2021年, 第34卷, 第10期　刊出日期：2021-10-20

  

• 全选
  |

目录
• Select
  目录

  中国公路学报. 2021, 34(10): 0-0.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
• Select
  封一/四

  中国公路学报. 2021, 34(10): 0-0.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
• Select
  道路固废资源化专刊导语

  中国公路学报. 2021, 34(10): 0-0.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  道路工程建养是高资源占用、高能源消耗、高碳排放行业，是国家未来节能减排的重点领域之一。当前，我国道路工程建养每年需消耗砂石等材料数十亿吨；其中，沥青路面混合料用量就达到5亿吨，由此带来的能耗和排放问题日益突出；同时，我国年产道路固废料达百亿吨，其综合循环再生利用率仅约30%，既造成巨大的经济损失和资源消耗，又导致了严重的环境污染。深入开展道路工程固废资源化利用技术创新研究，是道路工程行业的重大技术需求。
  此外，我国尾矿和钢渣等大宗工业固废年排放量达数亿吨，且现有堆存量巨大，存在严重的环境污染隐患。工业固体废弃物的综合利用可以极大地节约原生工业材料的消耗，有效减少土地占用与环境污染，促进节能减排的推动与循环经济的发展。利用工业固废制备道路建筑材料，具有消纳量大和材料化率高等产业和技术优势，然而存在材料性能波动大和环境潜在危害等问题。因此，工业固废在道路工程中的综合利用技术亟待提升。
  深入道路固废资源化技术，是“十三五”国家科技创新规划关于“着力解决基础材料产品环境负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题”的具体体现，是“十四五”国家科技创新规划关于“提出全面提高资源利用效率，推行垃圾分类和减量化、资源化，加快构建废旧物资循环利用体系；支持绿色技术创新，发展环保产业，推进重点行业和重要领域绿色化改造”的创新发展方向，是实现低环境负荷和低资源消耗道路工程建养的重要手段。为此，我国围绕道路材料性能劣化机制、再生修复机理与再生利用性能调控、废弃材料改性沥青技术、建筑垃圾综合利用技术以及工业固废资源化利用关键技术等，开展了大量深入研究，并取得了一批重要创新性成果，这对于推进我国道路工程材料再生率和减少公路建养资源消耗具有重要意义。
  为了及时总结道路固废资源化研究领域的最新成果，引领道路固废资源化技术的发展方向，推动道路工程低资源消耗的技术创新，《中国公路学报》编辑部邀请东南大学马涛教授（本刊青年编委）牵头组约国内相关研究领域知名专家学者出版“道路固废资源化”专刊。本专刊组稿专家还包括：武汉理工大学肖月教授（本刊青年编委）、长安大学张久鹏教授（本刊青年编委）、哈尔滨工业大学易军艳副教授、北京工业大学郭猛教授（本刊青年编委）、长沙理工大学张军辉教授（本刊路基方向副主编）。
  本期专刊共组约稿件100余篇，经编辑部组织专家审稿，最终录用19篇。
  专刊主要包括以下5个方面内容：
  （1）废弃材料再利用改性沥青技术。内容包括：废胶粉改性沥青技术、废旧电池粉末改性沥青技术、聚氨酯前驱体基化学改性沥青技术、硫沥青技术以及复合材料改性沥青技术等。
  （2）废旧沥青路面再生利用技术。内容包括：温拌再生沥青混合料界面融合特性、冷再生沥青混合料性能仿真分析、乳化沥青冷再生胶浆量化评价、废油再生沥青性能研究等。
  （3）建筑垃圾资源化利用技术。内容包括：建筑垃圾再生料在路基工程中的应用发展、再生骨料对混凝土性能的影响等。
  （4）钢渣资源化利用技术。内容包括：钢渣集料膨胀抑制与体积稳定性、钢渣微粉在水泥稳定碎石中的微观作用机理与路用性能、全替代的钢-铁渣梯级利用等。
  （5）其他固体废弃物的资源化利用技术。内容包括：基于固废物的固化土机理与路用性能、固化剂稳定磷石膏路基填料的工程特性、碱激发煤制气残渣地质聚合物的制备技术等。
  本期专刊稿件侧重于道路固废资源化机理分析与材料性能提升的基础研究，构建道路固废资源化的高品质技术体系，推动道路工程的低资源消耗，是我国建设交通强国的重要支撑。《中国公路学报》将继续关注相关领域的最新研究成果，以期为广大专家、学者及工程技术人员提供一个学习、交流的平台，促进我国公路交通行业安全、绿色与可持续发展。
废弃材料再利用改性沥青技术
• Select
  胶粉应用于沥青改性技术的发展综述

