钢渣玻璃纤维沥青混凝土性能研究
时间：2020-12-29 20:04:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 将钢渣和玻璃纤维两种材料加入到沥青混凝土中，通过马歇尔试验法确定钢渣沥青混凝土最佳油石比，并采用对比试验，分析了钢渣沥青混凝土路用性能，再添加不同含量的玻璃纤维，分析其对钢渣混凝土的影响。结果表明，在沥青混凝土中掺入钢渣，沥青混凝土低温抗裂性能有所下降，掺入适量的玻璃纤维可以弥补该性能的下降，其最佳玻璃纤维掺量为0.2%。
关 键 词 废钢渣；玻璃纤维；沥青混凝土；马歇尔试验；路用性能
中图分类号 U414 文献标志码 A
0 引言
钢渣是炼钢中产生的废渣，其排放量为钢产量的15%左右。国家统计局的数据显示，2017年1至10月，我国钢产量为7.10 亿t，同比增长6.1%，钢渣产生量为 1.06 亿t。然而，钢渣中含有重金属，传统掩埋处理不仅侵占土地而且还淤塞河流、污染环境。因此，必须对钢渣进行再利用，减少环境污染。国内外人员就钢渣在沥青路面方面的应用进行了研究。冯艳瑾[1]通过试验验证了钢渣细集料与钢渣粉在SMA-13沥青混凝土中应用的可行性，对钢渣SMA-13沥青混合料的级配设计、路用性能以及经济性进行了研究，认为钢渣可以作为沥青混凝土集料使用。李伟等[2]进行了钢渣沥青混凝土的渗水试验、单轴压缩试验以及疲劳寿命试验，分析不同级配对钢渣沥青混凝土渗透性、压缩性及耐久性的影响，发现当钢渣沥青混凝土骨料最大公称粒径增加时，钢渣沥青混凝土的渗水系数和初始劲度模量会增加，抗压模量和疲劳寿命次数会减小，并且随着油石比增大，抗压强度会降低。Pasetto M，Baldo N. M[3] 通过电炉钢渣的物理力学性能试验和钢渣沥青混凝土试验，发现所有电炉钢渣混合料均满足道路行业技术标准的要求，适用于道路基础设施的建设，且具有比全天然骨料更好的力学性能。
另外，我国每年的废玻璃数量庞大，对废玻璃的回收和利用，不但经济上受益，而且符合可持续发展的理念。Aysar NAJD等[4]从断裂力学角度出发，研究了玻璃纤维沥青罩面的抵抗开裂能力和裂缝扩展能力，发现加入玻璃纤维后，沥青混凝土的断裂韧性会有所提高。朱春凤，肖波[5]发现加入玻璃纤维后，沥青混凝土的动稳定度和水稳定性会提高、永久变形会减小。王增先[6]在玻璃工艺的浸润剂中加入硅烷偶联剂，从而提高了玻璃纤维的表面性能，进一步改善了沥青混凝土的粘结性和拌和均匀性，且改善后的玻璃纤维对各种温拌沥青混凝土具有较好的适用性。
虽然国内外对钢渣或玻璃纤维在沥青混凝土中的应用已有大量研究，但钢渣和玻璃纤维同时应用于沥青混凝土的研究却不多。因此，为了探究钢渣和玻璃纤维能否同时应用于沥青混凝土中，需要对其配合比设计和使用性能进行研究。
1 沥青混凝土配合比设计
1.1 试验材料
钢渣和石料的路用性能试验参照JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》，其主要性能见表1。
从表1可以看出，钢渣的吸水率超过了规范要求的2%，原因在于钢渣孔隙较多，当钢渣应用于沥青混凝土时，会吸收较多的沥青。钢渣的抗压碎能力较好，压碎值为17.3，钢渣表观密度较大，达到了3.239，比石料的表观密度高出16%。且钢渣针片状含量较低，这说明钢渣形状规整，比石灰石更易于形成骨架结构，颗粒与颗粒之间传力更为均匀。
相关文献显示[7]，钢渣中的游离氧化钙含量可占到6%，这些游离氧化钙水解时体积将增大[8]。因此，钢渣沥青混凝土在使用过程中，遇水可能会产生路面开裂等病害，所以必须按JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》和JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》测定所用钢渣的膨胀率。
由表2可看出，钢渣膨胀率最大，但也满足规范要求的2.0%。钢渣粘附性最好，这是由于钢渣中的碱性物质能够与沥青中的酸性物质充分结合，并且钢渣孔隙多，对沥青吸附性强。但是由于每批钢渣游离氧化钙数量不一样，因此在使用钢渣作为骨料时，必须检测合格才能使用。
采用的玻璃纤维为短切无碱原丝，其长度约为6 mm。玻璃纤维物理、力学性能见表3。
从表3可以看出，玻璃纤维具有较高的抗拉强度和熔点，刚性大，极限拉伸应变低，脆性大，并且由于玻璃纤维吸水率低，其吸附沥青的性能较差。当油石比较大时，玻璃纤维不能吸附多余沥青，沥青混凝土是否会出现泛油，需要进一步研究。
沥青采用重交90号A级道路石油沥青，其三大指标见表4。
细集料采用的石料为石灰岩，其主要物理性质指标如表5所示，选用的矿粉技术指标如表6。
1.2 矿料级配设计
以AC-13级配类型进行对比研究，分别以钢渣掺用量的不同，划分为3种沥青混凝土进行对比分析。钢渣AC-13、碎石AC-13、粗钢细石AC-13，其中钢渣AC-13是指粗集料和细集料都采用钢渣（矿粉除外）；粗钢细石AC-13是指粗集料全部采用钢渣，细集料采用石灰岩；碎石AC-13是指粗集料和细集料都使用石灰岩，不掺任何钢渣，以作对比。3种沥青混凝土矿料级配如表7。
1.3 最佳油石比
3种沥青混凝土的最佳油石比采用马歇尔试验方法进行确定，马歇尔试验结果如图1所示。
计算得出沥青混凝土最佳油石比为4.8，钢渣沥青混凝土最佳油石比为5.9，钢石沥青混凝土最佳油石比为5.2。
2 路用性能分析
2.1 水穩定性检验
水稳定性评价采用JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验来综合评价。试验各项数据及计算结果见表8。
3种沥青混凝土冻融劈裂数据见表9。
从表8和表9的数据可以看出，3种沥青混凝土的残留稳定度和冻融劈裂强度，均满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求，其中钢渣沥青混凝土的水稳定性能最好。
