Numerical Comparative Study on the Effective Replacement Thickness of Traditional Stone Coarse Aggregate or Steel-Slag Aggregate Mixtures in Improved Soft Fine Soils

This study uses Steel Slag Coarse Aggregate (SSCA) as a mixture replacement, preamble material to improve soft soils, which is economic, and has good effect environment. Recently, the development and utilization of by-product, waste and recycle materials must be studied and investigated as a source of improved material for soft soils as, an economic and good effect environmental. The study analyzes effects of both replaced mixtures, (SSCA) or (TSCA) on improved soil bearing capacity and expected settlement after verifying the model. Numerical modeling of the one of real store loaded strip using, PLAXIS, 2D, strain deformation behavior to achieve field visible and measured deformations of untreated soft soil. Numerical studies were devolved to investigate geomechanics parameters improved to compare between using (SSCA) or (TSCA) as, replacement mixture. Results demonstrate that using (SSCA) improved compressibility and strength of shallow soft soil layer significantly than using (TCSA) mixture, while (SSCA) improved strip footing ultimate bearing capacity, (UBC), by 84.4% compared with increase of 20.5% when using (TCSA) mixture at the same thickness. In addition, the study highlights the effective (SSCA) replacement thickness ranges between (0.65 ~ 0.80) footing width.

Methods for Improving Volume Stability of Steel Slag as Fine Aggregate

Suitable methods for enhancing the volume stability of steel slag utilized as fine aggregate were determined. The effects of steam treatment at 100 ℃ and autoclave treatment under 2.0 MPa on the soundness of steel slag sand were investigated by means of powder ratio, linear expansion, compressive and flexural strength. DTA, EDX, XRD and ethylene glycol methods were employed to analyze both the treated slags and susceptible expansion grains. Experimental results indicate that powder ratio, content of free lime and rate of linear expansion can express the improvement in volume stability of different treated methods. Steam treatment process cannot ultimately prevent specimens from cracking and decrease of strength, but mortar made from autoclave treated slag keeps integration subjected to hot water of 80℃ until 28 d and its strength do not show significant decrement. The hydration of over-burn free lime and periclase phase are the main cause for the disintegration or crack of untreated and steam treated steel slag＇s specimens. Autoclave treatment process is more effective than steam treatment process on enhancement of volume stability of steel slag.

水镁石纤维-钢渣细骨料混凝土力学性能研究

为进一步提高钢渣利用率,降低环境污染,针对钢渣细骨料劣化混凝土力学性能现状,引入水镁石纤维,研究不同钢渣细骨料、水镁石纤维掺量对混凝土抗压及抗弯拉强度影响,探讨钢渣细骨料劣化混凝土性能机制,分析水镁石纤维对钢渣细骨料混凝土增强机理。结果表明,随着钢渣细骨料取代率逐步增加,混凝土坍落度下降,抗压强度及抗弯拉强度均不同程度降低。复掺水镁石纤维对钢渣细骨料混凝土的早期强度增强效果明显,与不掺水镁石纤维的30%钢渣混凝土相比,掺入30%钢渣细骨料与0.2%水镁石纤维,混凝土7 d抗压强度及抗弯拉强度分别提高15.75%、10.50%。水镁石纤维可以在水化产物间产生桥接作用,延缓裂纹发展。

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。

再生粗细骨料混凝土受拉力学性能研究

我国城镇化迅速发展的过程中产生了大量建筑垃圾,其处理和有效利用是当前亟需解决的关键问题。为推广再生混凝土在建筑结构中有效利用,通过对国内外大量文献进行研究总结,对再生混凝土受拉强度性能开展了深入研究。首先,研究了不同再生粗骨料、再生细骨料取代率下再生混凝土抗拉强度变化规律;其次,研究了再生粗骨料、再生细骨料抗拉强度与抗压强度关系,建立了再生粗、细骨料混凝土抗拉强度预测模型,最后,研究总结了钢纤维掺量与长径比对再生粗骨料混凝土抗拉强度的影响。

