为研究流态工业固废固化黄土在路基工程中应用的可行性,基于响应面法(RSM),以粒化高炉矿渣粉(GBFS)、循环流化床脱硫粉煤灰(CFBFA)、烟气脱硫石膏(FGD)为影响因素,试件7、28 d无侧限抗压强度(UCS)为响应值建立响应面模型,开展了固化剂中掺10%水泥(OPC)时,各固废材料交互作用对流态固化黄土强度的影响研究;优化了固化剂配合比,并结合XRD、FTIR、TG-DTG和SEM微观试验分析了其强度形成的水化作用机理。结果表明:随GBFS掺量增加,CFBFA掺量减小,7、28 d UCS明显增大,GBFS与CFBFA交互作用对UCS的影响显著;随FGD掺量增加,7 d UCS先增后减,而28 d UCS减小,FGD与GBFS交互作用对UCS的影响从7~28 d由显著变为不显著,而与CFBFA交互作用的影响则相反;基于RSM确定的最佳配比,并考虑强度要求及原材料成本,提出当灰土比为0.15、水固比为0.51,固化剂中掺10%OPC时,GBFS、CFBFA和FGD建议的掺量范围分别为43%~50%、25%~32%和8%~15%;在反应初期,OPC水解产生的OH-与FGD溶解出的Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)可激发GBFS与CFBFA表面的火山灰活性,生成钙矾石(AFt)与水化硅(铝)酸钙(C—S—(A)—H)连结黄土颗粒并填充颗粒间孔隙,使试件7 d UCS增大;在反应中后阶段,GBFS、CFBFA持续溶解出Ca^(2+)、[SiO_(4)]^(4-)和[AlO_(4)]^(5-)发生火山灰反应,生成更多C—S—H填充结构孔隙和裂缝,试件28 d UCS进一步增大。实际工程应用中,通过调整固化剂原材料配比或灰土比等制备出的流态固化黄土完全能满足一般台背、涵背回填和一般公路路基对强度的要求。
为解决传统水泥基注浆材料成本高、能耗和污染大等问题,基于固废材料协同效应,以CFB粉煤灰(CFBFA)、钢渣微粉(SS)、高炉矿渣(BFS)和脱硫石膏(FGD)为原材料制备新型绿色环保的公路路基及桥隧下伏采空区全固废注浆材料。通过系列室内试验,研究了不同CFBFA掺量(80%、60%、50%、40%、20%)、水固比(1∶1.3、1∶1.4、1∶1.5、1∶1.6)及SS与BFS质量比(8∶2、6∶4)等因素对浆料的密度、流动度、析水率、结石率以及结石体单轴抗压强度(UCS)的影响,并结合XRD、TG、SEM等微观试验,分析了水化作用机理。研究结果表明:水固比相同时,随CFBFA掺量的增加,浆料流动度、结石率增大,而密度、析水率和UCS减小;原材料配比相同时,随水固比增大,浆料析水率增加,流动度、密度、结石率及UCS减小;水固比与CFBFA掺量相同时,随SS与BFS比值增大,浆料密度与析水率增大,流动度、结石率与UCS减小;CFBFA掺量、水固比对浆料工作性能的影响均显著,且CFBFA、BFS掺量对UCS影响大;结石体28 d UCS试件中仅有A1组的小于0.6 MPa,且最大值达16.71 MPa。综合考虑浆料工作、力学性能,同时结合经济性,提出了公路路基、桥隧下伏采空区注浆材料的施工建议配合比。浆料水化产物主要为C—S—(A)—H、AFt及Ca(OH)2,减小水固比、增加SS与BFS掺量、提高试件养护龄期均可使水化产物(C—S—(A)—H、AFt)数量增多,试件更密实,UCS更高,且BFS掺量增加有助于Ca(OH)2二次水化和AFt等水化产物的生成。实际应用中,通过调整CFBFA、SS、BFS与FGD全固废注浆材料配合比,其工作性能及UCS均能满足相关规范的要求,用于采空区注浆是切实可行的。
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