Exploring the Mechanical Properties,Shrinkage and Compensation Mechanism of Cement Stabilized Macadam-Steel Slag from Multiple Perspectives

Steel slag is characterized by high strength,good wear resistance and micro-expansion.This study aims at exploring the potential of steel slag in cement stabilized aggregates,mainly including mechanical properties,shrinkage and compensation mechanisms.For this purpose,the compressive strength and compressive resilient modulus of cement stabilized aggregates with different steel slag contents(CSMS)were initially investigated.Subsequently,the effects of steel slag and cement on dry shrinkage,temperature shrinkage,and total shrinkage were analyzed through a series of shrinkage test designs.Additionally,in combination with X-ray diffraction(XRD)and Scanning electron microscope(SEM),the characteristic peaks and microscopic images of cement,steel slag and cement-steel slag at different hydration ages were analyzed to identify the chemical substances causing the expansion volume of steel slag and reveal the compensation mechanism of CSMS.The results show that the introduction of 20%steel slag improved the mechanical properties of CSMS by 16.7%,reduced dry shrinkage by 21%,increased temperature shrinkage by 5.8%and reduced its total shrinkage by 19.2%.Compared with the hydration reaction of cement alone,the composite hydration reaction of steel slag with cement does not produce new hydrates.Furthermore,it is noteworthy that the volume expansion of the f-CaO hydration reaction in steel slag can compensate for the volume shrinkage of cement-stabilized macadam.This research can provide a solid theoretical basis for the application and promotion of steel slag in cement-stabilized macadam and reduce the possibility of shrinkage cracking.

The Stabilizing Granular Soil with Slow-setting and Slight-expansive Cement

According to the characteristics of granular soil,the technological requirements of the special-purpose cement for stabilizing granular soil are put forward to meet the demands of implementation of highway base engineering.A kind of slow-setting and slight-expansive cement is developed by the cross experiment method in slag-clinker-gypsum-alkaline system,the final setting time of the cement can be prolonged to 8h,and it has properties of low dry shrinkage,high flexural strength and good crack resistance.The strength of granular soil stabilized by the cement is increased by 20% compared with that stabilized by Chinese 425-Grade slag cement.

钢渣细集料对水泥稳定砂岩基层路用性能影响研究

钢渣应用于路面基层时既能提高钢渣的综合利用,又有助于减少天然砂石材料的消耗。为了分析钢渣细集料对水泥稳定砂岩基层(CSSB)路用性能的影响,本文比较分析了不同钢渣细集料置换石灰岩细集料条件下CSSB的抗压强度、劈裂强度、收缩性能和水稳定性,并运用SEM结合能谱揭示了钢渣细集料对CSSB微观结构的影响。结果表明:钢渣细集料能够有效提高CSSB的后期强度,其中100%(质量分数)钢渣细集料置换率下CSSB的60 d强度相较于未掺钢渣试样提高了18.7%,但对CSSB的早期强度存在一定的负面影响;钢渣细集料能够改善CSSB的收缩性能,且掺量越高,改善性能越明显;尽管钢渣细集料能够提高CSSB的长期水稳定性,但会降低其短期的水稳定性。与未掺钢渣试样相比,28 d龄期时,100%钢渣细集料置换率下CSSB界面过渡区的m(Ca)/m(Si)质量比降低了62.95%,C-S-H凝胶明显增多,结构更密实。研究表明,通过控制合理的掺量,钢渣细集料可以作为传统砂石细集料的替代品,在路面基层中具有良好的应用前景。

水泥稳定钢渣碎石混合料性能研究

为确定钢渣替代部分石料应用于道路水稳基层的可行性,采用无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、体积膨胀性和干缩试验等室内试验对水泥稳定钢渣碎石混合料的力学性能、稳定性能和干缩性能进行综合评定。结果表明:水泥稳定钢渣碎石混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量与对照组(不加钢渣)相比均有不同程度的提高;加入钢渣后水泥稳定碎石混合料的干缩系数变小,可减缓水泥稳定钢渣碎石基层的收缩变形;水泥稳定碎石钢渣混合料的浸水膨胀率满足规范要求。该研究成果对提升废弃钢渣在道路工程中的循环利用具有重要价值。

钢渣水泥稳定级配碎石混合料性能评价与应用

为将钢渣水泥稳定级配碎石应用于半刚性基层,分析20%~80%钢渣掺量对水泥稳定碎石力学性能(无侧限抗压强度、弯拉强度、动态回弹模量)、变形特性(干缩变形、温缩变形)、疲劳性能的影响规律,并基于室内研究成果铺筑试验段。结果表明:采用钢渣替代粗集料可增强水泥稳定级配碎石混合料的无侧限抗压强度、弯拉强度、动态回弹模量与抗疲劳耐久性能;增大钢渣掺量导致水泥稳定级配碎石温缩、干缩变形增大,以控制最大干缩系数不超过70~85με,以温度在-25~60℃区间内的平均温缩系数不大于12~15με/℃为限制条件,建议最大钢渣掺量为40%~60%;钢渣掺量40%的水泥稳定碎石基层试验段各指标,均满足相关设计、施工规范要求。

