摘 要

钢渣是炼钢的副产物。我国是钢铁工业生产第一大国，每年的钢渣的产量超过一亿吨，但利用率却在25％以下。另一方面，我国道路建设事业迅猛发展的同时，对优质的道路工程材料的需求也在日益増长。而通过适当工艺成型的钢渣，其几何形状与力学性能与轧制碎石相似，并具有坚硬、表面粗糙和耐磨等特点，具有代替天然石料成为优质沥青混合料集料的潜能。因此，在沥青混合料面层中采用钢渣替代天然集料，一方面可以提髙路面质量，另一方面蕴藏着不可估量的社会、经济和环境效益。

本文研究利用钢渣作为粗集料制备沥青混合料。依次研究了钢渣集料的特性、钢渣沥青混合料的设计和制备方法、钢渣沥青混合料的基本路用性能。通过讨论钢渣级配、密度、吸水率等分析了钢渣的物理性质，通过压碎值和磨耗值分析了其力学特性。通过马歇尔试验设计方法确定了钢渣沥青混凝土的设计级配和最佳沥青用量。接着进行了沥青混合料的路用性能研究：结合车辙试验评价钢渣沥青混合料的高温稳定性；通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价混合料的水稳定性；通过体积膨胀试验测定混合料的体积安定性。通过对试验数据的整理分析，比较数据与公路沥青路面规范的要求，经分析满足规范，此钢渣可以作为路面材料使用。

关键词：钢渣；沥青混合料；配合比设计；高温稳定性；水稳定性；体积膨胀性

Abstract

Steel slag is a by-product of steel making. China is the largest producer of iron and steel industry, the annual output of steel slag more than 100 million tons, but the utilization rate is below 25%.On the other hand, the rapid development of China's road construction at the same time, the demand for high-quality road engineering materials are also growing.The steel slag formed by the appropriate process, its geometric shape and mechanical properties and rolling gravel similar, and has a hard, rough surface and wear characteristics, with a substitute for natural stone as a high quality asphalt mixture aggregate potential.Therefore, the use of steel slag in the asphalt mixture to replace the natural aggregate, on the one hand can improve the quality of the road, on the other hand contains immeasurable social, economic and environmental benefits.

In this paper, the use of steel slag as coarse aggregate preparation of asphalt mixture.The characteristics of steel slag aggregate, the design and preparation method of steel slag asphalt mixture, and the basic road performance of steel slag asphalt mixture were studied in turn. The physical properties of steel slag were analyzed by discussing the grade, density and water absorption of steel slag. The mechanical properties of steel slag were analyzed by crushing value and wear value.The design gradation and optimum bitumen ratio of steel slag asphalt concrete were determined by Marshall test design method. Then, the road performance of the asphalt mixture was studied. The high temperature stability of the steel slag asphalt mixture was evaluated by the rutting test. The water stability of the mixture was evaluated by the immersion Marshall test and the freeze-thaw splitting test. The mixture was measured by volume expansion test Of the volume stability.Through the analysis of the test data, compare the data and highway asphalt pavement specification requirements, the analysis to meet the norms, the steel slag can be used as pavement materials.

Key Words：steel slag；asphalt mixture；mix design；high temperature stability；water stability；volume expansibility

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究的背景 1

1.2研究的意义 3

1.3国内外研究现状 4

1.4存在的问题 5

1.5主要研究内容 6

1.6研究技术路线 6

第二章 试验原材料性能 8

2.1钢渣的基本性质 8

2.1.1钢渣矿料的物理性能 8

2.1.2钢渣的矿物组成及主要化学成分 9

2.1.3钢渣在道路工程中应用的可行性 10

2.2集料的基本性质 11

2.2.1粗集料 11

2.2.2细集料 11

2.2.3矿质填充料 12

2.3沥青的基本性质 12

第三章 钢渣沥青混凝土的配合比设计 15

3.1组成材料选择与材料性能测试 15

3.2矿质混合料的配合比设计 15

3.2.1确定矿质混合料的设计级配范围 15

3.3.2拟定初试配合比 18

3.3.3矿质混合料设计配合比的确定 19

3.3最佳沥青用量的确定 20

3.3.1确定马歇尔试件的物理力学指标 20

3.3.2最佳沥青用量的确定 24

第四章 钢渣沥青混合料的路用性能试验研究 26

4.1钢渣沥青混合料的高温稳定性分析 26

4.1.1高温稳定性试验方法 26

4.1.2高温稳定性试验结果分析 28

4.2钢渣沥青混合料水稳定性分析 29

4.2.1水稳定性试验方法 29

4.2.1.1浸水马歇尔试验方法与步骤 29

4.2.1.2冻融劈裂试验方法与步骤 33

4.2.2水稳定性试验结果分析 35

4.3钢渣沥青混合料体积膨胀性分析 39

4.3.1体积膨胀性试验方法 39

4.3.2体积膨胀性试验结果分析 40

第五章 结论与展望 41

5.1结论 41

5.2展望 41

参考文献 43

致 谢 44

第一章 绪论

1.1研究的背景

我国是钢铁和钢渣的生产大国，钢渣是在炼钢的过程中用石灰石提取杂质而产生的熔渣，钢渣的生产率约为粗钢产量的10%到15%，产量十分巨大。在这么多年的发展过程中，使用的钢材不计其数，直接导致我国积累了大量的钢渣，据相关统计已经达到了3亿吨以上。如此大量的“废”钢渣得不到有效利用，堆积如山。这些钢渣的堆积既侵占了土地，又污染了环境，亟待解决。但是问题在于，我国目前钢渣的利用率只有50％~60％，而在建材领域的利用率大概是10％。相比之下，欧洲，美国和日本的钢渣利用率已经达到90％以上^[1]。这么多的钢渣找不到合理的处理方法，由于其性能不太稳定，如果随意堆放在地面上，其与空气水分发生各种复杂的物理化学反应后，会生成有害物质污染环境。而且这种处理方法治标不治本，钢渣是不断产生的，土地资源是宝贵的，总会有堆不下的那一天。尽快采用有效的方法合理利用钢渣，迫在眉睫。表1.1显示了2012年全国各省，直辖市产生的钢渣的分布状况^[2]（不完全统计）。

分析表中数据可得出河北省作为重工业十分发达的地区，对钢材的需求量非常大，相应的每年产出废弃不用的钢渣量也是最多。这些钢渣中的绝大多数的处理方法还只是简单的堆放，如今土地资源非常稀缺，各行各业都在想尽方法节约土地的使用。这种钢渣处理方法不仅会白白浪费大量的土地，而且钢渣中的有害物质渗入地下水以及与空气反应后，还会对生态环境造成严重污染。倘若真的发展到这一步还没有积极有效的处理方法，那么毫无疑问综合考虑钢铁工业的发展与我国生态环境的保护之后，一定会减少钢渣的大量生产来遏制这个负面影响，钢铁行业的发展也停滞不前了。因此面对大量的钢渣废料，不仅要做到资源化利用，更高的要求是高价值高效率的综合利用，这也成为国内外的一个持续的研究热点。