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钢渣基沥青路面养护材料制备与性能研究
| 论文题名： | 钢渣基沥青路面养护材料制备与性能研究 |
| 关键词： | 沥青路面;养护材料;钢渣利用;骨架结构;功能特性 |
| 摘要： | 公路运输在交通运输系统中具有举足轻重的地位。目前，我国公路养护里程已超过500万公里，占公路总里程的99.0%以上。庞大的公路养护里程对优质道路工程集料的需求量极高。天然集料短缺问题愈发严重，养护工作面临着巨大的压力和挑战。另一方面，钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物。由于钢渣产量巨大，且堆积和填埋易对环境造成危害，众多国家均将钢渣的资源化作为可持续发展的战略之一。我国钢渣累计堆存超过10亿吨，但综合利用率却不足30%，亟需探索合理的利用途径来开发钢渣的回收利用价值。 本研究围绕路面养护面临的资源困境和固废钢渣面临的环保困境，首先探明了钢渣的物化性能，并制备了钢渣基薄层罩面，微表处和碎石封层养护材料。而后，基于钢渣相对于天然集料在形貌特征、耐磨性、与沥青间的粘附性和化学组分方面的优势，探究了钢渣基养护材料的内部细观骨架结构特征、抗动水损害性能、表面纹理及其衰变特征和功能特性，明确钢渣对养护材料性能的增强效果和原因。获得了如下研究结论： （1）钢渣丰富的棱角特征有助于增加骨架结构中的接触点数量，而偏离球状的粒形和粗糙的表面能提高接触长度，在两种效应的耦合作用下，钢渣替代天然集料能明显增加钢渣基养护材料细观骨架结构中的综合接触指数和骨架质量，从而提高了养护材料的服役性能。 （2）钢渣基养护材料在动水损害前后力学性能和内部细观结构的衰减程度低于传统养护材料，说明钢渣替代玄武岩粗集料能增强养护材料的在动水压力下的结构稳定性。采用有机硅树脂对钢渣表面进行改性能填堵钢渣表面微裂纹与残留孔隙，隔绝水分与钢渣的接触，从而增强钢渣基养护材料的抗动水损害能力。 （3）钢渣替代天然集料显著提高了钢渣基养护材料的抗滑性能。钢渣增加了试样表面的微凸体数量和峰锐度，在轮胎与钢渣基养护材料的表面接触时，更多的微凸体和尖峰会形成与金属犁沟效应类似的微切削作用，有效提高接触面上的摩擦阻力。钢渣对纹理的增强作用主要来源于钢渣优异的耐磨特性，丰富的棱角特征和不规则的形状。 （4）在合理的钢纤维用量下，钢渣有助于提高碎石封层感应加热和微波热诱导效果，从而增强沥青的流动特性，使得碎石封层内集料-沥青界面强度受损处的沥青自发进行界面润湿以及分子间的相互扩散，从而让将要剥落或有剥落倾向的集料，借助高温沥青的扩散和润湿，再次恢复与沥青紧密的结合状态，降低服役过程中的脱石率。 |
| 作者： | 崔培德 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 吴少鹏 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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