乳化沥青稳定炉渣混合料组成设计、性能与强度机理研究

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生活垃圾焚烧炉渣(简称炉渣)是指从生活垃圾焚烧厂燃烧室底部炉排中排出的物质,是含有烧结熔渣、玻璃、陶瓷、金属及未燃烧物的混合物。2012年起所在课题组就炉渣与炉渣集料的组成和性能、炉渣集料在水泥稳定碎石混合料、热拌沥青混合料中的应用技术展开了系统的研究。本文将借鉴某些在组成与性能上与炉渣集料存在一定共性的工业废渣在乳化沥青混合料中的应用经验,将炉渣集料替代部分天然集料应用于乳化沥青混合料,针对其中的关键技术开展研究。以期为乳化沥青稳定炉渣混合料(简称炉渣混合料)中的应用技术提供基础资料。
  首先,对乳化沥青混合料配合比设计中流体含量的确定方法进行修正。在进行乳化沥青混合料配合比设计时,建议采用马歇尔击实方法确定最佳含水率,确定原则为试件同时获得较大密度和劈裂强度;采用以折减系数γ为15%的修正的总流体含量法确定设计乳化沥青用量,确定原则为试件的劈裂强度较大,空隙率较小。
  然后,基于修正的流体含量确定方法,进行乳化沥青稳定炉渣混合料的配合比设计,分析炉渣集料粒径、掺量对炉渣混合料体积参数和强度的影响;结果表明,炉渣集料掺量越高、粒径越小,设计乳化沥青用量越大、拌合水量越高;炉渣集料掺量30%范围内,炉渣混合料的劈裂强度高于基准混合料;同炉渣集料掺量时,掺0~9.5mm炉渣集料的混合料强度高于掺单粒径炉渣集料的混合料强度;掺加适量水泥可略降低炉渣混合料空隙率,并显著提高其劈裂强度。
  随后,基于劈裂强度试验,评价炉渣混合料的强度特征及其影响因素,借鉴炉渣集料胶凝特性的研究成果,探究炉渣混合料的强度形成机理。结果表明,当炉渣集料掺量不超过20%时,炉渣混合料的常温劈裂强度、强度增长幅度与水稳定性高于基准混合料;水泥对炉渣混合料强度的提升效果优于基准混合料。炉渣集料中的熟料矿物、活性物质与乳化沥青中的水分反应,形成新的水化产物,这个过程还消耗了混合料中的自由水,进而促使炉渣混合料强度的提高。
  再后,系统地评价炉渣混合料性能,并与同级配类型的乳化沥青混合料、热拌炉渣沥青混合料性能进行综合比较,对该类材料在沥青路面面层、基层的适用性进行评估;结果表明:炉渣混合料的的高温稳定性与低温抗裂性略优,水稳定性无明显差异,且可以满足现行相关规范的技术要求。
  最后,根据水泥、炉渣集料对乳化沥青混合料设计乳化沥青用量、空隙率和强度指标的影响,推荐乳化沥青稳定炉渣混合料设计的关键指标,提出了炉渣集料的适宜粒径、适宜掺量范围。建议:进行配合比设计时,以试件空隙率、-10℃劈裂强度与冻融劈裂强度比作为主控指标;在中粒式乳化沥青混合料中,可采用粒径范围0~9.5mm的炉渣集料替代天然集料,替代率一般不超过20%,需要时掺加水泥。
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