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掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

宣布日期：

2025-02-28

摘要

接纳钢渣取代自然集料掺加至再生沥青混凝土中制备掺钢渣再生沥青混凝土，对其睁开路用性能及力学性能研究。接纳车辙实验、低温弯曲实验、浸水残留稳固度实验、划分对RAP掺量差别的掺钢渣再生沥青混凝土的高温性能、低温性能、水稳固性睁开研究;接纳劈裂实验，抗压应力-应变实验对RAP掺量差别掺钢渣沥青混凝土力学性能睁开研究。研究效果批注:SMA和AC掺钢渣再生沥青混凝土的高温性能随着RAP掺量的增添泛起先降低再增添的转变纪律，在30%时，动稳固度zui低划分为5650、2877次/mm;低温性能和水稳固性能泛起一连降低的趋势，RAP掺量为40%时，SMA掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳固度降到80%以下。掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉性能随着RAP掺量的增添泛起先降低再增添的转变纪律，劈裂抗拉强度zui低为2.34MPa;RAP掺量小于30%时，随着RAP掺量的增添，混淆料的极限抗压强度下降，当RAP掺量为30%时极限强度zui低，为4.52MPa，在此掺量规模内，RAP可以看做一种有损伤的集料;当RAP掺量大于30%时，混淆料的极限抗压强度略微提高，说明随着RAP掺量的提高，RAP可以看作被老化沥青包裹的集料，RAP中老化沥青比例增添且在新沥青的协调下恢复部分沥青的性能，使得抗压强度提升。

要害词：再生沥青混凝土 | 钢渣 | 路用性能 | 力学性能

我国沥青混凝土的路面设计寿命一样平常是1015a，已往20a内我国公路建设量大幅增添，在现阶段与未来会爆发大宗的路面接纳沥青混淆料[1]。针对以上问题研究职员开发出再生沥青混凝土手艺，沥青再外行艺是将接纳沥青混凝土与新集料、新沥青通过组成优化设计。放弃沥青混凝土掺量高于30%时，可加入一定量的再生剂改善混淆料性能，制备出知足使用要求的再生沥青混凝土质料[2-3]。再生沥青混凝土中的新集料通常接纳自然集料，自然集料通常接纳开山采石的方法获取�？讲墒岫郧樾伪⑵扑�。钢渣作为一种产量较高的固体放弃物，其再使用问题亟待解决。在欧洲60%以上的钢渣用于蹊径建设中[4]。本文将接纳钢渣作为新集料掺加到再生沥青混凝土制备掺钢渣再生沥青混凝土，举行掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能相关研究。

再生沥青混凝土中由于RAP外貌老化沥青以及内部受损伤石料的影响，其路用性能及力学性能与通俗沥青混凝土保存一定差别[5]。在再生沥青混淆料的高温稳固性方面，旧料有助于提高整体的沥青混淆料的高温稳固性，且随着旧料的增添高温稳固性有增添的趋势。这是由于旧料的沥青老化后，轻质组分镌汰，沥青质增多，沥青剪切模量提高从而动稳固度会有所提升。别的再生沥青混凝土的旧料类型、旧料泉源、外掺剂掺量同样会对动稳固度爆发影响，接纳旧料性能也是影响再生沥青混淆料路用性能的一大主要因素[6]。再生沥青混淆料的低温抗裂性主要与RAP掺量有关，随着RAP掺量的增添而镌汰，沥青劲度模量是影响混淆料的低温劲度主要因素。老化沥青的劲度模量较低，RAP掺量越高，混淆料中新旧沥青中老化沥青的比例就越高，再生沥青混淆料的劲度模量则降低[7-8]。在掺量较少的情形下，增强集料与老化沥青之间的吸附作用，混淆料的水稳固性增添;但掺量继续增添时，芳香族和饱和分的比例愈来愈低，此类分子量较小的物质具有一定的流动性，可润湿集料外貌，增添集料与沥青接触面积，爆发嵌锁咬相助用爆发粘附力[9-10]。掺量继续增高，这两种因素比例较低时，再生沥青与集料之间不可爆发有用接触从而粘附力大大减小，水稳固性下降[11-12]。

武汉理工大学的丁庆军在钢渣作沥青混凝土集料的研究中发明钢渣内部的f-CaO及f-MgO的消解产品是氢氧化钙与氢氧化镁，这些会导致钢渣体积的膨胀，但钢渣在使用前一样平常会举行陈化处置惩罚，陈化6个月以后的活性因素可以镌汰到一定水平可用于沥青混淆料当中[13]。钢渣质地较硬，密度一样平常为自然石料(如玄武岩，石灰岩)的1.11.3倍，通常在3.23.7g/cm?，其普遍抗压强度为168307MPa，攻击强度为15次，较难破碎[14]。钢渣为多孔质料，内部孔隙较为致密[15]。钢渣奇异的物理特征，使其在作为集料举行再生沥青混凝土的制备掺钢渣再生沥青混凝土时，所泛起的路用性能及力学性能与通俗沥青混凝土、钢渣沥青混凝土再生沥青混凝土有较大差别[16-17]。因此本文基于质料组成的转变对掺钢渣再生沥青混凝土的路用性能、力学性能睁开研究。

