文摘

锶渣、碳酸锶炼油工业的副产品,在中国每年生产数百万吨。使用锶渣的道路可以减少原材料的需求和帮助解决锶渣造成的环境问题。然而,有必要评估其环境效应和路面的性能与锶渣可用于道路。在这项研究中,两个测试部分与锶渣基础层铺在少量道路在中国调查其性能和环境影响:(1)室内外试验基地(所有部分在20厘米(5厘米沥青表面施含锶渣)和(2)含水率基地(LTB)部分(3厘米沥青表面超过20厘米LTB锶渣)。测试部分的性能评估通过实验室和现场实验。锶渣的成本和环境影响调查使用生产成本分析和生命周期评估,分别。本研究的结果表明,施莱节表现出更好的性能比LTB部分,而锶渣降低了材料成本和生产过程中排放。

1。介绍

道路容量(LVRs)可以被定义为铺或铺设道路的日均流量少于每天500辆(1]。最近,越来越多的坑坑洼洼的LVRs已经铺在中国提高运输质量。新LVR建设需要更多的材料,如聚合物,沥青结合料和水泥。获得道路材料变得困难一些地方在中国当地总量可用是不够的。另一方面,越来越多的废料,包括回收沥青路面(RAP),地面轮胎橡胶(GTR)、废混凝土和砖、粉煤灰、矿渣,是随着社会的发展。锶渣、碳酸锶炼油工业的副产品,一直在中国每年产生近500万吨(2]。锶渣的处理会造成严重的环境问题和损害时垃圾填埋场处理。经和含水率的基础材料广泛应用于LVRs在中国他们可以为路面提供坚实的基础。利用锶渣在稳定基础层LVRs可以减少原材料的需求,帮助解决锶渣造成的问题。

大量的研究工作已经开展了关于一些废料的影响(例如,说唱,GTR、和浪费混凝土和砖)的性能道路上通过实验室和现场测试。例如,研究人员报道,说唱改善了发情的电阻(3- - - - - -8GTR),改善了沥青混合料的抗永久变形和开裂[9- - - - - -13]。贾et al。14]提出的使用建筑和拆迁废料LVRs,表示使用少量的基础和底基层是可行的道路是否适当的混合设计。然而,一些研究者研究了锶渣对路面性能的影响。因此,它是必要的评估环境影响的锶渣和路面的性能广泛应用于LVRs之前在中国。

2。目标和范围

这项研究的目标是(1)探索路面的性能与锶渣通过实验室和现场实验和(2)锶渣的环境影响评估中使用的道路。获取目标,两个现场试验部分的沥青路面与锶渣基础层铺在道路容量在重庆,中国:(1)室内外试验基地(所有部分在20厘米(5厘米沥青表面施含锶渣)和(2)含水率基地(LTB)部分(3厘米沥青表面超过20厘米LTB锶渣)。

在下面几节中,首先提出了材料和实验室的性能。其次,测试部分的施工。第三,现场测试和调查。第四,成本分析和环境影响进行了讨论。最后,提供了重要发现。

3所示。材料

3.1。锶渣

锶渣用于这项研究是由锶工厂在重庆,中国。图1显示了原始条件和扫描电子显微镜(SEM)图像的锶渣。观察到,锶渣是细粉和多孔微结构。表1显示了锶渣的物理性能,表明11.8%的渣水分含量较高。图2显示其分级,其粒子大小是0.15和2.36毫米之间。锶渣的主要化学成分如表所示2。作为比较,当地粉煤灰的化学成分也列在表中2。如表所示2曹,更和SiO₂相比在锶渣铁吗₂O₃,艾尔。₂O₃,分别。本地粉煤灰相比,锶渣曹有更高的内容,同时要低得多₂O₃和SiO₂,这可能导致火山灰活性和自硬。因此,预计锶渣可以较低的火山灰活性。此外,还观察到,锶渣有类似的损失点火本地粉煤灰。

3.2。硅酸盐水泥和石灰

在这项研究中,波特兰水泥和石灰中使用了两个基地层作为稳定剂,分别。表3显示了设置时间和立方抗压强度测定的水泥按照中国交通运输部的规范(JTG e30 - 2005) [15]。曹的比例,分别以和石灰的粒度分布如表所示3。

