吴少鹏-钢渣在沥青混凝土中的应用研究

毛体积密度(g.cm-3)
2.4.1AC-25C配合比设计（2）
6 5
空隙率(%)
2.78 2.76 2.74 2.72 2.7 2.68 2.66 2.64 1 2 3 油石比(%) 4 5
4 3 2 1 0 3.5 4 4.0
OAC1=4.3
a3=4.3
14.5 14 13.5 13 12.5 12 11.5 11 3.5 20 18 16 14 12 10 8 6 4 3.5 4 4.5 油石比(%) 5 5.5
16 15.5 15 14.5 14 13.5 13 12.5 12 4.2 4.7 5.2 油石比(%) 5.7 6.2
空隙率(%)
OAC=(OAC1+OAC2) =4.9
4.7 5.2 油石比(%) 5.7 6.2
60 40 20 0 4.2 4.7 5.2 油石比(%) 5.7 6.2
AC-13C配合比设 计最佳油石比定 为4.9%
在试验开始至200度：钢渣中
的液态水及物质的结晶水在
逐渐蒸发。
DSC (mW/mg)
Weight residues (%)
487.7 C
o
0.2 90 80 70 -0.4 60 0 200 400 600
o
200-480 度 ： 2 水石膏逐渐脱
水，转变为CaSO4.εH2O。
Mass change-3.41%
钢渣在沥青混凝土中的
应用研究
报 告
内
容
研究背景及意义
原材料及沥青混合料设计
钢渣的物化性能
.钢渣沥青混凝土性能研究 钢渣球磨尾渣的研究与再利用 钢渣沥青路面实体工程
报 告
内
容
研究背景及意义
原材料及沥青混合料设计
钢渣的物化性能
.钢渣沥青混凝土性能研究 钢渣球磨尾渣的研究与再利用 钢渣沥青路面实体工程
新疆
河南 湖北
云南
湖南 贵州 福建 广东 广西 台湾 澳门 海南
●钢渣产量占原钢产量的13%以上，2015年全国钢渣总产量超过1亿 吨，全国钢渣堆存面积超过34万平方米；
●将钢渣循环利用到道路建设中，对于环境保护和资源综合利用具有 显著意义。
1.4与钢渣相关的民生问题（2）
美国
欧洲
中国
1.4 与钢渣相关的民生问题（3）
Zn
5.000 0.196 0.012
对人体危害最大的五种重金属离子为铅 (Pb), 汞 (Hg), 铬 (Cr), 砷 (As)和隔 (Cd)； 包括铝元素在内的重金属浓度满足美国二级饮用水标准； 钢渣沥青混凝土是一种对环境较安全的材料。
2.1原材料（1）
原材料 描述
沥青
填料 集料
试验项目 针入度（25℃、100g、5s）0.1mm 软化点（环球法）℃ 延度（5cm/min、5℃）cm 密度（15℃） g/cm3 溶解度（三氯乙烯） % 老化试验 （163℃、 5h） 质量变化 % 针入度比 25℃% 残留延度（10℃）cm 试验结 果 68 48 >150 1.036 99.8 0.08 68 10.1
2.2钢渣性能指标（1）
武钢转炉钢渣
2.2钢渣性能指标（2）
试验项目 31.519.0mm 密 度 试 验 表观相对密度 试验结果 3.250 1.2 3.250 1.9 3.258 2.7 14.6 12.9 11.3 5 67 % 1.5 2.8 1.1 技术要求 ≥2.6 试验规程
吸水率
%
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 4.2 4.7 5.2 油石比(%) 5.7 6.2
流值(dmm)
报 告
内
容
研究背景及意义
原材料及沥青混合料设计
钢渣的物化性能
.钢渣沥青混凝土性能研究 钢渣球磨尾渣的研究与再利用 钢渣沥青路面实体工程
3.2 钢渣的物化性能（1）
化学成分—XRF
VMA(%)
OAC2=4.25
流值(dmm)
OAC=(OAC1+OAC2) =4.3
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 3.5 4 4.5 油石比(%) 5 5.5
105
a2=4.5
4 4.5 油石比(%) 5 5.5
AC-25C配合比设 计最佳油石比定 为4.3%
稳定度(kN)
Ta 97.3 80.4 69.1 41.8 15.4 6.9
Tb 96.0 84.8 67.2 42.9 19.9 7.5
粒度基本小于2.36mm； 0.075mm通过率均低于8%，表明其中的粉尘、泥等成 分被雨水冲洗含量较少。
2.4.1AC-25C配合比设计（1）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10 Upper limit Lower limit Hybrid mixture with BOF Basalt mixture
1.4 与钢渣相关的民生问题（4）
价格低廉：钢渣作为炼钢过程中的副产品，长久以来被当作废弃物堆放； 优异耐磨性能：钢渣中含有一定数量的金属元素，包括单质铁等；
沥青混凝土可以多级消纳钢 渣资源。钢渣粗集料、细集 料、碎屑以及尾渣粉均可以 在沥青混凝土中得到应用。
钢渣及其沥青混合料研究 钢渣沥青混合料 设计参数
Mass change 0.0 1.13% 803.6 C
o
-0.2
在487.7度处有一脱水放热谷，
是物质内发生结构转化，即 无定形硅酸钙结晶产生的放 热峰。
800
1000
Temperature ( C)
在 803.6 度处有一吸热峰，说
明钢渣的晶型发生转变，则 是β-C2S转化为α-C2S。
70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10
（19-9.5mm）钢渣
（16-2.36mm）钢渣 （4.75-2.36mm）石灰石 （4.75-0mm）石灰石 矿粉
10
43 22 22 3
Sieve Sizes (mm)
AC-13C级配混合料配合比
毛体积密度(g.cm-3)
2.62 2.6 2.58 2.56 2.54 2.52 4.2 4.7 5.2 油石比(%) 5.7 6.2