  马涛, 陈葱琳, 张阳, 张伟光

  中国公路学报. 2021, 34(10): 1-16. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  橡胶沥青作为一种环保型路面材料，在过去几十年里已经得到了广泛的应用。为进一步推动、推广橡胶沥青及橡胶沥青混合料的应用，掌握其发展现状并梳理发展需求，系统汇总了胶粉应用于沥青改性技术中的指标要求、制备工艺、性能评价与工程难题。首先，回顾了国内外胶粉应用于沥青改性技术的发展历程，并对国内外相关技术规范中胶粉的相关物理技术指标要求进行了总结分析。其次，以1.0 mm为粒径界限，对比分析了胶粉在沥青和沥青混合料中的干法工艺和湿法工艺，揭示了胶粉在沥青中的改性机理，包括沥青胶体结构变化、胶粉颗粒体积溶胀、胶粉颗粒脱硫和降解。进而，围绕胶粉粒径、胶粉掺量等胶粉材料组成特点，总结归纳了其对沥青及沥青混合料路用性能的影响。最后，阐述了主要由胶粉和橡胶沥青自身物理性质所导致的工程应用中的常见难点问题及对应解决措施，包括高质量胶粉供应渠道与加工处理问题、橡胶沥青高温贮存稳定性差问题、橡胶沥青及其混合料高温拌合与施工及其能耗和排放问题等。
• Select
  SBS/胶粉复合改性沥青研究进展与性能评价

  宋亮, 王朝辉, 舒诚, 刘鲁清

  中国公路学报. 2021, 34(10): 17-33. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为进一步推动SBS/胶粉复合改性沥青技术的发展，梳理总结了国内外SBS/胶粉复合改性沥青的原材料选用情况与制备工艺，明确了其较优掺配方案、制备方法，探讨了SBS/胶粉复合改性机理，全面调查了国内外SBS/胶粉复合改性沥青流变性能与基本性能，对比评价了SBS/胶粉复合改性沥青与基质沥青、SBS沥青、橡胶沥青的性能差异，并基于数理统计结果与沥青相关规范，划分了SBS/胶粉复合改性沥青性能等级。结果表明：SBS/胶粉复合改性沥青制备工艺以高速剪切或胶体磨法为主，常用掺配方案及工艺为SBS 2%~3.5%、胶粉10%~20%、沥青加热温度170℃~180℃、剪切速度4 000~5 000 r·min^-1；SBS/胶粉对沥青的复合改性过程以物理作用为主，辅以部分化学反应，且沥青组分、胶粉处理工艺将会显著影响改性材料分散状态；SBS与胶粉复合可使两者优势互补，其复合改性沥青的路用性能大幅提高；与基质沥青、橡胶沥青、SBS沥青相比，SBS/胶粉复合改性沥青的高低温性能优势显著，流变分级基本满足PG 76和PG-22；综合统计箱形图数据节点与相关沥青规范，将复合改性沥青性能划分为优秀、良好、中等、较差4个等级，并推荐了适用于寒区、温区、热区的SBS/胶粉复合改性沥青性能要求。鉴于当前SBS/胶粉复合改性沥青技术研究已有长足进展，建立室内改性工艺与工厂末端生产关系、探究耦合工况下性能演变规律、优化储存稳定技术与施工配套工艺将是其推广亟待攻关的方向。
• Select
  废旧电池粉末改性沥青的微观特性及其性能

  孟勇军, 范柳鹏, 陈菁, 廖永杰, 韩海红

  中国公路学报. 2021, 34(10): 34-44. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究废旧电池粉末改性沥青的可行性，分别将不同掺量的废旧电池粉末加入70^#沥青中，以制备废旧电池粉末改性沥青，并对比基质沥青与SBS改性沥青进行性能评价。借助X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等研究废旧电池粉末改性沥青的化学组成与微观结构，分析废旧电池粉末改性机理；采用三大指标、布氏黏度试验对废旧电池粉末改性沥青的常规性能指标进行测试；通过动态剪切流变仪（DSR）、多重应力蠕变（MSCR）试验评价废旧电池粉末改性沥青的流变特性；利用车辙试验（70℃）与短期老化前后的浸水马歇尔试验分析废旧电池粉末改性沥青混合料的高温稳定性及老化前后的水稳定性。研究结果表明：废旧电池粉末以C为主要成分，并含有极少量金属氧化物，其颗粒表面有较多的褶皱与凹槽；废旧电池粉末改性沥青表面存在"蜂巢"结构，且随着掺量增加，其粗糙度呈上升趋势，沥青针入度逐渐降低，软化点提升，延度略微降低，黏度逐渐增加；相同温度下，随着掺量增加，废旧电池粉末改性沥青的动态剪切模量G^*明显提高且始终高于70^#沥青，但略低于SBS改性沥青；废旧电池粉末改性沥青混合料动稳定度与残留稳定度逐渐增大；废旧电池粉末改性沥青的方式属于物理共混，该成分可使沥青的高温性能得到改善，改善程度未及SBS改性沥青，但相差幅度不大；废旧电池粉末改性沥青表面粗糙程度较大，意味着其拥有较大的比表面积，能增强沥青与集料间的黏附能力，从而提高了沥青混合料的高温稳定性与水稳定性。
• Select
  聚氨酯前驱体基化学改性沥青及其改性机理

