一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法，属于道路工程材料领域。该设计方法通过将钢渣集料按粒径分档，根据密度最大原则确定各档料的掺配比例，再通过水泥掺量和水用量设计，通过击实试验确定不同水泥掺量混合料的最大干密度、最佳含水率，最后经过7d无侧限抗压强度试验，根据测试结果，综合无侧限抗压强度要求和水泥用量占比，得出水泥稳定钢渣半刚性基层的原料最佳配比。本发明专利技术设计方法能成本最低的满足道路基层的抗压强度，还解决了天然砂石筑路材料短缺和由其带来的环境污染问题，提高了钢渣废弃物的利用率和适用性，解决钢渣大量堆积带来的生态环境问题，以及现有钢渣直接作为半刚性基层材料路用性能不稳定问题。性能不稳定问题。性能不稳定问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法


[0001]本专利技术涉及道路工程材料
，特别是涉及一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法。

技术介绍

[0002]随着我国基础设施的蓬勃发展，带动了公路运输业的快速发展，公路建设里程逐年增加，导致天然石材集料短缺。并且，由于天然石材集料开采会对周围环境造成严重破坏，因此受到了严格的管控，使得道路工程集料短缺问题更加突出，故新型集料的研究成为了行业热点问题。
[0003]钢渣是钢铁冶炼过程中产生的副产物，主要化学成分有CaO、SiO2、 Al2O3、Fe2O3、MgO等；矿物组成与水泥类似，主要有硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙以及游离氧化钙等。目前钢渣堆放量大，但利用率不高。大量的钢渣露天堆放，不仅占用大量土地，而且严重影响生态环境。相关研究表明，钢渣具有高强度、高硬度和良好的级配物理力学性能。同时，它含有丰富的活性成分，可以形成潜在的胶凝物质。掺入水泥后，可作为道路半刚性基层的主要原材料，大大节约石材集料的开采，提高钢渣的综合利用率，减轻钢渣堆弃带来的影响。而且，现有水泥稳定碎石的半刚性基层由于干缩温缩容易产生开裂问题。而由于钢渣材料具有一定的膨胀性，当钢渣作为集料加入后能有效地改善这个问题。
[0004]但现有的研究大多是利用钢渣的胶凝特性，将其磨成粉后直接用作胶凝材料，由于不同地区、不同时期的钢渣成分差异较大，使其材料性能不稳定，限制了大规模推广应用。
[0005]由此可见，上述现有的钢渣作为半刚性基层材料的应用仍存在问题，本申请就是在此基础上创设的一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法，使其能简单方便的得出钢渣作为道路基层集料的合理混合方式，以及得出水泥稳定钢渣的半刚性基层原料最佳配比，节约成本，提高钢渣适用性，为钢渣废弃物在道路工程中的广泛应用提供了必要的参考。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法，使其能简单方便的得出钢渣作为道路基层集料的合理混合方式，以及得出水泥稳定钢渣的半刚性基层原料最佳配比，节约成本，提高钢渣适用性，为钢渣废弃物在道路工程中的广泛应用提供了必要的参考。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0008]S1.采用筛分试验将钢渣集料按不同粒径进行分档，得到不同粒径的钢渣料；
[0009]S2.根据密度最大原则确定所述不同粒径的钢渣料的最佳掺配比例；
[0010]S3.在步骤S2得到的最佳掺配比例基础上分别匹配不同试件下的干密度计算，得
F20—2015)中高速公路、一级公路基层重交通下7d无侧限抗压强度大于4Mpa的要求。具体实施例如下。
[0023]1、对钢渣进行筛分试验，并测试钢渣料的基本性能
[0024](1)首先使用破碎设备将钢渣集料破碎成小于15mm粒径的钢渣，再采用筛分试验将钢渣集料按不同粒径进行筛分。本实施例将钢渣集料按粒径分为≤5mm、5
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10mm、10
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15mm三档。当然，还可以根据需求分成更多档。
[0025](2)对不同粒径的钢渣料进行性能测试，测试参数包括压碎值、毛体积密度、吸水率、0.075mm以下粉尘含量、针片状含量、软石含量等，测试方法均采用现有技术进行，测试结果见如下表1。
[0026]表1不同粒径的钢渣料的性能测试结果
