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原文传递 PVA纤维增强水泥稳定钢渣碎石基层混合料性能的试验研究

论文题名：	PVA纤维增强水泥稳定钢渣碎石基层混合料性能的试验研究
关键词：	道路工程;水泥稳定钢渣碎石混合料;PVA纤维掺量;力学性能;抗裂性能;重金属浸出
摘要：	钢渣具有硬度大、耐磨性好等特点，若将钢渣替代部分碎石应用于水泥稳定类基层建设中，能够产生巨大的经济社会效益。受湿度、温度影响，水泥稳定类基层开裂以及引发的次生病害一直是工程难题。为增强水泥稳定钢渣碎石基层抗裂性能，掺入纤维是一种常用的手段。聚乙烯醇（PVA）纤维具有高强、高弹性模量、与水泥基体粘结强度高等优点。基于此，本文以水泥稳定钢渣碎石混合料为研究对象，通过掺入PVA纤维，研究PVA纤维增强水泥稳定钢渣碎石基层混合料的力学特性、抗裂性能（干缩、温缩）和钢渣重金属浸出试验。　　力学性能试验表明，当PVA纤维掺量为0.06%、钢渣替代碎石粒径为4.75-31.5 mm时，水泥稳定钢渣碎石混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度最大。XRD试验结果表明，混合料水化反应随着龄期的增长，Ca(OH)2的特征峰逐渐减弱，水泥水化产物硅酸二钙和硅酸三钙的特征峰逐渐增强。混合料水化产物SEM试验结果表明，随着养护龄期的增长，生成的水化硅酸钙与水化铝酸钙较多，混合料的强度逐渐增强。　　干缩性能试验表明，PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料的失水率，累加干缩应变和累加干缩系数随着钢渣掺量，P VA纤维掺量增加而逐渐减小。当P VA纤维掺量为0.12%、钢渣替代碎石粒径为0-31.5 mm（钢渣占比100%）时，PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料的失水率，累加干缩应变和总干缩系数最小。但钢渣替代碎石粒径为0-31.5 mm时，7 d无侧限抗压强度仅仅满足二级公路要求，不适用于高速公路或一级公路，因此，推荐选择PVA纤维掺量为0.12%,钢渣替代粒径范围为4.75-31.5mm（钢渣占比67.4%）的方案。　　温缩性能试验表明，随着温度的降低，PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料温缩应变不断增大；随着PVA纤维掺量、钢渣掺量的增加混合料温缩应变逐渐减小。PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料的温缩系数随着PVA纤维掺量、钢渣掺量的增加而逐渐减小，而随着温度的降低呈先下降后上升的趋势。当PVA纤维掺量为0.12%、钢渣替代碎石粒径范围为4.75-9.5mm（钢渣占比21.3%）时，PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料的温缩应变，温缩系数系数最小。虽然掺入钢渣增加了基层的温度收缩量，但是增加的量很小，远小于其对基层干燥收缩的减少量。因此，混合料的抗裂变形以干缩应变为主，推荐PVA纤维掺量为0.12%，钢渣替代粒径为4.75-31.5 mm，　　采用电感耦合等离子体——质谱法（ICP-MS）研究了PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料中重金属元素的析出规律。研究表明，PVA纤维水泥稳定钢渣碎石混合料中Cr元素随着浸泡时间的增加，累计浸出量越多；钢渣替代碎石三种粒径的累计浸出量大小依次为4.75-31.5 mmlt;0-4.75 mmlt;0-31.5 mm。因此，为了减少重金属的影响因素，推荐钢渣粒径为范围为4.75-31.5mm（粗钢细石）的方案。　　综合力学性能、抗裂性能和钢渣重金属的浸出试验，推荐选用钢渣替代碎石粒径范围是4.75-31.5 mm。在PVA纤维掺量选择上，尽管在力学性能上，PVA纤维掺量0.12%比掺量为6%的混合料略低，但是能够达到高速公路和一级公路的规范要求；同时PVA纤维掺量0.12%比掺量为6%的混合料抵抗干缩温、温缩变形能力更好，对改善水泥稳定碎石基层抗裂性能更显著，因此，推荐PVA纤维掺量为0.12%。
作者：	田昌
专业：	材料与化工
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：	2023