  李添帅, 陆国阳, 梁栋, 张洋, 徐加秋, 罗桑, 王大为, 洪斌, OESER Markus

  中国公路学报. 2021, 34(10): 45-59. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  环保耐久材料的研究与应用对实现道路工程可持续发展具有重大的意义，采用以异氰酸酯为活性官能团的聚氨酯前驱体基反应型改性剂（PRM）制备改性沥青在环境保护和性能提升方面展现出了显著价值。采用"微观-介观-宏观"的跨尺度表征方法，对PRM改性机制进行了详细分析。通过与SBS改性沥青进行对照，评价了PRM改性沥青的流变学性能和抗热氧老化性能，明确了PRM改性沥青混合料的路用性能。研究结果表明：PRM改性过程存在明显化学变化，依托于改性过程中生成的氨基甲酸酯和脲等官能团，能够在沥青内部建立基于沥青质组分的共价交联网络结构。这一过程不仅促使沥青组分发生选择性聚集和沥青质重新构型，同时增大了沥青的表面自由能，从而获得更加稳定的内部结构。PRM改性沥青较基质沥青温度敏感性有所降低，展现出了良好的抵抗高温永久变形、抵抗疲劳破坏、抵抗低温开裂和抵抗热氧老化的能力。与SBS改性沥青相比，PRM在提升沥青高温性能、抗疲劳性能和抗热氧老化性能方面具有明显优势，并有望将改性沥青生产温度降低至140℃~150℃。结合沥青混合料路用性能测试结果，2.5%改性剂掺量PRM改性沥青混合料展现了与4%改性剂掺量SBS改性沥青混合料相当的低温性能、更好的高温性能和水稳定性能，PRM在提升沥青混合料路用性能方面具有显著优势。
• Select
  养生作用对硫沥青性能影响分析

  解赛楠, 易军艳, 冯德成, 周涛, FINI Elham H

  中国公路学报. 2021, 34(10): 60-71. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  硫磺部分替代传统石油沥青用于道路工程建设可减少石油沥青用量，降低施工能源消耗，促进工业废渣中硫磺的回收利用，具有较高的经济和环保价值。为探究硫磺掺量（质量分数）及养生作用对硫沥青（SEA）性能的影响，采用差示扫描量热仪（DSC）验证硫沥青中硫磺的重结晶现象，对养生前后硫沥青的基本物理性能和黏度进行分析，并采用动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对养生前后硫沥青的流变特性和疲劳性能进行评价，最后借助荧光显微镜（FM）观察养生前、后硫磺在沥青中的微观分布特性。研究结果表明：养生后高硫磺掺量的硫沥青DSC曲线出现吸热峰，硫沥青（特别是高硫磺掺量下）的劲度有所增加，因此对硫沥青进行养生使其性能稳定后再进行相关性能评价更具现实意义；硫磺掺量较低（≤ 10%）时，硫磺主要以溶解硫的形式存在于沥青中起到软化沥青的作用，因此沥青的低温变形能力有所改善，但其高温抗变形能力有所降低；当硫磺掺量较高（≥ 35%）时，硫磺主要以重结晶的形式悬浮在沥青中使沥青变硬，在增加沥青高温抗变形能力的同时也牺牲了其低温抗裂能力；硫磺掺量较低时，硫沥青黏度随着硫磺掺量的增加而降低；硫磺掺量较高时，硫沥青90℃和105℃黏度随着硫磺掺量的增加而增加，但硫沥青120℃和135℃黏度相差不大，同时硫磺加入最高可降低沥青的施工温度达20℃；线性振幅扫描（LAS）试验结果表明，养生后的硫沥青疲劳寿命比基质沥青长，其中35%硫沥青疲劳性能最佳；硫磺掺量进一步增加，硫沥青疲劳寿命缩短至与基质沥青相近；FM分析表明，硫磺掺量不高于5%时，硫磺全部溶解于沥青中，且养生后硫磺未重结晶，相应硫沥青无荧光性；硫磺掺量高于5%时，硫磺在沥青中分布均匀，养生后10%硫沥青中硫晶斑尺寸和面积显著增大，高硫磺掺量硫沥青中硫晶斑面积仅略有增加。
废旧沥青路面再生利用技术
• Select
  厂拌热再生沥青混合料组成设计方法综述