实验原质料及实验计划

实验原质料

路面接纳沥青混淆料(RAP)是湖北武汉江夏区某路段的铣刨料，参照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》中的沥青含量测试要领，获得RAP的油石比为4.9%，RAP的相关性能指标:软化点为76℃，针入度为31(0.1mm)，15℃延度为38cm，135℃粘度为1350Pa·s。新集料接纳的是钢渣，为存放1a的热闷渣，产地为江西新余，对其吸水率、密度以及力学性能举行测试，效果如表1所示，各项性能指标知足《沥青混淆料用钢渣》(JT/T1086-2016)的划定。实验所用沥青为I-D改性沥青，软化点为80.5℃，0.1mm针入度(25℃)为53。纤维为聚酯纤维，断裂伸长率为18.4%，掺量是沥青混淆料质量的0.3%�？蠓畚沂蠓�，0.075通过率为99.3%。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

实验计划

本文接纳钢渣取代自然集料与RAP一起作为所有集料制备RAP掺量差别的掺钢渣再生沥青混凝土，并围绕路用性能及力学性能睁开研究，详细实验计划如下:

RAP掺量划分为10%，20%，30%，40%(其中RAP的规格分为510mm并记作RAP-2，05mm并记作RAP-1，其中RAP-2的掺量牢靠为7%)，增补钢渣，与新沥青和矿粉，纤维制备SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土，油石比为5.9%。其中新加沥青的算法参考东南大学鲍世辉[18]提出的再生沥青混淆料油石比算法举行，即将各档RAP的沥青含量计入油石比中，新沥青的用量即是混淆料沥青含量减去老化沥青含量。在级配设计中并参考东南大学牛哲[14]关于钢渣在级配设计中的处置惩罚要领，将质量百分通过率曲线替换为体积通过百分率曲线举行级配设计，举行zui佳级配实验，获得各组的zui佳级配�；愫铣杉杜浼�2。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

路用性能实验研究中接纳4种RAP掺量的SMA-10型掺钢渣沥青混凝土划分举行沥青混淆料车辙实验(实验情形温度为-10℃)，低温弯曲实验(实验情形温度为-10℃)，浸水马歇尔实验均凭证JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混淆料实验规程》举行，路用性能实验中同时制备了AC-10型掺钢渣再生沥青混凝土，集料种类与用量与SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土相同，油石比为4.7%，合成级配见表3。路用性能研究中的比照组划分为RAP掺量为30%的SMA-10型和AC-10型再生沥青混凝土比照组级配设计见表4。

力学性能实验研究中接纳路用性能实验研究中制备的SMA-10型掺钢渣沥青混凝土划分举行劈裂实验(实验情形温度为25℃)和抗压应力-应变实验，比照组新增两组，钢渣沥青混凝土(集料所有接纳钢渣)，通俗沥青混凝土(集料所有接纳石灰石)。劈裂实验凭证JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混淆料实验规程》举行，抗压应力应变实验要领如下:

使用微机控制电液伺服万能实验机对证料测试掺钢渣再生沥青混凝土的抗压应力-应变曲线，试件尺寸为θ101.6×63.5mm的圆柱体，实验温度为15℃，加载速率为2mm/min。新增比照组级配设计如表5所示。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

路用性能研究

高温性能

比照组的SMA-10再生沥青混凝土的动稳固度为5347次/mm，AC-10型再生沥青混凝土的动稳固度为2731次/mm。掺钢渣再生沥青混凝土的车辙实验效果如图1所示。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

由图1可知，SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土和AC-10型掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度在RAP掺量为10%到40%的规模内随着RAP的增添泛起一连降低又小幅增添趋势。RAP掺量由10%增添至30%时，SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度由6750次/mm降低至5650次/mm，而AC型掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度由3533次/mm降低至2877次/mm;RAP掺量高于30%时，SMA和AC型掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度划分从5650次/mm增添至5857次/mm，2877次/mm增添至3017次/mm。与比照组相同RAP掺量下的再生沥青混凝土相比而言，掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度较高，说明钢渣可改善再生沥青混凝土的高温性能。

低温性能

比照组的SMA-10再生沥青混凝土的zui大弯拉应变为2877.7με，AC-10型沥青混凝土的zui大弯拉应变为2478.7με。掺钢渣再生沥青混凝土的低温弯曲实验效果如图2所示。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