3.3。总

三个不同大小的石灰石骨料,包括5 - 10毫米,10 - 20毫米,和20 - 40毫米,用于水泥和含水率的基础材料。三个处女总量还是只能基于混合料配合比设计前与渣和水泥混合/石灰。骨料混合的属性如表所示3。

4所示。实验室测试结果

在本节中,最优含水量(OMC)和最大的干密度(MDD)确定水泥和含水率的基础材料使用监督测试,然后,渣的影响内容的性能稳定的基础材料研究。混合性能测试包括抗压强度(UCS),间接抗拉(IDT)强度和干燥收缩。最后,确定合适的渣内容基于混合性能。

调查渣的影响内容属性的所有材料,27日,32岁和39%矿渣内容被选中。表4显示了三渣混合层次内容。可以看出,与39%矿渣混合最好的等级而粗级配的混合27%矿渣。中国交通运输部的规范,建议适当的基本层混合的水泥含量约为4 - 6%。5%的水泥含量是研究在此基础上选择的建议。所有的水泥含量在所有的测试材料是固定的5%。

最佳含水率基材,24%,32%,和40%矿渣内容被选中来确定一个适当的LTB混合渣的内容。表5显示了聚合的层次与不同渣混合内容。这是观察到的聚合等级混合与增加矿渣细内容随着矿渣细粉料。石灰比渣保持在相同的值是1:4的LTB材料测试根据以往的施工经验。

4.1。样品制备

南加州大学和IDT强度测试,以下流程之后准备标本:首先,干骨料和熔渣与最优数量的水和水泥混合/石灰,然后,特定的混合材料的质量被转移到一个压缩模具直径150毫米;其次,混合材料压缩静态目标95%的压实度和目标的高度150毫米;最后,标本被密封在塑料袋里,治愈后的具体天数提取压缩模具。

干燥收缩试验,矩形标本长度为240毫米,宽50毫米,厚度为50毫米是准备使用矩形模具。目标矩形标本的压实度约为97%。7天的标本治愈密封袋在干燥收缩测试前20°C。

4.2。水分特征

普氏测试是按照规范进行中国交通运输部(0804 T, JTJ 57 - 94) [16]探索的水分特性和稳定的基础。在这个测试中,一个4.5公斤夯降至450毫米的高度紧凑的模具的材料。基材与特定的含水量是放在三层成模具体积为2177厘米³,到98年每一层压实吹。

数据3和4显示渣的影响内容的水分特征。观察,OMC增加和MDD减少随着矿渣含量的增加,无论施或LTB。很可能因为渣比重较低和较高的水吸收。此外,LTB材料相比表现出更低的MDD和更高的OMC所有材料。这是预期的,因为更多的使用生石灰LTB材料,它能吸收更多的水相比,所有的水泥。

4.3。抗压强度和水分敏感性

无侧限抗压强度(UCS)代表材料的承载力。UCS值越大,意味着一个更高的承载能力。UCS测试按照规范执行中国交通运输部(0805 T, JTJ 57 - 94) [16]调查基混合的抗压强度性能。标本高度为150毫米,直径为150毫米。调查材料的湿度敏感性,两组12个标本进行测试:无条件和条件集。无条件的六集标本直接固化后测试,和条件的一组六个标本浸泡在水中后测试。表6显示了两套固化条件的细节。在这项研究中,开展养护7,28日,60天20°C。UCS测试进行标本的位移速度(参见图1毫米/分钟,直到失败5)。UCS比率的条件和非条件样本被用来评估混合水分敏感性。基于方程(UCS值的计算1),这是垂直方向的应力对应于峰值负载: 在哪里最大的应用负载是标本吗试样横截面的面积。

图6显示了所有材料的处理结果。UCS值增加渣含量的增加,固化时间。UCS增加的原因与渣含量的增加可能是更多的火山灰活动发生在使用更渣的内容。包含39%的混合渣总是表现出最高的UCS而27%矿渣混合显示UCS最低。图7显示了所有材料UCS比率的结果。UCS比率值越大,意味着一个更高的抵抗水分损失。如图6,基本与32%矿渣混合表现出更好的抗湿性在大多数情况下比其他两个混合。基础与39%矿渣混合UCS比率最低的后7天、28天养护时间。这一趋势是相反的处理结果。这意味着混合39%矿渣可以防潮性较低,一个月后施工。很可能因为更多的渣混合在这个基础可以吸收更多的水导致更多的水分损失。