钢渣粗集料骨架间隙率变化规律及应用

为指导钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料(stone mastic asphalt,SMA)级配设计,采用混料试验设计方法与粗集料振实试验,研究了不同组合方案的钢渣粗集料、玄武岩粗集料及玄武岩与钢渣混合粗集料骨架间隙率(voids in coarse aggregate,VCA)变化规律,建立了3类粗集料VCA与各档粗集料比例之间的回归模型。结果表明:钢渣粗集料VCA与各档粗集料比例之间呈多元非线性关系,玄武岩粗集料及钢渣与玄武岩混合粗集料的VCA亦为类似规律;相同级配下钢渣粗集料VCA的数值不同于玄武岩粗集料及钢渣与玄武岩混合粗集料。利用建立的回归模型可预测不同级配曲线的VCA大小次序进而预知矿料间隙率(voids in mineral aggregate,VMA)大小顺序,为SMA配合比优化设计中级配的确定提供依据。

粗、细钢渣集料对AC-13型沥青混合料性能的影响

将粗、细钢渣集料分别以体积法取代玄武岩制备了钢渣沥青混合料,并研究了其体积稳定性、高低温性能及水稳定性,并与全玄武岩沥青混合料进行了对比,结果表明:粗、细钢渣集料均会降低沥青混合料的体积稳定性,尤其是钢渣细集料;粗钢渣集料对沥青混合料的各项路用性能均存在不同程度的提升作用;细钢渣集料可改善混合料的低温性能,而对高温性能和水稳定性会产生不利影响,在取代水平为80%时,高温车辙深度可达2.235 mm,冻融劈裂TSR值低于80%,工程应用时其取代水平应小于40%。

不良钢渣骨料混凝土快速检测识别技术

钢渣作为炼钢废料,目前在建筑领域有较多的应用。但其作为粗骨料用于建筑主体结构方面,因钢渣安定性不良问题,已引起了较多工程质量事故,造成巨大经济损失。而施工单位因缺乏对钢渣粗骨料的快速检测识别方法及经验,往往无法在早期发现混凝土中的不良钢渣。通过对浙江省内建筑用骨料母岩特性分析,以及凝灰岩与钢渣的对比试验,分析总结出了一套针对不良钢渣骨料混凝土快速检测识别技术,可供各施工单位参考。

钢渣双掺混凝土力学与耐久性能试验研究

为了进一步提高钢渣混凝土中钢渣的利用率,本文使用粗钢渣和细钢渣等质量比例同时取代混凝土中的天然粗骨料和天然细骨料制备C30钢渣双掺混凝土,研究粗、细钢渣骨料取代率对钢渣双掺混凝土力学性能和耐久性能的影响规律。研究结果表明:钢渣双掺混凝土的力学性能普遍优于普通混凝土,且随着粗、细钢渣骨料取代率的增加,钢渣双掺混凝土的力学性能增强,其抗碳化性能先增强后减弱,抗氯离子渗透性能逐渐减弱。本文提出了钢渣双掺混凝土的立方体抗压强度与其他力学指标之间的换算公式。综合考虑钢渣双掺混凝土的力学性能和耐久性能,建议在实际工程应用中粗、细钢渣骨料的取代率不宜高于40%(质量分数)。

双掺钢渣混凝土的抗氯离子渗透性能及其寿命预测研究

为了进一步研究钢渣混凝土的抗氯离子渗透性能,用粗钢渣、细钢渣等比例同时取代混凝土中的天然粗骨料和天然细骨料制备C30双掺钢渣混凝土,通过混凝土电通量试验对双掺钢渣混凝土的抗氯离子渗透性能进行了研究,主要对比研究了不同粗、细取代率的双掺钢渣混凝土抗氯离子渗透性能,研究结果表明:随着粗、细钢渣取代率增加,双掺钢渣混凝土的抗氯离子渗透性能逐渐减弱;综合考虑粗、细钢渣取代率、混凝土保护层厚度等因素,建立了双掺钢渣混凝土的抗氯离子渗透寿命预测模型,并对应用于实际工程中的双掺钢渣混凝土抗氯离子渗透寿命进行了预测,在混凝土保护层厚度相同的情况下,随着粗、细钢渣取代率的增加,双掺钢渣混凝土的抗氯离子渗透寿命越来越短;在粗、细钢渣取代率100%时,其抗氯离子渗透寿命与普通混凝土相比降低40%,但当粗、细钢渣取代率在20%以内时,其抗氯离子渗透寿命与普通混凝土相比仅降低10%,说明低取代率的双掺钢渣混凝土有广泛的应用前景。

