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固废与生态材料（三）——路域废弃物资源化及高值化利用
客座编审
长沙理工大学
张军辉教授
重庆交通大学
何 亮教授
山东大学
李召峰教授
浙江大学
罗 雪研究员
北京建筑大学
凌 濛教授
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乳化沥青冷再生路面研究进展:材料特性、组成设计及性能评价
虞将苗, 冯致皓, 陈富达, 于华洋
材料导报
2024,38(22 ):24030095 -10. DOI:10.11896/cldb.24030095
摘要
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乳化沥青冷再生技术在常温下利用沥青路面回收料,实现节能减排、资源集约和可持续发展目标,是目前的热门绿色低碳道路建设技术之一。目前工程中回收料利用率一般低于40%,加之冷再生材料早期强度形成慢、初期强度不足,显著影响其性能与工程应用。如何提高回收料利用率、加速早期强度形成成为研究的关键问题。目前研究主要包括材料特性、组成设计和性能评价三大主要方向。在材料方面,道路回收料主要聚焦表面老化沥青活性、颗粒特性、再生剂使用后组分变化等细微观研究,尚未实现工程中道路回收料的高掺量大规模应用;乳化沥青的改性类型、黏度、用量能显著改善冷再生混合料的力学与路用性能,乳化沥青的固化进程决定冷再生混合料强度形成速度。在组成设计方面,回收料级配显著影响材料骨架结构和性能,目前聚焦关键孔径作用、级配改善、材料体积指标等方面的研究,同时现行主流材料成型方法与实际工程存在较大差异,旋转压实法更为贴近实际工程状态,但在旋转参数、成型指标等方面尚未形成统一定论。在性能方面,道路回收料的使用提高了冷再生混合料的高温性能和低频率作用下的疲劳性能,但水泥的使用增强了材料的低温脆性,沥青性能满足使用需求时,应当降低水泥掺量。此外,目前在早期强度形成机理、改善手段方面的研究不足,应加强乳化沥青冷再生混合料早期性能研究,以提高工程建设效率。
参考文献
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多维度评价
热诱导自愈合沥青混凝土研究综述:一种可持续路面材料
董素芬, 宋泽轩, 张文辉, 黄智德, 韩宝国
材料导报
2024,38(22 ):23080062 -12. DOI:10.11896/cldb.23080062
摘要
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热诱导技术可以提高沥青混凝土的自愈合效率,改善路面的抗疲劳性能,延长其服役寿命并降低其全寿命周期成本,进而减少沥青混凝土生产和使用所产生的环境足迹(特别是碳足迹)。基于此,对沥青混凝土的电磁感应、微波和射线热诱导自愈合性能及其机理研究进行综述,并对沥青混凝土热诱导自愈合面临的主要难题和应用前景进行概述,以期为发展低碳及可持续路面提供支持。综述分析表明,调控并利用沥青混凝土的温度敏感性,分阶段实现裂缝界面沥青的流动与扩散是实现热诱导自愈合的关键;纤维状功能填料可使沥青混凝土在短时间产生高的热诱导自愈合效率,粒料类功能填料在长时加热后可赋予沥青混凝土高效自愈合性能;高导电和导热性功能填料对于电磁感应热诱导自愈合是不可缺少的;微波热诱导对沥青混凝土中的矿料进行加热,加入高导热和吸波性能功能填料均可改善其微波吸收能力,从而提高加热及自愈合效率;射线热诱导自愈合冷却过程快,不利于发挥降温过程的自愈合效果。在满足行车舒适性和安全性的前提下,低成本、低碳、高效以及操作安全是热诱导的应用基础,基于热诱导技术开发出智能、可自动响应、可持续的沥青混凝土是未来的发展方向。
参考文献
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多维度评价
养护温度对赤泥基路用胶凝材料性能及微观结构的影响
韩瑞凯, 陈宇鑫, 张健, 李召峰, 王衍升
材料导报
2024,38(22 ):24060144 -8. DOI:10.11896/cldb.24060144
摘要
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赤泥基路用胶凝材料可代替水泥应用于道路半刚性基层建设。山东省属暖温带季风性气候,全年气温波动大。在半刚性基层施工期间,不同月份导致赤泥基路用胶凝材料养护温度不同。基于2006—2023年山东(济南)温度变化特征确定养护温度为1 ℃、4 ℃、10 ℃、16 ℃、20 ℃、25 ℃、28 ℃,通过万能试验机和