[0027][0028][0029]从上结果可得出，各粒径的钢渣料性能测试均符合要求。
[0030]2、设计上述不同粒径的钢渣料的各档料掺配比例，并计算各掺配比例的平均堆积密度，结果如下表2。
[0031]表2不同粒径的钢渣料的掺配比例及平均密度结果
[0032][0033]从上表2可看出，6#掺配比例(即≤5mm的占比30％、5
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10mm的占比 40％、10
‑
15mm的占比30％)得到的钢渣料的堆积密度最大，为2.965g/cm3。该最大密度原则的筛选步骤利于不同钢渣废料的性能均衡和稳定。
[0034]3、确定不同水泥掺量及含水率梯度
[0035](1)对上述各掺配比例的钢渣料分别设置4％、5％、6％的水泥掺量，以此制备出1#、2#、3#、4#、5#、6#掺配比例的4％水泥掺量的混合料、 1#、2#、3#、4#、5#、6#掺配比例的5％水泥掺量的混合料、1#、2#、3#、 4#、5#、6#掺配比例的6％水泥掺量的混合料。本实施例中每份混合料的干料总质量为6～7kg。
[0036](2)对上述各混合料拟定不同的含水量，不同的含水量按梯度设计，且不同含水量依次间隔相差为1～2％。并且不同含水量的设计范围应包括最佳含水率，即最佳含水率在拟定的最大含水量和最小含水量范围之内。本实施例拟定含水率3％、4％、5％、6％、7％，5个含水率梯度。
[0037]参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51
‑
2009)进行重型击实试验，对上述各混合料的不同含水量试件进行干密度计算，并绘制含水率与干密度的曲线，得出各混合料的最佳含水率和最大干密度。结果见表3。
[0038]表3各混合料的最佳含水率和最大干密度结果
[0039][0040]4、测试各混合料成型试件的7d无侧限抗压强度
[0041]参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51
‑
2009)规定的试验方法，分别对上述各混合料在最佳含水率和最大干密度条件下的成型试件进行7d无侧限抗压强度测试，试验结果如下表4。
[0042]表4各混合料的7d无侧限抗压强度结果
[0043][0044]由上述表4可知，随着水泥掺量的加大，相同组别试件的7d无侧限抗压强度不断增加。并且可看出当水泥掺量增加到5％时，不同粒径的钢渣料掺配比例的各组水泥稳定钢渣半刚性基层材料均已满足规范7d无侧限抗压强度大于4Mpa的要求。还可以得出6#掺配比例(即≤5mm的占比30％、 5
‑
10mm的占比40％、10
‑
15mm的占比30％)在相同水泥掺量条件下均
属于7d无侧限抗压强度的最大值。
[0045]结合6#掺配比例(即≤5mm的占比30％、5
‑
10mm的占比40％、10
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15mm 的占比30％)得到的钢渣料的堆积密度最大的结果，很好的验证了在堆积密度最大的不同粒径钢渣料掺配比例下，更加确保了水泥稳定钢渣的半刚性基层满足公路路面基层施工强度的要求。
[0046]再结合不同含水量的重型击实试验，可得出最佳钢渣料掺配比例下的最佳含水量，进而考虑在满足公路路面基层施工强度的要求下水泥最为节约原则，最终确定该水泥稳定钢渣的半刚性基层的原料最佳配比。如本实施例中可以确定水泥稳定钢渣的半刚性基层配合比应为：三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.采用筛分试验将钢渣集料按不同粒径进行分档，得到不同粒径的钢渣料；S2.根据密度最大原则确定所述不同粒径的钢渣料的最佳掺配比例；S3.在步骤S2得到的最佳掺配比例基础上分别匹配不同的水泥掺量，得到不同水泥掺量的混合料；S4.对所述不同水泥掺量的混合料拟定不同的含水量，然后采用重型击实试验方法完成不同含水量试件下的干密度计算，并绘制含水率与干密度的相关曲线，得出所述不同水泥掺量的混合料的最佳含水率和最大干密度；S5.将所述不同水泥掺量的混合料的最佳含水率和最大干密度的成型试件，进行7d无侧限抗压强度试验，根据测试结果，综合无侧限抗压强度要求和水泥用量占比，得出水泥稳定钢渣的半刚性基层原料的最佳配比。2.根据权利要求1所述的水泥稳定钢渣的半刚性基层原料配比设计方法，其特征在于，所述步骤S1中首先使用破碎设备将钢渣集料破碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹东伟，曹淳满洋，黄士周，李荣旭，
申请(专利权)人：中路高科交通检测检验认证有限公司，
类型：发明
国别省市：