论文总字数：26400字

摘 要

钢渣是我国主要的工业固废之一，其每年的产量在1亿吨以上。截至2014年，我国的钢渣综合利用率仅有10%。高产量和低综合利用率共同作用下，大量的钢渣堆积。钢渣的堆积不仅占用了大量土地空间，而且造成了资源的浪费。事实上，钢渣密度大，力学性能好，表面粗糙，与沥青黏附性好，只要经过正确的处理就能成为优质的道路工程集料。使用钢渣部分替代沥青混合料中的天然石料不但能解决钢渣闲置堆积的问题，实现钢渣的资源化，而且能节约天然石料资源。

虽然钢渣具有成为优质集料的潜能，但在实际工程中一般需要将钢渣自然陈放2-3年，使其水化反应完全体积稳定。同时，钢渣表面的多孔结构使其在沥青混合料中的吸油量较高，使沥青混合料的成本增加。基于以上两点，钢渣集料的利用并不广泛。因此，本文选用水泥外掺硅灰浆液作为表面处理的材料对钢渣进行改性。通过改性钢渣的吸水率、压碎值以及浸水膨胀率作为评价指标确定水灰比1：1的水泥外掺10%硅灰和0.2%减水剂浆液改性效果最佳，并借助扫描电子显微镜观察改性前后钢渣表面形貌的微观变化。将改性钢渣和未改性钢渣用作粗集料分别制备钢渣沥青混合料，对比分析两种钢渣沥青混合料的水稳定性和体积安定性，以评价改性钢渣的膨胀抑制效果。

关键词：钢渣，表面处理，沥青混合料，膨胀抑制

Abstract

Steel slag is one of the main industrial solid wastes in China. Its annual output is more than 1 million tons. As of 2014, the comprehensive utilization rate of steel slag in China is only 10%. Under the combined action of high yield and low comprehensive utilization rate, abundant steel slag is accumulated. The accumulation of steel slag not only occupies a lot of land space, but also causes waste of resources. In fact, steel slag with correct treatment can be a kind of high quality road engineering aggregate. The use of steel slag to replace the natural stone in the asphalt mixture can not only solve the problem of the accumulation of steel slag, but also save the natural stone resources.

Although steel slag has the potential to become a high-quality aggregate, it is generally necessary for steel slag to be put out for 2-3 years so that its hydration reaction is completely stable. At the same time, the porous structure of the steel slag makes the oil absorption in the asphalt mixture higher, and the cost of the asphalt mixture increases. Based on the above two points, the utilization of steel slag aggregate is not extensive. Therefore, steel slag is modified by surface treatment with silica fume and water reducing agent mixed with cement slurry. The optimum amount of silica fume and water reducing agent is determined by the water absorption rate, crushing value and the swelling rate of the modified steel slag. Scanning electron microscope is used to observe the microscopic changes of the surface of the steel slag before and after modification. The modified steel slag and unmodified steel slag are used as coarse aggregate to prepare the steel slag asphalt mixture respectively. The water stability and volume stability of the two kinds of steel slag mixture are compared and analyzed in order to evaluate the expansion inhibition effect of the modified steel slag.