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H低场核磁共振分析仪研究养护温度对赤泥基路用胶凝材料抗压强度及微观结构的影响规律,并利用X射线衍射、热重测试分析、ICP-OES揭示养护温度对赤泥基路用胶凝材料性能演化的作用机理。结果表明,养护温度升高会促进赤泥基路用胶凝材料抗压强度发展,养护温度为28 ℃时7 d抗压强度达到21.15 MPa,相较于养护温度为1 ℃时提升67.41%,且当养护温度不低于20 ℃时,在整个养护阶段强度发展率大于1 MPa/d。养护温度的提升会优化结石体孔结构分布,养护7 d后,随温度升高结石体的凝胶孔、过渡孔占比从37.82%提升到80%以上,毛细孔占比从62.18%下降到15%左右。赤泥基路用胶凝材料水化产物主要为(C,N)-A-S-H凝胶,其对强度发展起重要作用,养护温度的提升会促进赤泥Si/Al元素溶出,从而提高(C,N)-A-S-H凝胶的生成量。月均温度低于10 ℃时不宜进行道路施工,月均温度在10～20 ℃时可延长赤泥基胶凝材料养护时间促进其强度发展。
参考文献
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多维度评价
铁尾矿在沥青路面中的资源化利用研究进展与展望
司春棣, 崔亚宁, 李松, 贾彦顺, 凡涛涛, 张义
材料导报
2024,38(22 ):24050001 -13. DOI:10.11896/cldb.24050001
摘要
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铁尾矿的大量堆积,不仅浪费了宝贵的土地资源,还造成了严重的环境污染,与此同时,沥青路面建设需消耗大量天然资源,铁尾矿在沥青路面中的资源化利用可有效缓解这一矛盾。本文概述了不同地区的铁尾矿的物理化学特性及环境安全性,总结归纳了铁尾矿在沥青面层的路用性能、界面黏附性能以及微波加热自愈合性能方面的研究进展及难点,分析提炼了铁尾矿作为路面基层集料及补充胶凝材料的研究现状及关键技术,详细阐述了基于水化反应和聚合反应制备的铁尾矿基胶凝材料的活化工艺及反应机理,最后指出了铁尾矿在沥青路面应用中存在的问题及未来应深入研究的方向。
参考文献
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多维度评价
再生微粉-电石渣制备硅酸盐水泥熟料及其水化性能研究
侯圣举, 李树国, 何超, 陈扬, 但建明, 周阳, 李相国, 吕阳
材料导报
2024,38(22 ):23120044 -6. DOI:10.11896/cldb.23120044
摘要
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以再生微粉(RCP)和电石渣(CCS)等典型固废作为原材料,开展了固废基低碳水泥熟料制备技术研究。试验分析了煅烧温度(1 300 ℃、1 350 ℃、1 400 ℃和1 450 ℃)以及CCS和RCP含量对熟料煅烧和矿相组成的影响,并研究了1 400 ℃下制备的水泥熟料的水化特性与力学性能。结果表明,RCP的加入可以降低水泥熟料的烧成温度,适量的RCP(60%)作为水泥生料掺入会提高熟料的力学性能,有利于水泥的早期水化。这些工作有助于推进建筑垃圾的资源化利用,为水泥生产中钙硅质原料提供了替代方案。
参考文献
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多维度评价
磨细循环流化床粉煤灰对泡沫轻质土力学性能和孔结构的影响
张洪智, 梁取平, 邵明扬, 姜能栋, 杨梦宇, 隋高阳, 葛智
材料导报
2024,38(22 ):24020041 -7. DOI:10.11896/cldb.24020041
摘要
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为促进循环流化床粉煤灰(CFA)的资源化利用,减少水泥消耗量,通过粉磨细化激发CFA的反应活性,利用磨细循环流化床粉煤灰(RCFA)部分替代水泥制备泡沫轻质土。研究了RCFA掺量对复合胶凝体系需水量、凝结时间、水化热、水化产物以及对泡沫轻质土工作性能和力学性能的影响。通过X射线断层扫描和图像处理技术研究了RCFA对泡沫轻质土孔结构的影响。结果表明,增加RCFA掺量会增加复合胶凝体系的需水量,延长凝结时间,减缓水化速度,减少总水化热并提升单位水泥水化热。30%掺量下的RCFA能与水泥充分反应,改善泡沫轻质土的孔结构并提升其力学性能。更高掺量的RCFA不利于轻质土的孔结构与力学性能,但70%掺量条件下的轻质土仍能满足路基填筑力学需求。
参考文献
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多维度评价
基于SARA组分调和沥青流变性能、粘附性自愈合性能研究