  徐金枝, 郝培文, 郭晓刚, 李洪祥, 张滨焌, 乐宸

  中国公路学报. 2021, 34(10): 72-88. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为改善热再生沥青路面性能，并有效提高沥青路面回收材料（RAP）的循环利用率，对厂拌热再生混合料组成设计中关键技术问题的研究进展进行综述。总结了RAP材料性能评价方法、变异性特点及变异性降低措施；针对不同粒径的RAP颗粒特性及特有的结团现象，分析了RAP颗粒分布对合成级配设计及其性能的影响；介绍了不同的新沥青等级确定方法及相关改进措施；评述了RAP集料毛体积相对密度的不同测定方法及其对热再生混合料体积指标设计结果的影响；总结了RAP对热再生混合料不同路用性能的影响规律，在其基础上，提出了构建基于性能的热再生混合料组成设计方法。在分析现有设计方法中不同环节存在的技术不足的同时，提出了相应的改进方案及未来的研究方向。
• Select
  微观尺度下温拌再生混合料新-旧沥青界面融合特性

  郭鹏, 鲁承慧, 谢凤章, 王大为, 龚红仁, 刘芳

  中国公路学报. 2021, 34(10): 89-97. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  新-旧沥青的有效融合，对再生混合料的使用性能起着决定性作用。深入分析新-旧沥青的扩散过程、量化两者的混合程度，对再生混合料的设计及其性能调节具有极大的实际意义。为了比较真实地模拟新-旧沥青的扩散行为，探讨新-旧沥青界面融合特性，不同混合条件下新-旧沥青融合程度的定量分析、相容渗透剂对新-旧沥青迁移深度的影响。从微观尺度出发，首先模拟温拌再生混合料新-旧沥青融合的三阶段：物理裹附、机械拌合、相互扩散；在分层抽提的基础上，通过凝胶渗透色谱（GPC），获取沥青分子量大小和分布情况，对新-旧沥青融合程度进行量化分析；然后选取合适的分子示踪剂及试验参数，采用傅里叶转换红外光谱（FTIR）研究新-旧沥青的迁移深度，探讨相容渗透剂对新-旧沥青的迁移深度影响。结果表明：大分子比例（LMS）定义的混合效率，可有效定量表征新-旧沥青的融合；无扩散阶段的温拌再生混合料中新-旧沥青的混合效率为29.8%，扩散阶段保温2 h后混合效率达到56.3%，两者的混合效率相差26.5%；对新-旧沥青融合的扩散阶段进行保温，改善了新-旧沥青的融合效果；端氨基丁腈橡胶（ATBN）具有沥青不具有的基团，可以作为适宜的分子示踪剂；添加渗透性良好的相容渗透剂可增加旧沥青的渗透深度，当分层抽提层数为3层时，未加相容渗透剂，新-旧沥青迁移深度为2层，添加相容渗透剂后，迁移深度增加为3层。
• Select
  废油再生沥青二次老化后的性能与组分变化

  罗浩原, 黄晓明

  中国公路学报. 2021, 34(10): 98-110. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目前对于回收废油再生沥青的研究热点集中于其是否能使老化沥青的各项性能恢复至原有水平，而对再生沥青二次老化后的性能损失关注较少。基于此，研究采用具有代表性的废食用油（RCOB）、废生物油（RBOB）、废机油（REOB）再生剂对具有13年服役历史的70^#沥青进行再生，并对再生沥青进行RTFOT，PAV20h，PAV40h三阶段的老化模拟，跟踪每阶段老化后再生沥青的基本指标、高温稳定性和低温抗裂性的变化，对各阶段老化后的再生沥青组分变化进行分析，探索其性能改变与组分变化间的深层原因。研究结果表明：3种再生剂都能以提升轻质组分的方式将回收沥青的基本性能恢复至原始水平附近；RCOB以提供饱和分为主，但其会在RTFOT后迅速流失，致使各项性能在该阶段迅速下降，继续老化后，组分状态趋于稳定，性能下降也逐渐缓和；REOB再生沥青由于原料中存在机械金属残渣构成的灰分，其对沥青的氧化和缩聚存在催化作用，导致REOB再生沥青在长期老化后性能迅速下降且没有逐渐稳定的趋势；RBOB再生沥青由于具备相对稳定的胶体结构，且不存在对老化起催化作用的灰分，在3阶段老化中其组分损失过程是最稳定有序的，因此，其性能也表现为阶段性的合理损失；研究基于组分变化提出了新指标"测试沥青与原始沥青各组分间的平均偏差σ"来衡量沥青的老化程度，该指标与针入度，延度，软化点，低温临界开裂温度，135℃高温黏度这5个指标具有显著相关性。研究表明对于再生沥青的评价，不能仅注重再生后与原始沥青的性能差距，应更多地集中到再生沥青二次老化后的性能损失上，以筛选出真正性能优良，抗老化能力显著的再生剂产品。
• Select
  乳化沥青胶浆对RAP裹覆程度的量化评价

