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脱硫灰是燃煤烟气脱硫过程中，脱硫剂CaCO3/Ca(OH)2浆液吸收SO2产生的一种工业副产物。实现脱硫灰的资源化利用，是从根本上解决烟气脱硫工艺中脱硫副产物引起的一系列经济和环境问题的有效途径。本课题将脱硫灰作为无机沥青抗剥落剂应用于沥青混合料中，并与当前常用的抗剥落剂——水泥制备的改性沥青混合料的水稳定性能对比，研究脱硫灰对沥青混合料的水稳定性能的影响。本文采用扫描电子显微镜(SEM)观察脱硫灰的微观形貌，采用荧光分析和X射线衍射(XRD)对脱硫灰进行化学成分分析。通过研究拌合温度下脱硫灰的质量变化和差热分析(TG-DSC)(0-250℃)考察脱硫灰的热稳定性能。采用改进的水煮法和拉伸实验考察脱硫灰改善沥青与集料粘结性能的效果。采用浸水马歇尔实验、冻融循环试验、浸水车辙试验等评价脱硫灰沥青混合料的水稳定性能；脱硫灰沥青混合料的路用性能则通过高温车辙试验、低温三点弯曲试验、四点弯曲试验来考察。以二水硫酸钙和氢氧化钙做填料制备沥青混合料，采用冻融劈裂强度比做指标，探索脱硫灰中的这两种主要组分在对抗水损害中的作用。脱硫灰没有明显的团聚，颗粒分布范围较窄，较为均匀，主要的颗粒大小在5-10um范围以内，且脱硫灰颗粒的表面呈囊状凸起。脱硫灰的化学成分分析表明脱硫灰的主要成分为CaSO4·2H2O， CaCO3和Ca(OH)2，同时还有CaSO3·0.5H2O。改进的水煮法显示集料表面脱硫灰沥青胶浆的残留比例达到了55.4%，高出普通矿粉胶浆7%，说明脱硫灰的掺入可以提高沥青胶浆的强度。脱硫灰沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比、浸水车辙动稳定度均表现出对普通石灰石矿粉的明显优势。且相较于水泥沥青混合料其水稳定性能也有所提高。高温车辙、低温三点弯曲试验、四点弯曲疲劳试验显示，脱硫灰沥青混合料的高温抗变形能力、低温抗裂性能、抗疲劳能均满足规范要求或与水泥沥青混合料相当。因此脱硫灰应用于沥青混合料中能够显著的提高沥青混合料的水稳定性能，同时使沥青混合料的路用性能不低于传统填料制备的沥青混合料。脱硫灰的两种主要成分中，二水硫酸钙能够改善混合料的水稳定性能，但效果有限，但是它的水化作用是脱硫灰沥青混合料在多次冻融中发生强度回复的主要原因；而氢氧化钙在抗水损害中发挥了主要作用。