由图2可知，随着RAP掺量的增添，两种类型的掺钢渣再生沥青混凝土的zui大弯拉应变都呈下降趋势。SMA-10混凝土的zui大弯拉应变由RAP掺量为10%的3254.1με降至掺量为40%的2434.3με。AC-10混凝土的zui大弯拉应变由RAP掺量为10%的2754.5με降至掺量为40%的2653.3με。SMA-10型混凝土的下降较为显着。RAP由于外貌老化沥青的劲度模量较低，低温抗裂性能较差，加之RAP内部的集料有一定损伤会加速裂纹的扩展，以是RAP对证料的低温性能影响较大。钢渣与沥青的粘附作用较强，且劲度较大，关于混凝土低温性能有一定的提升作用，但凭证比照组再生沥青混凝土的zui大弯拉应变效果(SMA-10为2877.7με，AC-10为2478.8με)，同RAP掺量下的掺钢渣再生沥青混凝土的zui大弯拉应变划分为2911.8με，2554.4με，钢渣在再生沥青混凝土的有一定的提升作用，但并不显着。关于AC-10型再生沥青混凝土低温性能的改善作用较高于SMA。

水稳固性

比照组的SMA-10再生沥青混凝土的浸水残留稳固度为82.3%，AC-10型沥青混凝土的浸水残留稳固度为82.9%。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

图3为掺钢渣再生沥青混凝土浸水马歇尔实验效果。由图3可得，SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳固度随着RAP掺量的增添由85.7%下降至79.1%，而AC-10型掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳固度随着RAP掺量的增添由87.8%下降至80.1%，混凝土的浸水残留稳固度均保存小幅度的下降，RAP掺量较少时老化沥青的胶质与沥青质的比例增添，这两种物质都是极性大分子物质，可爆发静电吸引作用，增强集料与老化沥青之间的吸附作用，掺量较大时，老化沥青与集料之间粘附力下降，混凝土的水稳固性下降。凭证比照组实验效果可得，钢渣可提高再生沥青混凝土的水稳固性，这是由于钢渣外貌多孔，与沥青的吸附作用较强，可镌汰水进入对破损集料与沥青的界面。由图可得RAP较高时，掺量为40%时，SMA-10型和AC-10型掺钢渣再生混凝土的浸水残留稳固度划分为79.1%和80.1%，已经险些不知足规范要求。

力学性能研究

劈裂实验

劈裂抗拉性能用来评价在劈裂破损时的力学性能，本文接纳劈裂实验混淆料的劈裂抗拉性能举行评价。

比照组的再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度为1.54MPa，钢渣沥青混凝土的劈裂抗拉强度为1.96MPa。掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂实验的效果如图4所示。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

由图4可得，在RAP掺量在10%到30%的规模内，SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度随着RAP掺量的增添降低较为显着，由2.83MPa降低至2.34MPa。掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度小幅度升高，RAP掺量为40%时，SMA掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度为2.61MPa。较量比照组的再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度，同掺量下SMA-10型掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度比比照组高0.80MPa，钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度较高，钢渣对SMA型级配混凝土的劈裂抗拉强度有一定提升作用。

抗压应力-应变实验

质料在受到应力作用时爆发应变，应力-应变关系可直观反应质料的主要力学特征，静态蠕变实验的条件是获得路面的zui大应力。路面质料主要受力为压力，以是本节先举行抗压应力-应变的实验研究，测试掺钢渣再生沥青混凝土的抗压应力-应变曲线，研究在荷载作用下质料的受力特征。差别RAP掺量的掺钢渣再生沥青混凝土的应力-应变曲线如图5所示。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

由图5可知，RAP掺量规模为10%40%时，随着RAP掺量的增添，混凝土的极限强度泛起先降低再升高的转变纪律，RAP掺量为30%时，掺钢渣再生沥青混凝土的极限强度zui低为4.52MPa，RAP掺量由30%增至40%时，混凝土的极限强度小幅增添了1.98MPa。差别掺量下的掺钢渣再生沥青混凝土抵达极限强度的应变巨细相近，RAP掺量为30%时，应变略低为0.017%。RAP掺量较低时，其外貌裹附的老化沥青在混淆料占较量低，施展作用较不显着，由“黑石理论”[19]可得，此时RAP是一种内部有损伤的“石料”，在RAP掺量小于30%时，随着RAP掺量的增添，混淆料的极限强度下降，同时钢渣掺量的降低，也造成混淆料的强度降低。当RAP掺量较高时，老化沥青占比增高其作用效果不可忽略，此时老化沥青在新沥青的协调下恢复部分沥青的性能，RAP此时是有一定沥青膜厚的集料，在沥青与集料的粘附作用下，混凝土的抗压强度略微增添，但由于老化沥青的劲度较大，此时混凝土的应变较小，柔性较差。