500 400
1
1:FeO 2:-(CaO)2.SiO2 3:(CaO)3.SiO2 4:CaO4 5:MgO2
Intensity(CPS)
Intensity(CPS)
4:(CaO)3.SiO2

40

6:FeO

300 200 100 0 20 40
5 2 3 4

20


稳定度(kN)
2.68 2.66 2.64
2.4.2AC-13C配合比设计（2）
14.5 14 13.5 13 12.5 12 11.5 11 4.2 4.7 5.2 油石比(%) 5.7 6.2
OAC1=5.0
8 7 6 5 4 3 2 1 0 4.2
100 80
VFA(%)
OAC2=4.85
VMA(%)
钢渣梯度应用
钢渣沥青混合料性能
球磨尾渣活性填料
钢渣集料 多孔性 矿物组成 表面形貌 吸热规律 化学组成 有害元素浸出 出 维氏硬度 钢渣沥青混合料 有效沥青含量损 耗模型 钢渣沥青吸 附特征
主要路用性能
基于界面特性 水稳性能 钢渣沥青表面能 钢渣沥青粘结性能 冻融劈裂 DCSEf 疲劳寿命 动态模量主曲线 水损害机理
公路建设消耗大量天然集料，破坏生态环境
我国当前每年新增道路15万公里，其中高速公路约7000公里
公路建设每年消耗砂石料10亿吨，环境负荷大
优质天然集料面临供需矛盾
石灰岩等优质石料的储量按照目前的消耗速度，只够维持生产建设至多20 年 石灰石将是比煤炭更为宝贵的资源
沥青路面
植被破坏
地质环境破坏
13.24.75mm
表观相对密度 吸水率 %
表观相对密度 吸水率 % 压碎值 %
洛杉矶磨耗值 % 针片状含量 % 粘附性等级 磨光值 坚固性
水洗法0.075mm以下含量 % 浸水膨胀率
2.3球磨钢渣尾渣（1）
2.3钢渣球磨尾渣（2）
筛孔 (mm) 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 通过率 (%)
≤3
≥2.6 ≤3 ≥2.6 ≤3 ≤22 ＜26 ≤18 ≥4级 ≥42 ≤12 ≤3 ＜2 T0316-2005 T0317-2005 T0312-2005 T0616-2000 T0321-2005 T0314-2000 T0310-2005 T0348 T0304-2005
19.013.2mm
1.1钢渣的来源（1）
钢渣：在炼钢过程中，残留的助熔剂（如石灰粉等）与氧 化物烧结，然后与铁元素反应形成钢渣。
转炉渣 平炉渣 电炉渣
1.1钢渣的来源（2）
武钢热泼工艺
1.2钢渣的处理工艺（1）
1.2钢渣的处理工艺（2）
武钢渣山冷弃法
1.4与钢渣相关的民生问题（1）
黑龙江 吉林 辽宁 甘肃 青海 西藏 内蒙古 宁夏 陕西 四川 重庆 北京 山西 河北 天津 山东 江苏 安徽 上海 江西 浙江
VFA(%)
85 65 45 25 3.5 4 4.5 油石比(%) 5 5.5
a4=4.6
2.4.2AC-13C配合比设计（1）
100 90 80 Upper limit Lower limit Hybrid mixture with BOF Basalt mixture
组成材料
配合比（%）
Passing Percent (%)
0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