  王振军, 张含笑, 梁晴陨, 阎凤凤

  中国公路学报. 2021, 34(10): 111-124. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对乳化沥青与再生集料RAP黏附性不足而导致沥青与集料界面黏附性能薄弱，引发沥青路面耐久性差、服役年限短等问题，以不同掺量水泥作为外掺剂，制备乳化沥青胶浆，利用布氏黏度计测试其黏度，动态剪切流变仪（DSR）测试胶浆复数模量G^*和相位角δ，Zeta电位仪测定胶浆电位变化特性，确定了水泥和乳化沥青合理掺量；通过改进水煮法、光电比色法以及FTIR-ATR，GPC等微观分析手段研究了乳化沥青胶浆对RAP的裹覆特性，构筑了乳化沥青胶浆对RAP的"接触-裹覆-破乳-胶结"四阶段裹覆模型，并提出裹覆评价指标RCD，从而量化分析了乳化沥青胶浆对RAP的裹覆程度。研究结果表明：固定乳化沥青含量，随着水泥掺量增加，乳化沥青胶浆黏度增大直至凝固；最佳水泥与沥青质量比（30：48）能够提高乳化沥青胶浆黏度，增加复数模量G^*并延缓相位角δ增长速度，提高胶浆抵御高温变形能力；水泥加入不利于保持乳化沥青胶浆体系稳定性；改进水煮法和光电比色法都能有效评价乳化沥青胶浆对RAP的裹覆性能，其中，纯乳化沥青对RAP裹覆程度最低，合适的水泥掺量利于增强乳化沥青胶浆对RAP裹覆程度，当水泥与沥青质量比为30：48时达最佳；GPC测试结果和改进水煮法及光电比色法的结果具有一致性，且RCD能够从微观角度定量地评价乳化沥青胶浆对RAP裹覆程度。
• Select
  基于精细化DEM建模的冷再生混合料断裂性能分析

  栾英成, 陈田, 马涛, 马源, 王宁

  中国公路学报. 2021, 34(10): 125-134. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  冷再生沥青混合料包含水泥、乳化沥青、旧料等成分，具有材料组成复杂、界面结构多变的特点，其对冷再生混合料的抗裂性能具有显着影响。以冷再生沥青混合料的断裂性能为研究对象，提出一种精细化的数值建模方法，该方法包括细观结构特征精细重构和力学参数精确获取。采用彩色乳化沥青区分材料内部真实组成结构，并经过图像处理和MATLAB程序处理导入离散元（DEM）数值仿真软件中，进行冷再生混合料结构精细化重构；结合SEM原位力学测试方法获取考虑试件尺寸和加载速率影响的沥青砂浆精确力学参数，建立精细化的离散元数值仿真模型；基于精细化建模开展冷再生沥青混合料断裂性能和关键失效机理分析，并通过室内试验进行验证。数值仿真和室内试验结果表明：基于细观结构精细化重构和材料参数精确获取的离散元建模方法可以有效模拟分析冷再生沥青混合料的断裂性能；冷再生混合料的整体断裂特性属于脆性断裂，抗拉强度低的冷再生沥青砂浆是混合料内部的薄弱区域，混合料内部主要断裂界面为冷再生沥青砂浆-骨料界面。提高沥青砂浆黏聚强度和材料内部界面强度可以显著改善冷再生沥青混合料的抗裂性能。
建筑垃圾资源化利用技术
• Select
  建筑垃圾再生料在路基工程中的应用综述

  张军辉, 丁乐, 张安顺

  中国公路学报. 2021, 34(10): 135-154. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  将建筑垃圾再生料用于道路工程建设，是发展绿色低碳交通的具体举措。然而由于再生料成分复杂，在荷载和温度湿度等外界环境的作用下，易发生颗粒破碎，导致再生料的性能不稳定。因此，再生料路基与传统路基也存在明显差异。从建筑垃圾再生料用于路基修筑时的物理力学性能，再生料路基典型工程应用，再生料路基的环保性和经济性等三方面对现有研究成果进行了回顾和梳理。发现目前关于再生料路基的服役性能预估及调控的研究还比较匮乏，少有路基体中污染物对周边环境的影响分析，建议开展此类研究，以便于推进建筑垃圾在路基工程中更为广泛和安全可靠的应用。
• Select
  再生骨料残余砂浆覆盖率测试及其对混凝土渗透性的影响