SMA-5钢渣沥青混合料的组成设计与性能评价

为更好地促进小粒径钢渣在薄层沥青混合料中的应用,采用V-S(volumetric mix)法设计SMA-5沥青混合料的集料掺配比例;等体积替换掺加1.18~2.36 mm、2.36~4.75 mm两种粒径钢渣于SMA-5沥青混合料中,分析其对沥青混合料试件的粗集料间隙率VCAmix、最佳沥青用量的影响;借助车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验与浸水马歇尔试验对钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性与水稳定性进行评价。结果表明:掺入钢渣降低了集料间的骨架结构效应,提高了混合料沥青用量;复掺钢渣降低了沥青混合料的高温稳定性,但随着钢渣掺量增加,各掺配方案下沥青混合料的低温性能均降低,水稳定性、高温稳定性均提升;推荐SMA-5钢渣沥青混合料中2.36~4.75 mm粒径钢渣掺量75%为最优配比。

基于熵权法和灰色理论的钢渣粗骨料混凝土耐久性评估及寿命预测

为探究钢渣粗骨料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对不同钢渣粗骨料替代率(0%、30%、60%、90%,质量分数)混凝土在不同浓度(5%、10%、15%,质量分数)硫酸钠(Na_(2)SO_(4))溶液中进行了侵蚀试验。基于熵权法建立了以混凝土质量、抗压强度和相对动弹性模量三个典型耐久性指标为参数的钢渣粗骨料混凝土耐久性综合评价指标D。通过D值反映钢渣粗骨料替代率和Na_(2)SO_(4)溶液浓度对混凝土耐久性的影响,并通过灰色理论的GM(1,1)模型对不同侵蚀条件下钢渣粗骨料混凝土的使用寿命进行预测。结果表明,整个侵蚀过程中,钢渣替代率低于60%的钢渣粗骨料混凝土的D值均高于普通混凝土,钢渣替代天然骨料配制混凝土可以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。GM(1,1)模型预测结果与试验结果基本一致,60%钢渣粗骨料替代率下混凝土的使用寿命均优于其他组。

细料变异对钢渣WRAC-13沥青混合料体积和力学性能的影响

通过改变细集料级配,分析细料中粗和细颗粒组成对钢渣-废胎胶粉复合改性沥青混合料(WRAC)体积和力学性能的影响。结果表明,细料中2.36 mm通过率波动对钢渣沥青混合料体积和力学性能影响小,而细料中细颗粒的缺失则影响显著。细料中小于0.6 mm细颗粒的缺失影响最大,造成空隙率和矿料间隙率增大,劈裂强度降低幅度明显,因此应从细料破碎加工、堆放与沥青混合料生产过程严格把控细料中细颗粒组成的稳定性。

钢渣代碎石混凝土配合性能及力学性能的试验

对转炉钢渣代碎石混凝土和普通碎石混凝土做了对比试验研究,讨论了不同代碎石率及不同水胶比条件下钢渣粗骨料混凝土的配合性能和力学性能。试验结果表明:在相同配合比条件下,要配出与普通混凝土流动性相同的钢渣代碎石混凝土,需增大水和减水剂的用量;且随着水胶比的增大,所需水和减水剂用量逐渐增多;混凝土拌合物含气量随钢渣代碎石率的增加而增大。与普通混凝土相比,钢渣代碎石混凝土抗压强度早期增长率基本相同,龄期90 d后钢渣代碎石率越高,抗压强度增长越快;且随着水胶比的降低,钢渣代碎石混凝土后期抗压强度增长率更高;钢渣代碎石混凝土龄期90 d的劈裂抗拉强度与普通混凝土相比较没有明显的差异。

钢渣集料的形貌及对混凝土力学性能的增强效应

为了研究钢渣集料对混凝土界面结构和力学性能的改善作用,本研究利用钢渣集料制备混凝土,分析钢渣集料体积分数对C20、C50和C80混凝土界面结构和力学性能的增强效应。结果表明:粗颗粒钢渣集料的孔隙率较大、孔径大,少量颗粒呈蜂窝状;细颗粒钢渣集料的孔隙率相对较小、孔径小,但仍可替代天然砂、石料配制混凝土。混凝土中钢渣集料的周围较密实,界面区域粗糙度大,甚至出现不同深度的凹凸面,能起到"锚固"的作用,尤其以孔径大或贯穿时较为显著、钢渣集料能提高高低水灰比下混凝土的抗压强度和抗冲磨强度,随着钢渣集料体积分数的提高,混凝土的抗压强度和抗耐磨强度与钢渣集料的体积分数呈线性增长关系。强度越低,其强度增强效应度越大,体积分数为30%时,钢渣砂、石对C20、C50、C80混凝土的增强效应度分别为29.7%和25.1%、23.0%和12.9%、15.0%和9.9%。掺钢渣砂的C20、C50、C80混凝土的增强效应度约为钢渣石的1.18倍、1.78倍、1.52倍;C80抗冲磨强度的增强效应度约为C50的88.6%、94.8%。