含有安定性不良钢渣骨料的混凝土病害诊治研究

某掺入钢渣的现浇混凝土高层住宅项目混凝土表面出现密集鼓起脱落,通过对从现场鼓起部位获得的块状样品和粉末状样品进行电子显微分析、能量色散谱分析和X射线荧光分析,确定混凝土鼓起的原因为混凝土中掺入了安定性不良的钢渣,并获得了安定性不良钢渣的典型微观形貌和元素构成。通过对236个鼓起构件进行分析统计,确定该批混凝土的碳化深度、破坏深度、破坏面直径等指标,为后续研究提供数据支撑。最后,本文建议采用先剔除钢渣和拉毛面层,再挂钢丝网和喷射高强聚合物改性水泥砂浆的处理措施来提高构件耐久性。修复完成后由房屋使用方负责日常巡检,前5年要求每年定期全面巡检1次,5年后每3年定期全面巡检1次。若发现已修补构件出现鼓起现象,应及时请有资质的单位进行检测和处理。

钢渣石灰稳定土用于道路基层的性能研究

为了研究钢渣和石灰综合稳定土的路用性能,文章通过掺配不同比例的钢渣与石灰,对稳定后的土样进行了室内击实试验、无侧限抗压强度试验、渗水试验以及干缩试验。试验结果表明:当石灰掺量不变时,随着钢渣掺量的增加,钢渣石灰稳定土的最大干密度增大,最佳含水量减小;当钢渣掺量不变时,随着石灰掺量的增加,最大干密度减小,最佳含水量增大;当钢渣掺量为40%~60%,石灰掺量不超过8%时,随着石灰掺量的增加,无侧限抗压强度呈增长趋势,抗渗性能和干缩性能均明显改善,但当石灰掺量超过8%时,无侧限抗压强度出现下降趋势,抗渗性能和干缩性能改善均不明显,建议石灰掺量不宜超过8%;当石灰掺量一定时,随着钢渣掺量的增加,无侧限抗压强度增长趋势逐渐变慢,考虑到经济性和强度设计要求,建议合理选择钢渣的掺量。

钢渣在水泥稳定碎石基层中的应用研究

为应对我国公路建设中原材料匮乏和公路基层抗裂性问题,论文对钢渣的物理力学性质进行测试,检测5种钢渣掺量的水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量等性能指标,并对其在道路路基中取代碎石的可能性进行分析。研究结果表明:在水泥稳定碎石中加入钢渣可以代替部分碎石,其力学性质随钢渣量的增加而有规律地改变。

水泥稳定钢渣-砾石混合料的路用性能研究

新疆公路建设飞速发展加速资源消耗,冶金炼钢产生的钢渣排放量增多。文章通过集料的级配设计、混合料掺量确定、抗折、抗压强度及劈裂强度等多项试验,配制钢渣掺量分别为60%、40%和30%的三组骨架密实型混合料,在水泥剂量分别为4%和5%时,通过测定试件强度,认为40%~60%掺量的钢渣和4%~5%剂量的水泥为合理区间。此后,通过干缩试验进一步验证上述结论,确定混合料最优设计为:50%~60%的钢渣、40%~50%的砾石和4%~5%的水泥。此类型骨架密实型混合料铺筑的半刚性基层,其强度、抗裂性等路用性能良好,满足高等级公路半刚性基层建设要求。

水泥稳定钢渣碎石配合比设计及性能评价

为推进水泥稳定碎石中钢渣废弃物的资源化利用,文章通过室内试验,对水泥稳定钢渣碎石作为路面基层的性能与普通水泥稳定碎石的性能进行对比分析,对水稳钢渣碎石的7 d无侧限抗压强度、干缩性能、抗压回弹模量等指标进行相关研究,最终确定水泥稳定钢渣碎石配合比的设计结果,为水稳钢渣用于道路基层提供了技术依据。

高炉重矿渣水泥稳定基层混合料性能研究

利用包钢高炉重矿渣碎石粗集料和石灰岩细集料,设计制备了C-C-2级配水泥稳定基层混合料,进行了其强度及抗冻性能研究。结果表明,水泥(PO32.5)剂量为3%时,C-C-2重矿渣水泥稳定混合料的7 d无侧限抗压强度可以达到5.0 MPa以上。随着水泥剂量的增加,混合料的7 d无侧限抗压强度增大。水泥剂量为4%时,C-C-2重矿渣水泥稳定混合料的最大干密度最大,同时,对于提高重矿渣水泥稳定混合料的180 d抗压强度和抗冻性能效果显著。