  关博文, 吴佳育, 陈华鑫, 况栋梁, 赵华, 王发平

  中国公路学报. 2021, 34(10): 155-165. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了实现盐侵蚀环境下再生骨料的评价与优选，提升再生混凝土渗透性研究水平，提出基于图像分析原理的再生骨料残余砂浆测试方法，该方法通过图像识别技术手段定位并识别再生骨料表面的残余砂浆，定量分析残余砂浆在再生骨料表面的二维覆盖率，结合二维图像三维重构方法获取再生骨料表面残余砂浆的真实覆盖率。采用不同残余砂浆覆盖率的再生骨料制备再生混凝土，通过电通量法研究残余砂浆覆盖率对再生混凝土抗渗性的影响。试验结果表明：采用图像分析方法测试的3种粒径再生骨料残余砂浆覆盖率符合正态分布，证明图像分析覆盖率数据可靠；当再生骨料粒径为5~10，10~20 mm和20~30 mm时，残余砂浆覆盖率的最小样本数量为46，31和50，变异系数比的波动范围为1±5%。多实验室重复试验结果表明，该方法具有较好的重复性和再现性。再生混凝土电通量试验结果表明，再生骨料残余砂浆覆盖率越大，其制备的再生混凝土电通量值越高；再生骨料附着的残余砂浆增加了再生混凝土新砂浆-残余砂浆界面过渡区的数量；残余砂浆覆盖率越高，新砂浆-旧砂浆界面过渡区在再生混凝土中所占比例越大，氯离子更易传输到再生混凝土内部；与残余砂浆附着率相比，残余砂浆覆盖率与再生混凝土抗氯离子渗透性具有更高的关联度。
钢渣资源化利用技术
• Select
  钢渣集料膨胀抑制方法及混合料体积稳定性研究现状

  吴少鹏, 崔培德, 谢君, 刘全涛, 庞凌

  中国公路学报. 2021, 34(10): 166-179. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  将大宗固体废弃物钢渣进行大规模的再利用具有良好的经济、环境和社会效益。钢渣的体积膨胀风险是限制其大量用作建筑材料的主要原因。因此，对钢渣的体积稳定性进行有效调控是钢渣资源化的关键。针对钢渣集料体积安定性不良的问题，分别从钢渣集料和钢渣沥青混合料的体积稳定性特征方面概述钢渣沥青混凝土体积稳定性调控方法研究进展。研究结果表明：工艺法和熔融调质法都能显著减少熔融钢渣中的活性物质含量，从而降低膨胀风险；对于冷却后的固态钢渣，酸碱中和法和掺合料法对钢渣的体积膨胀抑制效果明显，能将钢渣的体积膨胀率降低70%以上；其中，将矿渣微粉、粉煤灰和硅灰进行三元复掺会产生"超叠加效应"，抑制效果明显高于单一掺合料；无机和有机表面改性技术能将钢渣膨胀率降低20%~45%，与其他调控方法相比效果较差，但其处理方式简单且处理周期短，适用于处理f-CaO含量较低的钢渣；粗钢细石沥青混凝土的浸水膨胀率与纯钢渣沥青混凝土相比降低了30%~40%，且钢渣沥青混合料的浸水膨胀率随着钢渣替代比例的升高而增加。因此，在实际应用中，应根据原材料情况严格控制钢渣的替代比例，以保证膨胀特性满足要求。
• Select
  钢渣体积膨胀特性研究与胀裂模拟

  磨炼同, 林顺, 孟秀元, 曲良辰, 常文伟, 肖月

  中国公路学报. 2021, 34(10): 180-189. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  中国钢渣排放量大，综合利用率较低，堆放占地且污染环境，急需开展源头减量、资源化利用和无害化处置，而钢渣体积安定性不良且变异大是制约其大规模利用的首要原因。通过基于钢渣中f-CaO含量、分布、反应活性及与水反应难易程度提出钢渣集料体积膨胀演化模型，并利用钢渣粉、钢渣骨料的浸水膨胀试验开展体积膨胀模型参数的检验、拟合与验证。采用90℃热水浴浸泡试验和X射线衍射仪分析钢渣体积膨胀率、颗粒胀裂率与钢渣中f-CaO含量之间的关系，最后运用ABAQUS有限元模拟中的温度-位移模型和材料脆性断裂模型研究f-CaO的体积膨胀对钢渣骨料胀裂的影响。结果表明：钢渣体积膨胀与f-CaO的含量及分布、钢渣颗粒粒径的大小、浸水温度等因素有关，钢渣体积膨胀模型能很好地预测其体积膨胀的发展规律，模型参数可以通过浸水膨胀试验拟合确定，且采用二阶体积膨胀模型对钢渣粉、钢渣集料的浸水膨胀率预测较为准确。钢渣骨料的体积膨胀率与胀裂率均与f-CaO的含量密切相关，90℃浸水胀裂率宜控制不大于10%。ABAQUS温度-位移模型和材料脆性断裂模型能够近似模拟不同位置及富集程度的f-CaO体积膨胀对钢渣脆性裂纹的产生与扩展，模拟结果表明，位于近表面的f-CaO比内部f-CaO更容易造成局部胀裂。
• Select
  面向沥青混凝土矿料全替代的钢-铁渣梯级利用