2()
2()
60
80
在2θ=33.86°处最强衍射峰代表铝硅酸钙内物质 (CaO.(Al2O3)2.(SiO2)2) 。第二及第三衍射峰分别表示γ-C2S和 β-C2S ； 2θ=42.62° 处代表FeO ，氧化铁一种形式； 囊状结构的钢渣中β-C2S 的含量极少或没有。
胶浆流变性能 Buttlar 尺寸增 大效应模型
永久变形行为 低温疲劳寿命
制备无机抗剥 落剂
确定钢渣比表面 积系数
沥青膜厚度
钢渣沥青路面实体工程 存在的问题及解决措施 钢渣沥青混 凝土生产 路面检测
钢渣生产
抗滑性能
压实度
渗水性能
报 告
内
容
研究背景及意义
原材料及沥青混合料设计
钢渣的物化性能
.钢渣沥青混凝土性能研究 钢渣球磨尾渣的研究与再利用 钢渣沥青路面实体工程
化学组分 （%）
转炉钢渣 CaO 42.7 MgO 5.19 Fe2O3 24.55 Al2O3 3.25 SiO2 19.24 其它 1.52 LoI 0.32 碱值 2.2
石灰岩
玄武岩
46.8
7.14
1.74
5.59
0.2
0.5
0.3
18.3
14.55
58.09
30.1
5.4
1.02
0.69
3.1
0.2
集料碱值：
武钢钢渣属于中碱度钢渣，说明钢渣与石灰岩性质类 似，同属碱性集料。
3.2 钢渣的物化性能（2）
微观表面形貌—SEM扫描电镜分析
放大倍数：500倍（左）；5000倍（右）
钢渣表面呈现多孔特征； 质地坚硬。
3.2钢渣的物化性能（3）
80 60


1:CaO.(Al2O3)2.(SiO2)2 2:-(CaO)2.SiO2 3:-(CaO)2.SiO2 5:CaSiO3
3.2钢渣的物化性能（6）
钢渣毒性—原子吸收光谱分析
Al
要求 未处理 沥青包裹 0.05 0.310 0.02
Ba
2.000 0.804 0.661
Ca
1913 823.3
K
0.040 0.01
Li
7.066 0.004
Mg
0.008 0.007
Cd
0.005 0.000 0.001
Sr
0.000 0.365
组成材料 （31.5-19mm）钢渣
配合比（%） 20
（19-9.5mm）钢渣
（13.2-4.75mm）石 灰石 （16-2.36mm）钢渣 （4.75-0mm）石灰石 矿粉
24
12 22 19 3
Passing Percent (%)
Sieve Sizes (mm)
AC-25C级配混合料配合比
2.8
道路石油沥青70号
石灰石矿粉、钢渣球磨尾渣 钢渣、石灰岩、玄武岩
技术要求 60~80 ≥46 ≥100 实测 ≥99 ≤±0.8 ≥61 ≥6 试验规程 T0604-2000 T0606-2000 T0605-1993 T0603-1993 T0607-1993 T0610-1993 T0604-2000 T0605-1993
3.2钢渣的物化性能（4）
EPMA电子探针显微镜:
B A Fe O Point A
Mg
Ca
Al C O Mn
Point B
Ca
Point C Ca
固熔体分布； 过烧的CaO含量较多； 物质组成呈“块状”分布。
O Fe
Al
3.2钢渣的物化性能（5）
钢渣热稳定性—DSC-TG 分析
110 100 Exothermic up 0.4