详情

原文传递钢渣与沥青混合料回收料用于SMA优化设计与性能研究

论文题名：	钢渣与沥青混合料回收料用于SMA优化设计与性能研究
关键词：	钢渣利用;沥青混合料;级配优化;路用性能
摘要：	沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是我国高速公路路面应用最为广泛的沥青面层材料。然而，由于SMA采用的玄武岩等优质石料日益稀缺，导致其成本一直居高不下。另一方面，我国钢渣与沥青混合料回收料（RAP）存量丰富，而且钢渣具有优良的坚固、耐磨特性，已有研究表明可以替代玄武岩集料;但由于钢渣的多孔性，造成沥青用量偏大。而细RAP富含沥青，如将其用于SMA,则可部分填充钢渣孔隙，减少新沥青及细集料用量。因此，钢渣与RAP应用于SMA可充分发挥它们的优势，降低工程成本，节约资源，保护环境。目前有关钢渣与RAP用于SMA的设计主要还是依赖经验方法，缺乏专门的优化设计方法，而且未有对其性能系统评价与对比分析等，因此，尚需开展系统深入的研究。　　本文首先在国内外文献调研与分析的基础上，对选定的钢渣、RAP、集料等开展了基本性能检测与评定，试验材料均符合规范要求。针对钢渣表面多孔隙的特点，提出了钢渣集料有效相对密度及毛体积相对密度的确定方法。随后，通过粗集料振实试验分别研究了钢渣粗集料、玄武岩粗集料以及钢渣+玄武岩粗集料的松装间隙率（VCA）变化规律，建立了三个多元粗集料VCA预估模型。预估模型的应用表明，反向S形曲线的级配具有较小的VCA值，正向S形级配曲线的级配粗集料则具有较大的VCA值，而以理论最大密度线为级配的粗集料VCA介于两者之间。同时，也验证了不同粗集料在相同级配曲线下VCA的差异。研究结论为不同集料类型的级配优化设计提供了基础与依据。　　其次，基于课题组前期研究，通过理论分析建立了骨架密实级配粗细分界粒径（或筛孔）通过率与粗集料松装间隙率（VCA）之间的简化解析式。同时，基于将整体矿料级配看成由粗集料级配与细集料级配合成得到的思想，提出了适用于SMA13混合料的级配优化设计方法。采用该方法开展了钢渣+RAPSMA13（简称SR-SMA13）、钢渣+玄武岩SMA13（简称BS-SMA13）、玄武岩SMA13（简称B-SMA13）三种不同集料的SMA级配优化设计及最佳油石比确定，得到了各类型SMA13的优化级配。　　然后，系统开展了SR-SMA13基本路用性能、低温蠕变特性、抗滑性能以及疲劳性能研究，并与BS-SMA13、B-SMA13进行了对比分析。试验结果表明，各类型SMA13优选级配的混合料动稳定度均为最大，其中SR-SMA13动稳定度最高，其次为BS-SMA13,最后为B-SMA13,验证了上述提出的级配优化设计方法的先进性;水稳性能和抗滑性能的优劣次序为:BS-SMA13＞B-SMA13＞SR-SMA13,SR-SMA13水稳性能相对较差，但其浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比两个指标都符合规范要求，且SR-SMA13抗滑性能仅略低于玄武岩SMA13;低温性能优劣次序为:BS-SMA13＞SR-SMA13＞B-SMA13;疲劳性能优劣次序为B-SMA13＞BS-SMA13＞SR-SMA13。　　最后，综合评定了各类型SMA13性能，并做了简要的经济分析。本文研究的SR-SMA13的综合路用性能优良，高温、低温性能优于常用的玄武岩SMA13,而且每公里可节省材料成本约23.0％,经济效益十分显著。本研究可为钢渣与沥青混合料回收料（RAP）在SMA中的推广应用提供理论依据与技术参考。
作者：	崔友超
专业：	交通运输
导师：	曹卫东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023