缩。试验结果表明，级配良好的骨架密实结构水泥粉煤灰稳定钢渣碎石的稳定性和抗疲劳性能都有所改善。同时，钢渣的掺入可对半刚性基层起到收缩补偿的作用，当钢渣掺量为53%时，180天最大补偿收缩率为37.5%，最小为25.4%，可有效降低半刚性基层开裂。
作者：	张星
专业：	道路与铁道工程
导师：	李波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022