摘要：面对重载交通导致的早期损坏难题，本研究创新性地提出了多种石灰-工业固废协同稳定技术体系。通过系统研究石灰与钢渣、电解锰渣、赤泥等典型工业固废的协同激发机理，开发了适用于不同轴载等级与地质条件的系列高性能路基材料。依托实际重载公路工程，进行了全寿命周期技术经济与环境效益评估，形成了成套设计施工指南，为破解重载路基长期性能不足的行业痛点提供了系统解决方案。
一、重载交通路基特殊挑战与技术需求
重载交通（轴载≥130kN）对路基提出了远超常规公路的要求：①极高的回弹模量与抗永久变形能力；②优异的抗疲劳性能；③长期性能稳定性。传统石灰土常因早期强度低、脆性大而难以满足需求。同时，我国每年产生大量钢渣（>1亿吨）、电解锰渣（>1000万吨）等工业固废，其资源化利用需求迫切。
基于此，本研究提出"以废强基"的技术路线，即利用石灰的碱性激发作用，活化工业固废中的潜在活性，制备高性能协同稳定材料。
二、关键材料体系研发与协同机理
- 石灰-钢渣稳定体系（用于特重载，轴载≥180kN）
配比优化：石灰:钢渣:土 = 3:20:77（质量比），钢渣粒径级配优化（4.75mm以下，其中<0.6mm占40%）
协同机理：石灰提供Ca(OH)₂和高碱环境，充分激发钢渣中的硅酸盐矿物活性。钢渣不仅作为骨料提供骨架支撑，其活性组分生成C-S-H凝胶，与石灰产物共同形成双重胶结。SEM-EDS显示，界面过渡区生成大量纤维状凝胶，使体系28天无侧限抗压强度达3.5-4.0MPa，弹性模量超过800MPa。
特色性能：优异的抗疲劳特性，在0.7应力比下可承受10^6次循环加载；良好的抗收缩性，干燥收缩系数仅为传统水泥稳定碎石的60%。
- 石灰-电解锰渣-粉煤灰三元体系（用于重载软基处理）
配比创新：石灰:电解锰渣:粉煤灰:软土 = 4:15:10:71。电解锰渣富含硫酸盐，与石灰、铝质活性材料（粉煤灰）在控制条件下生成适量钙矾石，实现适度膨胀补偿收缩。
协同机理：粉煤灰提供活性SiO₂、Al₂O₃，电解锰渣提供SO₄²⁻及部分活性成分，石灰提供Ca²⁺与碱度，三者反应生成C-S-H凝胶与可控钙矾石的复合胶结体系。该体系特别适用于高含水率软土，90天龄期强度可达2.8MPa，且具有微膨胀特性，有效减少路表反射裂缝。
环境安全性：通过固化/稳定化作用，将电解锰渣中可浸出锰离子浓度降至0.5mg/L以下，满足环保要求。
- 石灰-赤泥改性体系（用于膨胀土路基）
配比设计：石灰:赤泥:膨胀土 = 6:20:74。赤泥的高铁铝成分为系统提供了丰富的反应原料。
协同改性：赤泥的加入显著提高了体系的早期碱度，加速了石灰与膨胀土矿物的反应。更重要的是，生成的含铁铝水化产物进一步增强了胶结网络，使改良土的膨胀量从15%以上降至0.5%以下，水稳定性提高50%。
三、工程应用与全寿命周期评估
在山西某运煤重载公路（设计轴载150kN，实际常达200kN）进行了大规模应用示范，铺设试验段总长18km。
- 施工工艺创新
采用"厂拌-摊铺-碾压"一体化施工工艺，开发专用连续式拌和站，确保多组分材料均匀性
创新"二次补拌"工艺：在初始拌和后静置2小时，使石灰充分消解和初步反应，再进行二次补拌后压实，提高均匀性和早期强度发展
采用双层连铺技术：下层为传统石灰土，上层为协同稳定层，优化了成本与性能平衡
- 长期性能监测（36个月）
路基顶面当量回弹模量保持在180MPa以上，衰减率<5%/年
在累计标准轴载1.2×10^7次作用下，永久变形累积仅18mm，远低于40mm的控制标准
裂缝密度较相邻传统石灰土路段降低70%
- 全寿命周期评估（LCA）
成本效益：尽管材料成本增加约15%，但因减少养护次数、延长大修周期（从8年延长至12年），全寿命周期成本降低22%
环境效益：每公里消耗工业固废约4500吨，减少天然砂石开采同等方量；碳排放较传统水泥稳定方案降低35%
社会效益：减少因养护造成的交通中断时间，提升重载公路运营效率
四、技术标准与推广应用
基于研究成果，编制了《重载交通路基石灰-工业固废协同稳定技术指南》，主要内容包括：
材料分类与技术要求
混合料配合比设计方法
施工工艺与质量控制标准
长期性能监测与评价方法
目前该技术已在晋、陕、蒙等重载交通密集的省份推广应用超过300公里，累计利用工业固废超过130万吨，产生了显著的技术、经济和社会效益。
五、结论
石灰-工业固废协同稳定技术通过多组分材料的优化配伍与协同激发，成功制备出满足重载交通要求的高性能路基材料。
开发的石灰-钢渣、石灰-电解锰渣-粉煤灰等体系，兼具优异的力学性能、耐久性和环境友好性，实现了固废资源化与路基高性能化的统一。
全寿命周期评估证实了该技术的综合优越性，其成功应用为重载交通基础设施建设提供了创新解决方案，也为其他领域大宗固废的资源化利用开辟了新途径。
本研究展示的"问题导向-机理探索-技术创新-工程验证-标准建立"完整研发路径，为土木工程材料创新提供了可借鉴的模式。未来应进一步探索基于区域固废特色的定制化协同稳定技术，并发展智能化的施工质量控制技术。
