摘要
钢渣是冶金工业固废，由于钢渣存在活性低、易磨性差和安定性不良等缺点，难以满足工程使用的技术要求，尤其掺量过高易导致使用风险大，限制了其规模化推广和利用。论文采用胶凝材料协同强化技术，研制高掺量及低粒径钢渣基胶凝材料，实现了在低能耗条件下制备高强钢渣基胶凝材料。采用高效碳化技术提升钢渣基胶凝材料体积稳定性和活性，分别评价在水稳层和路基层中应用性能。论文为钢渣高效利用以及道路工程低碳建设提供新技术支持。 由于不同粒径钢渣活性、安定性存在差异，本论文以不同粒径钢渣为主要原料，将钢渣、增强材料与富硅铝粉协同强化制备钢渣基胶凝材料。评价胶凝材料配比、钢渣粒径和PCE对胶凝材料抗压强度与体积稳定性的影响。随着增强材料掺量提高，钢渣基胶凝材料抗压强度逐渐提高；随着钢渣粒径变粗，钢渣基胶凝材料体积稳定性变差；随着PCE掺量增加，抗压强度和体积稳定先上升后下。 在钢渣与增强材料掺量均为50%时，50-100目（H）钢渣制备胶凝材料28d的抗压强度最高为71.92MPa；≥200目（G）钢渣制备的胶凝材料28d的抗压强度最低为58.56MPa。当增强材料掺量为30%时，H级钢渣制备胶凝材料压蒸膨胀率最差为0.126%；当PCE掺量为0.4%时，H级钢渣制备的胶凝材料28d抗压强度最高为154.9MPa。G级钢渣制备的胶凝材料压蒸膨胀率最好为0.097%。掺0.4%PCE制备胶凝压蒸膨胀率最低为0.036%。 在钢渣基胶凝材料制备水稳层方面，钢渣会存在安定性不良的问题，采用碳化提高钢渣基胶凝材料体积稳定性，评价碳化时间和温度对G级钢渣基胶凝材料体积稳定性的影响以及预碳化钢渣基胶凝材料制备水稳层的性能。随着碳化时间延长和碳化温度的提高，制备的胶凝材料体积稳定性均有提高，但存在压蒸后的膨胀率降低幅度减慢的情况。当钢渣掺水率为10%，碳化压力常压时，碳化1.5h、60℃的预碳化钢渣基胶凝材料相对原钢渣基胶凝材料的压蒸膨胀率降低了0.461%，胶凝活性提高最大。预碳化钢渣基胶凝材料与建筑再生骨料制备的水稳层达到《城市道路工程施工与质量验收规范》(CJJ1-2008)7d无侧限抗压强度2.5MPa-3MPa要求。 在钢渣基胶凝材料制备固化土方面，评价钢渣掺量50%，增强材料30%时对制备路基固化土的基本性能（无侧限抗压强度、水稳性、干湿循环、冻融循环和浸水膨胀等）的影响。探究碳化对固化土性能的影响。随着钢渣基胶凝材料掺量增加，各粒径钢渣基固化土无侧限抗压强度均提高，当钢渣基胶凝材料掺量7%时，H、F和G级钢渣基固化土7d的无侧限抗压强度分别为2.88MPa、3.08MPa和3.25MPa，均满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》三级公路路基的技术要求。确定胶凝材料掺量为7%，对比H、F和G级钢渣基固化土与水泥基固化土，各胶凝材料制备固化土的无侧限抗压强度、水稳性、干湿循环和浸水膨胀率等性能很接近，且均满足工程应用要求。为了提高固化土的无侧限抗压强度、抗冻融性和浸水膨胀率。在H级钢渣基胶凝材料基础上，采用碳化提高固化土性能。当钢渣基胶凝材料掺量为7%，龄期7d碳化24h时，碳化固化土比标准固化土无侧限抗压强度提高了0.57MPa；在5次的冻融循环后强度损失率降低了8.7%；在浸水15h膨胀率降低了15.8%。从成本和钢渣利用率角度考虑，将H级钢渣基胶凝材料以掺量7%进行现场路基土固化应用。现场采样测得压实度为98.7%，无侧限抗压强度为1.59MPa。
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