图8显示了LTB UCS结果混合后7天养护。可以看出,包含32%的混合渣表现出最高的UCS,不管无条件或条件的情况。注意LTB标本40%矿渣打破后淹没在水中,表明40%矿渣混合抵抗水分损失可能更糟。在此基础上观察,进行长时间治疗只渣混合的24%和32%。图9显示了无条件和条件UCS LTB与24%和32%矿渣混合的结果。图10显示了这两种混合UCS比率的结果。数据9和10表明,32%矿渣LTB混合显示更高的UCS,不管无条件或条件情况下,表明这种混合将有一个更好的抵抗水分损失24%矿渣LTB材料。此外,UCS LTB材料一直显著低于施材料。预计由于石灰材料通常具有强度远低于水泥固化后的材料。

4.4。抗拉强度

间接抗拉(IDT)强度代表一个潜在的抗开裂能力。踊跃参与测试进行无条件标本按照规范中国交通运输部(0806 T, JTJ 57 - 94) [16]调查基混合的抗拉强度性能。的几何形状圆柱形标本用于本研究直径150毫米和150毫米厚度。抗压载荷应用于标本沿垂直直径的飞机通过两个18.75毫米宽钢带(图11)。压缩负荷间接产生水平方向的拉伸载荷的样本,造成拉伸断裂的标本。加载速率1毫米/分钟。IDT力量是最大拉应力试样的中心,这是计算使用方程(2根据中国交通运输部的规范。更高的抗拉强度对应于一个更强的耐开裂: 在哪里最大的应用负载标本和吗试样的厚度。

数据12和13IDT强度结果施和LTB混合,分别。注意所有IDT标本在密封袋治愈,没有应用于标本水浸。此外,IDT标本的施不同长度时间治愈,而LTB标本治愈仅为7天在其他固化时间发现了类似的趋势。如数据所示12和13基础层混合,IDT强度值增加渣含量和固化时间增加。此外,LTB混合总是显示出类似的IDT力量施混合后7天养护。

4.5。干燥收缩性能

开裂引起的干燥收缩为施和LTB材料是一个大问题。是很重要的评价所有的干燥收缩性能和LTB混合。干燥收缩试验按照规范执行中国交通运输部(0854 T, JTJ 57 - 94) [16]。在该测试中,金属表钉被粘到的两端用环氧树脂样品,以方便收缩测量在接下来的具体日子。每个试样的长度变化监测了千分表分辨率为0.001毫米(见图14)。干燥收缩进行了测试在环境室20°C和60%的相对谦逊。干燥收缩应变计算由以下方程: 在哪里是干燥收缩变形;在测试标本长度的变化(mm);标本在测试前的长度(毫米)

数据15和16显示所有的干燥收缩应变和LTB混合,分别。观察,干燥收缩应变值的基础层和增加在大多数情况下与渣的增加内容。施混合,混合32%矿渣有一点干燥收缩应变高于27%的渣,而混合39%渣干燥收缩应变表现出显著高于其他两个混合。LTB混合,混合32%矿渣有一点干燥收缩应变高于24%的矿渣。这一趋势预计由于渣含量较高,导致更高的最佳含水量(数字3和4),这可能会导致更高的干燥收缩。此外,它是观察到的大部分干燥收缩发生在早期的测试时间。这是合理的因为大多数的湿度通常失去了在此期间。

此外,LTB混合显示更高的干燥收缩应变比施混合。这个预计LTB混有水分含量高于施混合数据的测试结果3和4。还指出,所有的所有,LTB样品表现出扩张的第一天。很可能因为所以₃在与CaO-Al渣反应₂O₃- h₂O (C-A-H)然后产生3曹·艾尔₂O₃3·卡索₄h·32₂O(尾),这可能会导致材料的膨胀。

4.6。渣含量测定

基于上述实验结果,两件事都是在本节结束。首先,施和LTB与32%矿渣混合有更好的抵抗水分损失相比矿渣的其他内容。其次,施和LTB与32%矿渣混合干燥收缩应变表现出一点高于那些渣含量较低,而所有与32%矿渣混合干燥收缩应变显著低于高炉渣的内容。水分损失的沥青路面是一个大问题在重庆,中国有大量的降雨。因此,本文选取32%矿渣施和LTB测试部分。