钢渣-矿渣复合水泥基材料3D打印性能

为了提高固体废弃物的资源化利用,探究利用钢渣制备3D打印水泥基材料的可行性,研究了钢渣、矿渣的质量比对复合水泥基材料流变特性、可打印性和力学性能的影响规律。结果表明,随着钢渣质量的增加,浆体的流动度和静态屈服应力增大,塑性粘度减小,可挤出性增强,变形率降低,同时抗压强度显著降低。通过Zeta电位测试发现,随着钢渣掺量的增加,Zeta电位绝对值变小,胶体颗粒间引力增大,导致静态屈服应力增大。而随着矿渣掺量的增加,浆体固含量增多,固体颗粒间摩擦加剧,产生了更多絮凝结构和网状结构,提高了浆体的塑性粘度。

钢渣-杂填土基层材料的性能研究

将钢渣、矿渣微粉与废弃混凝土碎料混拌制备钢渣-杂填土基层,并对其性能开展研究。体积安定性试验表明,矿渣微粉具有明显抑胀作用,掺入50%(质量分数,下同)钢渣、50%杂填土以及外掺钢渣质量30%矿渣微粉的试件的10 d高温水浴膨胀率仅为1.32%,而未掺矿渣微粉的试件3~5 d膨胀率均超过2%限值。7 d无侧限抗压强度和28 d劈裂强度正交试验表明:7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度影响因素大小顺序为钢渣、水泥掺量、混凝土碎料占比、土壤固化剂;各组试件中7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度最大值分别为12.41 MPa、2.24 MPa;钢渣-杂填土基层最佳配比为50%钢渣、50%杂填土(m(混凝土碎料)∶m(素土)=6∶4),外掺钢渣质量40%的矿渣微粉、5%水泥、0.018%固化剂,此时试件具有良好的水稳定性。强度影响因素试验表明,矿渣微粉对试件强度的增幅影响最大。X射线衍射及扫描电子显微镜分析表明,在矿渣微粉和土壤固化剂的作用下,钢渣中f-CaO被有效消解,团聚体与混凝土碎料、钢渣颗粒的密实包裹阻止了内部水分的挥发和外部自由水的侵入,既保证了钢渣-杂填土基层的强度,又有效抑制了膨胀。

钢渣基膨胀剂对半柔性路面抗裂性能影响

针对半柔性路面(semi-flexible pavement,SFP)水泥基灌浆材料收缩开裂问题,采用钢渣粉、二水石膏和硫铝酸盐水泥(R.SAC)按1∶(0.8~1.3)∶(0.5~0.8)质量比混合得到一种钢渣基膨胀剂(steel slag-based expansion agent,SSBEA)。探究了钢渣基膨胀剂在SFP中的适用性,确定了钢渣粉最佳细度为0.8%,膨胀剂最佳掺量为15%~20%;在灌浆材料体系中分别掺入UEA膨胀剂和钢渣基膨胀剂,对灌浆材料工作性能进行了优化调控对比试验,并进行了SFP抗裂性能测试。结果表明,钢渣基膨胀剂在水泥基灌浆材料中的膨胀效果平稳持久,其水化后期的补偿收缩性能优于UEA膨胀剂,并且可以有效提升水泥基灌浆材料的施工适用性能;灌入掺钢渣基膨胀剂的灌浆材料的SFP低温抗裂性能更好,可以更好地起到抗裂作用。

改性钢渣水泥基材料早强性能研究与应用

“实现碳达峰、碳中和”作为国家的重大战略决策,各行业都要为节能减排事业做出贡献,钢渣作为一种可再利用材料备受青睐。本文设计试验采用控制变量法和正交试验法,以改性钢渣粉末(以下称MSP)和普通硅酸盐水泥为主要原料,添加粉煤灰、硅灰、膨胀剂和减水剂等材料制备试样,并测量其1d力学性能。通过对试验结果进行对比分析,了解MSP掺入对水泥基材料早期和晚期强度发展的影响规律。试验结果表明,掺加MSP可以加快水泥基材料凝结速度,显著提高水泥基材料的早期强度。通过正交试验结果筛选出的最优早强水泥基材料,MSP最佳掺量为11%,粉煤灰最佳掺量为4%,减水剂最佳掺量为0.3%,最佳水灰比为0.20,1d抗折强度和抗压强度最大可以达到6.47 MPa和36.64 MPa。用于某钢结构支护体系中,可以满足早强性能要求和实际工程需要。