  陈宗武, 冷真, 肖月, 蒋继望, 焦玉勇, 吴少鹏, 谢君, 蔡军

  中国公路学报. 2021, 34(10): 190-203. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  钢渣和铁渣是伴随炼钢产生的2种典型固废。目前部分钢渣已被再生用于替代沥青混凝土中的粗骨料。为进一步提高钢渣和铁渣的再利用效率，探讨了采用不同粒径的钢渣和铁渣100%替代沥青混凝土矿料的可行性。首先基于材料微观分析技术以及集料技术指标测试方法，揭示不同粒径钢渣和铁渣的材料特征，确定适合其100%替代沥青混凝土矿料的粒径搭配方案；然后验证方案的可行性，采用Superpave方法设计沥青混凝土，优化拌和工艺，检验沥青混凝土的主要工程性能。结果表明：钢渣细集料受自身矿物胶凝活性的影响易固结成块，铁渣粗集料的技术指标不佳，因而两者不宜直接替代沥青混凝土矿料使用。采用钢渣粗集料、铁渣细集料和钢渣粉100%替代常用的石灰石矿料，结合使用高黏度的SBS改性沥青和改进型混合料拌和工艺，可制备出性能优良的沥青混凝土，且部分性能指标优势显著：其高温下的流动次数（F_n）以及低温下的断裂能分别提高了18%和23%。可见，将不同粒径的钢渣和铁渣搭配使用可实现两者在沥青混凝土中的梯级全利用。
• Select
  大掺量激活钢渣微粉-水泥稳定碎石性能及微观特性

  肖杰, 龙晨杰, 何建刚, 常锦, 吴初平, 刘财壮, 闫文

  中国公路学报. 2021, 34(10): 204-215. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究大掺量钢渣微粉-水泥稳定碎石的性能，采用自制复合激发剂激活钢渣微粉（ASSP），开展了不同胶凝材料剂量（质量分数4%、5%和6%）大掺量（质量分数100%、90%、70%、50%）ASSP-水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度（UCS）与5%胶凝材料剂量不同龄期（7，28，90 d）的UCS和劈裂强度（SS）试验；在此基础上，进行了5%胶凝材料剂量100%和70%ASSP-水泥混合料的抗压与劈裂回弹模量、抗冻性、干缩与温缩以及SEM、XRD微观试验，并与对照组P·S·A32.5水泥稳定碎石混合料性能进行了对比分析。结果表明：随着胶凝材料剂量增加，ASSP-水泥混合料的UCS和SS均越大，且同剂量下，70%和50%ASSP-水泥混合料强度与对照组的相当；通过调整胶凝材料剂量，大掺量ASSP混合料7 d的UCS完全能满足不同公路等级基层、底基层的要求；各ASSP-水泥混合料不同龄期UCS和SS、抗压与劈裂回弹模量的变化规律与对照组一致，均随剂量和龄期的增加而增大，抗冻性均满足要求；随ASSP掺量的增大，混合料干缩系数越小，温缩系数越大，掺入适量ASSP能减少混合料的干缩开裂；不同ASSP掺量混合料的主要水化产物为C-S-H、AFt和CH等，ASSP混合料的早期水化慢，水化产物数量少；28 d后70%ASSP混合料的水化产物C-S-H、AFt特征峰值与对照组相当，SEM结果与此一致；7 d后100%ASSP混合料胶凝浆体形貌和界面过渡区中浆体与骨料间连接不紧密，ASSP-水泥的浆体形貌较好，混合料结构密实，孔隙和裂缝的数量明显减少，较好地解释了混合料的宏观力学性能。可见，将大掺量ASSP-水泥稳定碎石用作路面基层完全是可行的，该研究为此类材料的推广应用提供了参考。
其他固体废弃物的资源化利用技术
• Select
  基于固弃物的固化土路用性能及固化机理研究