钢渣混凝土配制及在护岸工程中的应用

通过钢渣微粉活性分析、钢渣骨料的安定性分析以及配合比设计,可配制出综合性能良好的钢渣混凝土。钢渣混凝土中钢渣等固废占30%以上,其中钢渣粉代矿粉15%以上、转炉滚筒钢渣代砂40%以上、电炉钢渣代碎石20%以上。钢渣混凝土28 d力学、耐久性能和普通混凝土相当,抗折强度有明显提高。在上海某护岸工程中应用钢渣混凝土,预制桩中钢渣混凝土对比普通混凝土,28 d抗压强度提高8%,28 d抗折强度提高12%,试验段基桩均达到1类桩要求。在胸墙混凝土对比试验中,钢渣混凝土比普通混凝土28 d抗压强度提高4.3%、360 d抗压强度提高17.2%、28 d抗折强度提高3.7%、56 d氯离子渗透能力达低等水平,抗渗等级提高1个等级。试点工程证明,经科学配制的钢渣混凝土满足一般护岸工程设计和施工要求。

大掺量非金属矿渣混凝土的力学行为试验研究

以钢渣替代普通碎石作粗骨料、磨细钢渣粉替代水泥作胶凝材料,制备大掺量钢渣双掺混凝土,对其稳定性、工作性及力学性能进行试验研究,并采用扫描电镜、能谱仪对其微观结构、成分进行测试。试验表明:以钢渣骨料稳定性为替代掺量的选择依据,可通过掺入钢渣粉,实现大掺量钢渣对混凝土力学性能改善的目的。

钢渣粗骨料混凝土界面过渡区的研究

利用显微硬度仪、扫描电镜、能谱分析等微观测试手段,采取对比方法研究了普通碎石混凝土和钢渣粗骨料混凝土界面过渡区的结构和形态.结果表明:钢渣表面粗糙多孔,水泥浆体能够紧密包裹钢渣;钢渣-水泥石界面过渡区约为40μm,略小于普通碎石-水泥石界面过渡区(50μm),其界面过渡区结构较为致密,因而可形成较强的界面黏结力,配制的钢渣粗骨料混凝土整体强度较高.

细集料钢渣混凝土的力学性能及抗冲磨性能

利用粒径为0-5mm的钢渣细集料制备混凝土,探讨钢渣细集料掺量对混凝土（C20、C50和C80）力学和抗冲磨性能的影响。结果表明：细颗粒钢渣集料含有一定的孔隙率,当其替代天然砂配制混凝土,能使骨料和水泥石之间界面区域粗糙度增大,甚至出现不同深度的凹凸面,能起到＂锚固＂的作用,尤其以孔径大或贯穿时较为显著。混凝土的抗压强度和抗耐磨强度随着钢渣细集料掺量的增加呈线性增长关系。当钢渣掺量为30%时,细集料钢渣对C20、C50和C80混凝土的增强效应度分别为29.7%、25.1%和23.0%。C80抗冲磨强度的增强效应度约为C50的88.6%。

再生粗骨料和矿物掺合料对再生混凝土抗冻性影响的研究

试验研究了不同再生粗骨料取代率对再生混凝土抗冻性的影响,并且以再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土作为基准混凝土,分别研究单掺钢渣粉、硅灰以及复掺钢渣粉、硅灰对再生混凝土抗冻性的影响。试验分别从表观特征、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度来分析。试验结果表明:随着钢渣掺量的增多再生混凝土的抗冻性降低;硅灰明显的提高再生混凝土的抗冻性,掺量5%为宜;复掺钢渣和硅灰不同的比例对再生混凝土的抗冻性影响不同,得到复掺硅灰5%+钢渣15%再生混凝土的抗冻性优于基准混凝土。