5。建设

施和LTB混合放置在两个部分在重庆,中国,2007年。测试部分都长约15公里,宽5.5米,20厘米厚。一个5厘米和3厘米沥青层铺在施和LTB测试部分,分别。强制搅拌机用于生产施混合物,加载器是用来把LTB混合物。混合时间的控制是保证渣混合物中均匀分布。数据17和18显示图片的混合生产和铺平道路,分别。这两个混合使用自卸卡车交付,然后由装载机夷为平地。混合的最佳水分是使用12吨压路机压实。分解滚动模式是两个静态传递。中间滚动模式五振动传递。最后是一个静态传递模式。图19显示了混合压实的照片。施工后,基地和治愈了7天,然后被沥青表面覆盖混合物。

6。油田生产动态

6.1。施工后结构性能

测试部分的结构性能研究使用层偏转。较低的表面背叛意味着更好的结构性能。在这项研究中,Benkelman梁挠度计是用来测量所有的偏转和LTB层。Benkelman梁挠度测量100 kN的装载卡车在单轴双700 kPa的轮胎压力。施和LTB层平均偏差值是0.73毫米和0.53毫米,分别。1.15毫米的挠度满足规范要求。为什么所有层都偏高于LTB很可能因为在所有部分路基软比LTB部分。

6.2。长期的现场性能

一个字段进行了绩效评估在两个测试部分2017年5月10年期流量。野外数据采集测试部分基于遇险识别方法在中国(JTJ 073 - 2001) (17]。图20.显示了测试的现场性能结果部分。这是见过这两个测试部分显示大量的松散。很可能因为沥青表面有严重的风化和/或表面的沥青粘结剂粘结的问题聚集。此外,LTB部分表现出更多的坑槽、松散,比施和变形。这表明本研究中使用的所有材料可能有更好的承载能力和抗水分损失高于LTB,南加州大学实验室的结果是一致的。以下原因可能导致所有字段的性能差异和LTB: (1) LTB组合较低南加州大学价值观和糟糕的抵抗水分损失相比,施和(2)LTB部分比施薄沥青层部分。数据21- - - - - -24在测试部分显示典型的祸患。

7所示。材料成本和生命周期评估

基于混合成分和当地材料价格,进行材料成本比较与渣施和LTB测试部分。作为比较,所有的成本没有渣也计算。材料成本比较如表所示7。表7表明,所有的材料成本和LTB可以节省18.0%和8.3%,分别。同时,施莱与渣可能导致更大的节约材料成本比LTB材料。

渣的环境影响进行了通过口感计划开发的财团在绿色设计和加州大学伯克利分校。口感是一个excel的生命周期评估工具,研究能耗、排放和渗滤液的信息。图25显示了1000米的排放测试部分。注意,在图排放25只有物质生产。这表明,有限公司₂在每个部分最大的排放,其次是可吸入颗粒物、氮氧化物,有限公司,所以呢₂。渣的使用显著减少排放,保护环境。

8。结论

这项研究调查了路面的性能通过实验室和现场实验和评估与锶渣的环境影响锶渣用于道路。两个测试部分与锶渣铺在道路容量在重庆,中国。实验室性能测试和现场调查进行的测试部分。成本分析和环境影响也比较的部分。本研究的结果总结如下:(我)抗压强度、间接抗拉强度和干燥收缩值施和LTB混合增加随着锶渣含量的增加,固化时间。施和LTB混合伤害锶渣抗水分最高32%的抗压强度比的结果。(2)十年后的交通,现场试验部分与锶渣显示大量的松散。LTB部分表现出更多的坑槽、松散和变形比施。(3)基础层的渣的使用降低了材料成本和排放。施的锶渣可能导致更大的节约材料成本比LTB材料。(iv)基于实验室测试、现场性能和材料成本分析,所有与锶渣相比,表现出更好的性能和更少的材料成本LTB锶渣。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了重庆交通大学研究生创新项目(CYB14089)和运输部(200631881431)。博明唐博士从重庆交通大学提供了建议和方向。