磨细的高炉矿渣将粉煤灰改性为膨胀剂、土壤稳定剂
摘要
本文对粉煤灰与磨粒高炉矿渣(GGBS)混合料组成的膨胀土采用固化稳定膨胀土的潜力进行了评价。这两种材料联合使用形成固化剂，为增强火山灰活性提供了新的机会，这可能降低膨胀潜力，提高膨胀粘土的无侧限抗压强度。研究了不同固化剂比例对人工搅拌土的阿特堡极限、压实特性和无侧限抗压强度的影响。研究表明，添加固化剂能显著改善这些土壤性质。结果表明，随着固化剂的加入，膨胀土的液限和塑性指标均显著降低，强度得到提高。加入少量石灰(1%)，通过提高固化剂的火山灰反应活性，进一步改善了土壤性质。根据无侧限抗压强度试验结果，建议最佳掺量为20%。此外，对以最佳固化剂含量稳定的土壤样品的矿物学和形态学研究表明，粘土与固化剂之间的反应会形成水化颗粒和胶结化合物。试验结果表明，采用GGBS混合粉煤灰作为固化剂稳定膨胀，不仅经济效益好，而且适合于可持续施工。
关键词:粉煤灰;矿渣粉;稳定剂;指标性能;无侧限抗压强度;XRD;扫描电镜
1. 介绍
膨胀土因其含水量变化引起的体积变化而闻名于世。膨胀土中含有粘土矿物，如蒙脱土，润湿时体积增大，干燥时体积减小。体积的变化会产生影响。对建筑物、人行道、车道、地下室地板、管道甚至地基施加足够的压力，造成破坏。膨胀土与大比表面积和高粘质土壤阳离子交换量。由于膨胀土在世界各地都有发现，因此对土木工程师的挑战是全球性的。如果处理不当，膨胀土可能作为一种自然灾害对结构造成严重破坏。迄今为止，与这类土壤有关的危难问题已造成数十亿美元的修复和修复损失(纳尔逊和米勒，1992年)。膨胀土在世界范围内都有发现，主要分布在干旱和半干旱地区，如澳大利亚，加拿大、中国、印度、南非和美国。在印度，膨胀土通常被称为黑棉花土，占土地总面积的近20%。
石灰和水泥是众所周知的稳定膨胀土的添加剂。这些添加剂是工业生产过程中产生的，与二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)等温室气体的排放有关。粉煤灰等工业副产品材料，石灰石粉尘作为添加剂由于其成本相对较低而越来越受欢迎。此外，通过增加目前在泻湖和填埋场浪费的这种补充固井材料的使用，可以大大减少二氧化碳的排放。稳定粘土的最重要特征是稳定剂能够提供足够的钙。粉煤灰、高炉矿渣等工业废弃物是硅质、钙质材料，可作为稳定剂使用。
研究了粉煤灰与磨粒高炉矿渣在膨胀土稳定中的联合活化作用。在印度，产生最多的两种工业废料是粉煤灰和高炉钢渣颗粒，分别为年产1.7亿吨和1500万吨。粉煤灰主要用于水泥工业、道路和路堤的建设以及砖的制造，而GGBS主要用于水泥在混凝土中的部分替代。这些工业副产品也有很大潜力被用作稳定剂。但粉煤灰利用率低至58%，高炉炉渣利用率低至55% 。其未充分利用的主要原因是缺乏火山灰反应活性。印度粉煤灰是通过燃烧烟煤得到的，其石灰含量低于10% 。因此，添加石灰或水泥等化学活化剂以提高其火山灰反应活性。另一方面，GGBS(粒状矿渣磨成细粉后得到)是一种潜在的水力水泥(富含石灰)，只需活化即可。
粉煤灰和GGBS的化学性质差异很大。粉煤灰的氧化钙含量较低，但富含二氧化硅和氧化铝，而GGBS的氧化钙含量较高。这两种材料结合使用作为稳定剂比单独使用更有益。每一种都能提供足够的石灰或硅来支持火山灰反应，因此需要较少的化学活化剂。很少有研究人员对矿渣/粉煤灰混合物在混合水泥和混凝土中的碱活化进行研究。然而，目前还没有关于粉煤灰与GGBS联合活化作为膨胀土稳定剂的研究。
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