比照组应力-应变曲线如图6所示。

掺钢渣再生沥青混凝土路用性能及力学性能研究

由图6(a)可得，RAP掺量均为30%时，再生沥青混凝土的的极限强度为3.91MPa，小于掺钢渣再生沥青混凝土，说明钢渣相比于自然集料可对再生混凝土的极限强度有所改善。图6(b)可知再生沥青混凝土的极限强度略高于通俗沥青混凝土，但抵达极限强度时的应变小于通俗沥青混凝土，RAP的劲度模量较大，使得再生沥青混凝土柔性相较于通俗沥青混凝土较差。由图6(c)可知，钢渣沥青混凝土的极限强度为10.48MPa，高于RAP掺量在10%40%之间的掺钢渣再生沥青混凝土，且抵达极限强度的应变也略高0.023%。这是由于钢渣自己强度较高，且外貌多孔与沥青的粘附作用较强，可使混凝土的强度和柔性均有所提升。

结论

1．SMA和AC型掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度随着RAP掺量的增添均泛起先降低再增添的转变纪律，RAP掺量由10%增添至30%时，SMA和AC掺钢渣再生沥青混凝土的动稳固度划分由6750次/mm下降至5650次/mm，3533次/mm下降至2877次/mm。RAP掺量大于30%时，动稳固度又呈增添趋势，RAP掺量为40%时，动稳固度划分为5857次/mm，3017次/mm。

2．掺钢渣再生沥青混凝土的低温性能随着RAP掺量的增高呈下降趋势，SMA-10混凝土的zui大弯拉应变由RAP粗集掺量为10%的3254.1με降至掺量为40%的2434.3με。AC-10混凝土的zui大弯拉应变由RAP掺量为10%的2754.5με降至掺量为40%的2653.3με。钢渣可以改善RAP掺量增添关于混凝土低温性能的影响，但并不会改变RAP掺量增添混凝土低温性能下降的趋势。掺钢渣再生沥青混凝土的水稳固性随着RAP掺量的增添也呈下降趋势，RAP掺量小于30%时，下降较为缓慢。RAP掺量为40%时，SMA和AC掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳固度划分为79.1%和80.1%。

3．掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度随着RAP掺量的增添呈先下降再增高的纪律，SMA和AC型掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度在RAP掺量为30%时抵达zui低，划分为2.34MPa，2.64MPa。同RAP掺量下，掺钢渣再生沥青混凝土的劈裂抗拉强度低于掺钢渣再生沥青混凝土。钢渣沥青混凝土的劈裂抗拉强度高于掺钢渣再生沥青混凝土，钢渣关于再生沥青混凝土劈裂抗拉性能有一定的改善作用。

4．掺钢渣再生沥青混凝土的极限抗压强度随着RAP掺量的增添泛起先降低再略微提高的转变纪律，在RAP掺量为30%时极限强度zui低为4.52MPa，极限强度下的应变差别不大，都在0.020%左右，RAP掺量为30%时，应变zui低为0.017%。剖析可得RAP掺量较低时，RAP的保存状态更靠近“黑石”，因其石料内部保存损伤会导致极限强度降低，掺量较高时，老化沥青最先施展作用使得混凝土的力学性能有所提升。比照组效果批注钢渣的掺入可改善再生沥青混凝土的力学性能，极限强度可达10.48MPa。

参考文献：

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全文完宣布于《公路工程》2021年6月作者简介：沈凡(1985-)，男，湖北赤壁人，副教授，博士，主要从事蹊径质料研究事情

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Matest-Pavetest的BBR是一种热电型低温沥青弯曲梁流变仪，用于测试沥青胶结料在室温到-40℃的弯曲蠕变试验。荷载由微型伺服控制作动器施加，可施加+25N的负载，加载频率可以从静态到动态25Hz，无需设置空压机供应压缩空气。沥青弯曲梁流变仪通过伺服控制，不需要频仍校准以及重复调理空气轴承的压力，只需输入所需的荷载数值，伺服控制的作动器就会以难以置信的精度施加并坚持所设定的荷载。使用装置在装备正面的温度控制器可以很是准确地控制温度，用户可以使用控制器或通过软件设置浴温。沥青弯曲梁流变仪系统的焦点是Matest-Pavetest的控制和数据收罗系统（CDAS2）和（TestLab）软件。

通例应用

?沥青胶结料的弯曲蠕变试验

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?知足ASTM D6648、 AASHTO T313和SHRP沥青试验规范的沥青胶结料低温挠曲蠕变测试

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▍不需要配套空压机提供压缩空气

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▍设计了单独的空气 - 水热交流器

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接纳Pavetest CDAS2高性能控制器

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▍自顺应控制（ALC）算法，确保优异的动态峰值精度

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