论文总字数：27575字

摘 要

钢渣作为炼钢过程中的副产品，如何妥善处置一直是个问题。由于钢渣与天然集料有相似特性，因此其有应用在道路工程中的潜力。本文用钢渣替换普通集料并应用在水泥稳定碎石基层中，研究其力学性能。

首先，本文对钢渣的物理力学性能进行测试，分析在基层中用钢渣替代碎石的可行性，结果表明钢渣的表观相对密度大于碎石，压碎值小于碎石。而后通过正交试验设计方法设计9组试验，研究2种级配类型（粗、细级配）、3种水泥掺量（3.5%、4%、4.5%）以及3种钢渣掺量（30%、50%、70%）对钢渣水泥稳定碎石基层力学性能的影响。

其次，进行击实试验，得到各试验组的最佳含水量与最大干密度。试验结果表明钢渣水泥稳定碎石混合料的最佳含水量与水泥掺量和钢渣掺量成正相关性。进行7天无侧限抗压强度试验，研究不同指标对基层强度的影响，发现混合料强度随钢渣掺量的增多先增长后平缓。因此，根据研究结论并结合经济性指标，确定钢渣水泥稳定碎石基层的最优组成设计为粗级配、水泥掺量4%、钢渣掺量50%。

最后，本文针对钢渣的膨胀性问题进行研究，选用微硅粉抑制钢渣的膨胀，通过浸水膨胀率试验研究掺入不同剂量微硅粉对钢渣水泥稳定碎石基层膨胀性的抑制效果，研究表明微硅粉最佳掺量为3%。

关键词：钢渣；水泥稳定基层；力学性能；膨胀性；

ABSTRACT

As a by-product in steelmaking process, how to properly dispose of steel slag has always been a problem. Because steel slag has similar characteristics with natural aggregate, it has potential application in road engineering. In this paper, steel slag is used to replace natural aggregate and is applied in cement stabilized macadam base, and its mechanical properties are studied.

Firstly, this paper tested the physical and mechanical properties of steel slag, and analyzed the feasibility of substituting steel slag for gravel in the base. The results show that the apparent relative density of steel slag is greater than that of gravel, and the crushing value is less than that of gravel. Then nine groups of experiments were designed by orthogonal experimental design method to study the effects of two types of gradation (coarse and fine gradation), three kinds of cement content (3.5%, 4%, 4.5%) and three kinds of steel slag content (30%, 50%, 70%) , on the steel slag cement stabilized macadam base’ mechanical properties. Secondly, the optimum water content and maximum dry density of each group of specimens are determined by compaction test, and the optimum water content of the mixture increases with the increase of cement content and steel slag content. Using the 7-day unconfined compressive strength test to study the influence of different indexes on the strength of base course, it can be found that the strength of mixture increases obviously at first and then slowly followed by the steel slag content’s increase. Therefore, according to the research conclusions and economic indicators, the optimum mix ratio of steel slag cement stabilized macadam base is determined as coarse gradation, 4% cement content and 50% steel slag content.

Finally, in this paper, the steel slag’s expansion is studied. The micro-silica powder is selected to inhibit the steel slag’s expansion. The inhibition effect on the expansion of adding different content of micro-silica powder of steel slag cement stabilized macadam base is studied by immersion expansion test. The research shows that the optimum content of micro-silica powder is 3%.

KEY WORDS: steel slag, cement stabilized base, mechanical properties, expansibility

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 钢渣的分类及处理 1

1.2.2 钢渣的利用情况及相关研究 2

1.2.3 钢渣在道路基层中的应用 3

1.3 研究内容和技术路线 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 技术路线 6

第二章 原材料性能研究 7

2.1 物理力学特性 7

2.1.1 密度 7

2.1.2 压碎值 9

2.1.3 针片状颗粒含量和吸水率 10

2.2 钢渣的矿物组成分析 10

2.3 本章小结 11

第三章 钢渣水泥稳定碎石混合料配合比设计 12

3.1 混合料配合比设计 12

3.1.1 级配设计 12

3.1.2 水泥与钢渣掺量设计 13

3.2 正交试验设计 14

3.3 本章小结 15

第四章 钢渣水泥稳定碎石混合料力学性能研究 16

4.1 击实试验 16

4.1.1 试验方法 16

4.1.2 试验结果及分析 19

4.2 无侧限抗压强度试验 20

4.2.1 试件成型及养生 20

4.2.2 试验方法 22

4.2.3 试验结果及分析 22

4.3 钢渣水泥稳定碎石强度形成机理 25

4.4 本章小结 26

第五章 钢渣水泥稳定碎石混合料体积安定性研究 27

5.1 试验方法 27

5.2 试验结果及分析 29

5.3 本章小结 30

第六章 结论和建议 31

6.1 主要结论 31

6.2 建议 31

参考文献 32

致 谢 34

绪论

研究背景及意义

钢渣是钢铁生产中的主要副产品，其产量约为钢铁产量的8%—15%。而我国基础设施建设力度大，每年的钢铁产量也很大，据统计2018年我国钢产量超过11亿吨，因此，随之产生的大量钢渣需要妥善处理。一部分钢渣可以被钢厂回收利用，其余的钢渣虽可以应用于工程等领域，但大部分都被堆砌在环境中。这会是对资源与环境的双重消费。

道路基层是位于面层以下的结构。目前，我国的道路基层材料大多为水泥稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石、级配碎石等，每种材料对碎石的需求量都很大。而碎石的获取大多都是以破坏山体为代价而得到的，这会对生态环境产生严重破坏。因此，如果能将钢铁生产中的钢渣废料应用在道路工程中，不仅可以减少钢渣的污染，同时也可以减少对碎石的需求，进一步减少对生态环境的破坏。

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