KEY WORDS: Steel slag,Surface treatment, Asphalt mixture, Expansion inhibition

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 钢渣体积膨胀性 1

1.2.2 钢渣膨胀控制方法 2

1.3 研究内容 5

第二章 原材料特性研究 6

2.1 集料 6

2.1.1 集料的物理力学特性 6

2.1.2 钢渣的游离氧化钙含量 6

2.2 表面改性材料 7

2.3 SBS改性沥青 7

2.4 拌料用水 7

第三章 钢渣的表面改性处理研究 8

3.1 钢渣的表面改性处理 8

3.1.1 矿物材料掺入配比 8

3.1.2 表面改性处理方法 8

3.2 表面改性钢渣的性能研究 8

3.2.1 密度和吸水率 8

3.2.2 浸水膨胀率 9

3.2.3 与沥青的黏附性 10

3.2.4 压碎值 11

3.2.5 扫描电子显微镜（SEM） 11

3.3 本章小结 12

第四章 钢渣沥青混合料的制备 14

4.1 原材料的选择 14

4.1.1 集料 14

4.1.2 填料 14

4.1.3 沥青 14

4.2 矿质混合料配合比设计 14

4.3 沥青混合配合比设计 15

4.3.1 制备马歇尔试件 16

4.3.2 测定马歇尔试件的物理-力学指标 16

4.4 最佳油石比的确定 18

4.4.1 确定最佳油石比的初始值 20

4.4.2 确定最佳油石比的初始值 20

4.4.3 综合确定最佳油石比 21

4.5 本章小结 21

第五章 钢渣沥青混合料的水稳定性和体积安定性研究 22

5.1 水稳定性 22

5.1.1 浸水马歇尔试验 22

5.1.2 冻融劈裂试验 23

5.2 体积安定性 24

5.3 本章小结 24

第六章 结论与展望 26

6.1 结论 26

6.2 展望 26

参考文献 27

致谢 29

绪论

研究背景与意义

研究背景

钢渣是炼钢过程中形成的废渣。钢渣主要由氧化钙、二氧化硅、氧化镁、氧化铁等化学成分组成。这些成分来源于金属炉料中的杂质、助熔剂和炉衬。因此，不同类型，不同批次的钢渣成分差异很大。由于影响钢渣成分以及性能的因素较多，钢渣有多种分类方式。常见的分类方式有按炼钢炉型分类，按所处的生产阶段分类和按钢渣性质分类。

钢渣是冶金工业的副产物，其数量一般是粗钢产量的10%-15%。我国2014年粗钢年产量为8.2亿吨。当年的钢渣数量就在1亿吨左右。作为钢铁行业最主要的固体废弃物之一，钢渣可应用于冶金工业、道路工程、环境工程、农业等多个领域。然而截止到2014年的数据，我国钢渣的综合利用率仅为10%，与世界一流水平还存在较大差距。在钢铁工业蓬勃发展的背景下，钢渣产量也快速增长。到2014为止，我国累积钢渣堆存接近10亿吨。大量钢渣的积存不仅占用数目众多的土地，而且带来了环境问题并造成资源的浪费。因此，如何充分有效利用钢渣这项资源是一个重要课题。

研究意义

钢渣具有力学性能好、表面粗糙、棱角性好、与沥青黏附性强等优点。这些特性使钢渣有成为沥青混合料优质集料的可能。但同时钢渣成分不稳定且含有游离氧化钙。游离氧化钙与水接触，发生水化反应会引起钢渣体积的膨胀。而且水化反应时间持续较长，直接在工程中应用钢渣将造成隐患。因此，钢渣不适合直接加入沥青混合料中替代天然石料集料。长时间的堆放陈化虽然能降低钢渣内部的游离氧化钙含量，但这不利于钢渣的大量利用。钢渣表面的多孔结构也会造成其高吸水率和吸油量。所以，对钢渣进行处理以提高其体积安定性和降低其吸水率是必要的。钢渣表面处理使钢渣资源有望得到大量的应用。而钢渣在沥青混合料中的使用有利于解决钢渣积存带来的土地空间占用和环境问题。从资源利用的角度看，钢渣表面处理不仅有效利用了钢渣资源，而且节约了天然石料资源。

国内外研究现状

钢渣体积膨胀性

钢渣是钢铁生产的副产品。在炼钢过程中，方解石或白云石熔剂被添加到钢水中以除去杂质，最终将钢水分离出来后剩下的产物即为钢渣。钢渣由各种硅酸盐和氧化物矿物相的固溶体组成。基本所有种类的钢渣均含有少量以游离态存在的氧化钙和氧化镁。不同类型的钢渣中这两者的含量存在较大差异。这两种游离状态的氧化物接触水会发生如下式（1-1）和（1-2）的水化反应致使钢渣体积增大，并且该反应生成的氢氧化物与水进一步反应形成结晶化合物使钢渣体积二次膨胀。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26400字