水泥稳定钢渣混合料离散元模型参数反演及断裂损伤研究

基于三维扫描技术,利用Particle Flow Code 3D构造真实钢渣石形状的水泥稳定钢渣混合料离散元模型,探究试样宏细观参数间的敏感性并建立两者间的非线性回归方程。对不同钢渣石含量的试样进行无侧限单轴压缩模拟试验,结合接触计算、裂隙定位等程序系统,从强度、断裂损伤等方面分析试样在破坏过程中的宏细观力学特性及微裂隙演变规律。结果表明:有效模量和摩擦系数对峰值强度几乎无影响;弹性模量受孔隙度、有效模量、黏结强度、平行黏结摩擦角影响较大;泊松比主要受孔隙度控制。随着钢渣石含量增加,试样的弹性模量、峰值强度升高,泊松比降低,峰后应力曲线渐陡,表现出明显的脆性破坏特征。裂缝形成主要分为萌生、扩展、汇集、贯通4个阶段,提高钢渣石含量,试样断裂面厚度增大,微裂隙数量成倍增长。

水泥稳定钢渣碎石基层材料的路用性能研究

为保证公路半刚性基层性能的前提下最大限度地使用钢渣,尝试将级配不良的自然级配水泥稳定钢渣混合料用于低等级道路的基层,探究级配对水泥稳定钢渣混合料力学性能、收缩性能和耐久性的影响,分析自然级配水泥稳定钢渣混合料用于低等级公路半刚性基层的可行性和适用性。结果表明:4类级配的水泥稳定钢渣碎石混合料的力学性能均随着龄期和水泥掺量的增加而增长,中级配各项性能最优,自然级配的性能最差。级配显著影响混合料的力学性能、收缩性能和疲劳性能。尽管掺加自然级配的水泥稳定钢渣混合料因级配不良将降低其路用性能,但各项路用性能指标均能够满足规范中对低等级公路的技术要求,同时因能够最大限度地利用钢渣修筑道路基层,将具有较好的社会和经济效益,推荐掺自然级配钢渣的水泥稳定钢渣混合料应用于低等级公路基层。

钢渣基尾砂胶结充填体强度与流变特性研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、矿渣及生石灰作为材料开展钢渣基胶结材料的研究工作,并对钢渣基充填体的强度及流变特性进行了详细分析。研究结果表明:矿渣含量对充填体7 d强度的影响程度高于钢渣含量,而钢渣含量对充填体28 d抗压强度的影响程度大于矿渣含量;钢渣基胶结充填体的抗压强度随着钢渣含量增大总体上表现出先增大后减小的趋势,钢渣含量为30%时,充填体的抗压强度基本达到最大值;在相同的胶结材料含量及料浆浓度下,钢渣基胶结充填体的7 d及28 d抗压强度均明显高于水泥基胶结充填体,充分体现出钢渣基胶结充填体具有更好的力学性能;随着料浆浓度增大,不同灰砂比下钢渣基充填料浆的流变参数均表现出明显增大趋势,但胶结材料的含量变化不会对钢渣基充填材料的屈服应力产生显著影响。结合流变试验可知,钢渣基充填体的料浆浓度可设计为62%~64%,在该浓度范围内的屈服应力未超过200 Pa,料浆体现出了良好的输送性能。

水泥稳定钢渣碎石基层材料配合比设计及力学强度评价

为有效利用钢渣力学性质,通过室内无侧限抗压试验、CBR试验和浸水膨胀试验优选钢渣碎石级配,并设计水泥稳定钢渣碎石材料水泥剂量,研究钢渣掺量和养生龄期对水泥稳定钢渣碎石力学强度影响规律。研究表明,C级配的钢渣碎石材料击实特性、CBR和浸水膨胀率最优,水泥掺量4%的级配钢渣碎石7d抗压强度满足公路工程基层抗压强度设计要求,且水泥掺量超过4.0%时,抗压强度增长速率降低显著;养生初期,水泥稳定钢渣碎石力学强度随钢渣掺量增加呈线性提高;养生龄期超过7d时,钢渣掺量80%的水泥稳定钢渣碎石力学强度最大;不同钢渣掺量的水泥稳定钢渣碎石力学强度在养生前期增长迅速,养生龄期超过28d时,抗压强度增速减缓。

水泥稳定钢渣碎石基层的性能及应用研究

为了提高废弃钢渣利用率,在水泥稳定碎石中用钢渣部分替代天然碎石集料,研究了水泥稳定钢渣碎石混合料的力学性能及抗裂性能,并在具体工程实例中对实际应用效果进行了检验。室内试验表明:在水泥稳定碎石基层中掺入钢渣后,基层的力学性能、抗裂性能均得到了较好的提升。其中无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、回弹模量均随钢渣替代量的增加呈先增后减的趋势,三者均在钢渣替代量为60%时达到最大值;结合力学性能试验结果,建议水泥稳定钢渣碎石混合料中钢渣的替代量取60%,水泥的掺量取5%;工程应用表明:水泥稳定钢渣碎石混合料作为路面基层进行铺筑后,实际应用效果及性能优异。