  孙仁娟, 方晨, 高发亮, 葛智, 张洪智, 卢青

  中国公路学报. 2021, 34(10): 216-224. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为探索矿渣、粉煤灰和脱硫石膏等固体废弃物应用于黄泛区道路工程建设的可行性，基于粉煤灰、矿渣、脱硫石膏、普通硅酸盐水泥和固废基硫铝酸盐水泥制备了粉土固化剂。研究了固化剂掺量（4%、6%、8%、10%）对固化土无侧限抗压强度、劈裂强度、加州承载比（CBR）、水稳性能及抗干湿循环性能的影响。结果表明：使用固废基硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥与其他固弃物协同制备的固化剂固化效果最优；固化剂掺量不低于8%时，固化土强度满足JTG D50-2017要求；固化土CBR值高于75%，满足JTG D30-2015中路基填料承载比要求；基于X射线衍射分析和二次电子成像技术，发现固化土中存在水化硅酸钙凝胶（CSH）和钙矾石晶体（AFt）；这些物质通过填充缝隙、挤密、黏结土颗粒，增强土体性能。
• Select
  固化剂稳定磷石膏路基填料的工程特性研究

  纪小平, 代聪, 崔志飞, 周荣征

  中国公路学报. 2021, 34(10): 225-233. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.018

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高磷石膏路基填料的强度和水稳定性，降低有害物质溶出，采用甲基硅酸钠、硅酸钠和乳化剂制备磷石膏固化剂（CA），并将质量比为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的CA加入到磷石膏中制备CA稳定磷石膏混合料（CASP），研究了CA掺量对CASP的力学性质（加州承载比CBR、回弹模量、无侧限抗压强度和剪切强度）、水稳定性（泡水软化系数和接触角）与有害物质溶出量的影响规律，并结合扫描电镜试验揭示了CASP的强度形成与水稳定性增强机理。结果表明：CA中的硅酸钠与磷石膏可生成硅酸钙凝胶与硫酸钠晶体，前者的胶凝作用和后者的填充作用提高了磷石膏的强度和密实度，CASP的CBR、回弹模量、无侧限抗压强度和剪切强度随着CA掺量的增加而大幅提升；由CA中的甲基硅酸钠所生成的聚硅氧烷憎水膜，改变了磷石膏颗粒表面的亲疏水性质，降低了磷石膏孔隙，改善了磷石膏的水稳定性，CASP的泡水软化系数随着CA掺量的增加而变大，掺2.0%CA的CASP与水分的接触角为91.4°；浸水11 d后掺1.0%CA的CASP可满足高速公路的路床填料CBR不小于8%和路基回弹模量不低于40 MPa的技术要求；通过硅酸钙凝胶的物理吸附和化学结合，以及憎水膜的填充固封，CA显著降低了磷石膏砷、铬、铅、氟离子和磷酸根的溶出量，掺0.5%CA的CASP浸出液中砷、铬和铅含量分别满足地下水Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅳ级标准。
• Select
  碱激发煤制气残渣地质聚合物的制备及性能

  沙东, 潘宝峰, 李亚超, 王宝民

  中国公路学报. 2021, 34(10): 234-244. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.10.019

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  煤制天然气残渣（CSNGS）是一种可用于制备地质聚合物的潜在新原料，然而关于用该工业废渣制备地质聚合物的报道却很少。采用机械球磨手段对煤制天然气残渣进行活化改性，分别以氢氧化钠（NaOH）溶液和氢氧化钾（KOH）溶液为激发剂，在不同条件下制备煤制气残渣地质聚合物，并对其强度进行对比。然后，通过X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及红外光谱（FT-IR）等微观试验手段对比研究了2种煤制气残渣地质聚合物的微观结构和强度形成机理，并分析了激发剂中不同碱金属阳离子对地质聚合物性能的影响。研究发现，随着热养护温度的升高，2种煤制气残渣中晶体峰强降低，地质聚合物的硅铝比（Si/Al）升高，地质聚合物的强度增加。研究还发现，在适当的热养护条件下，当激发剂浓度在6~9 mol·L^-1时，2种煤制气残渣地质聚合物均可以获得较高的力学强度。由SEM分析可知，较高的热养护温度和适当的激发剂浓度可以生成大量的水化硅铝酸钠凝胶（N-A-S-H）或水化硅铝酸钾凝胶（K-A-S-H），使地质聚合物的微观结构变得更加致密，从而使试件具备良好的力学性能。此外，NaOH溶液对煤制气残渣的碱激发效果要优于KOH溶液，这不仅是因为钠离子与负离子的结合能力强于钾离子，更有效地保证了地质聚合物骨架中的电荷平衡；而且与钾离子相比，钠离子更容易形成具有2个或3个SiO₄四面体桥接单个AlO₄四面体的地聚合物凝胶，这使材料形成了更加致密均匀的微观结构。研究结果表明：地质聚合物最高强度分别为36.1 MPa（NaOH）和27.8 MPa（KOH），因此，以煤制天然气残渣为原料制备地质聚合物具有很高的研究和应用价值。