何印章, 熊坤, 张久鹏, 李哲, 李岩
材料导报
2024,38(22 ):24050184 -8. DOI:10.11896/cldb.24050184
摘要
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现阶段,关于SARA组分对沥青性质和在沥青-集料界面破坏机制及界面粘附性自愈合性能等方面的研究不足,而大批量提取沥青组分较难完成。因此,本研究采用Corbett法对基质沥青进行组分分离并制备了组分调和沥青,借助DSR频率扫描试验分析了SARA组分对流变性能的影响,使用SHRP净吸附试验、拉拔试验研究了SARA组分对沥青粘附性自愈合性能的影响机制,最后借助灰色关联分析和线性相关性分析剖析了组分对其界面性能的影响机制。研究结果表明,沥青质和胶质含量的增加会增大界面的粘附强度,但对界面自愈合性能存在不利影响,其中沥青质影响作用强于胶质。芳香分和饱和分含量的增加会在一定程度上减小界面粘附强度,但其对界面自愈合有促进作用,其富含脂肪族支链小分子,可增强沥青的流动性,促进界面愈合,芳香分的影响高于饱和分。灰色关联和线性相关性分析表明,沥青界面粘附强度和单个组分的相关性低于双组分(轻质组分、重质组分),其界面粘附性自愈合性能和轻质组分、重质组分含量存在较强的线性关系。
参考文献
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多维度评价
高性能再生微粉基地聚合物注浆料的活化制备及性能研究
徐俊, 康爱红, 吴正光, 龚泳帆, 寇长江, 吴帮伟, 张垚, 肖鹏
材料导报
2024,38(22 ):24060235 -6. DOI:10.11896/cldb.24060235
摘要
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本研究利用废弃混凝土制备再生骨料过程中产生的再生微粉制备了一种高性能低碳型地聚合物注浆料。通过对再生微粉进行热-机械协同活化处理并在碱激发剂的作用下制备再生微粉基地聚合物注浆料,研究了活化制度对注浆料工作性能、力学性能、泌水率、24 h自由膨胀率以及微观结构的影响。性能测试表明除24 h自由膨胀率外,当热活化温度不变时,再生微粉基地聚合物注浆料的工作性能、力学性能、泌水率均随微粉球磨时间的延长先升高后降低。当球磨时间不变时,注浆料的性能随热活化温度的升高先升高后降低。再生微粉热活化温度为750 ℃、机械球磨时间为10 min时,制备的再生微粉基地聚合物注浆料的性能最佳。微观分析表明热-机械协同活化极大地提高了再生微粉的活性和比表面积,进而改善了注浆料的致密程度,活化制度的改变对注浆料的性能和结构的影响极为显著。再生微粉基地聚合物注浆料的制备为高值化处理废弃混凝土提供了新思路。
参考文献
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多维度评价
化学活化方法对磨细火山岩弃渣-水泥复合胶凝体系的影响
谭盐宾, 李林香, 杨珍珍, 邢梓达, 林炘恺, 葛昕, 杨鲁, 元强
材料导报
2024,38(22 ):24030103 -7. DOI:10.11896/cldb.24030103
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化学活化方法能够改善天然磨细火山岩弃渣作为矿物掺合料的工程适用性。采用强度活性指数法,对比了多种化学激发剂的活化效果,分析了化学激发剂类别及掺量对磨细火山岩弃渣-水泥复合胶凝体系的浆体凝结时间、流变性能以及孔结构的影响,并基于热重分析探索其影响机理。结果表明:化学激发剂对强度的提升效果更多地反映在中后期强度,Li
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SO
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、Na
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SO
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和三乙醇胺(TEA)对磨细火山岩弃渣活性的提升效果最佳,最高可达18%。化学激发剂会加速浆体凝结,还会增大新拌浆体的塑性黏度。化学激发剂可以降低复合胶凝体系的孔隙率,并可优化孔径分布,且对水泥的水化产物种类没有影响。
参考文献
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多维度评价
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固废与生态材料（三）——路域废弃物资源化及高值化利用
