石灰-钢渣复合稳定土的路用性能与协同增强机理

日期:2026-08-13 03:46 来源:润丰矿业 作者:赵明 浏览量:12

日期:2026-08-13 03:46 作者:赵明 浏览量:12

一、引言
我国每年钢渣产量超过1亿吨,综合利用率不足30%,大量堆存造成土地占用和环境污染。钢渣含有硅酸二钙(C₂S)、硅酸三钙(C₃S)等与水泥熟料相似的矿物成分,具有潜在的水硬性和胶凝性。将钢渣与石灰复合用于土体稳定,理论上可实现“石灰提供碱性激发+钢渣提供活性组分”的协同增强效应。

二、材料与试验方案
试验用土为低液限黏土。石灰采用Ⅲ级消石灰。钢渣取自某钢铁企业转炉钢渣,经磁选除铁、破碎筛分后使用,设置不同粒径组别(0~5mm、5~10mm、10~20mm)。

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设置钢渣掺量(0%、10%、20%、30%、40%)和石灰掺量(2%、4%、6%)的组合方案。开展重型击实试验、7d和28d无侧限抗压强度试验、变水头渗水试验以及干缩试验。

三、试验结果与分析
击实特性:当石灰掺量不变时,随着钢渣掺量的增加,钢渣石灰稳定土的最大干密度逐渐增大,最佳含水量逐渐减小。钢渣颗粒较硬且棱角分明,在压实过程中可形成更紧密的骨架结构,有利于提高压实密度。

强度特性:对于石灰-钢渣稳定土的初期抗压强度,石灰含量影响最大,钢渣影响较小;但对于后期抗压强度,钢渣掺量的影响明显增强,且钢渣粒径大小对后期强度增长速率的影响较大。这一规律表明:早期强度主要依赖石灰的离子交换和初步火山灰反应,后期钢渣中活性矿物的水化反应逐渐发力,与石灰的火山灰反应形成互补增强。

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与常规填料的对比:在掺2%石灰的条件下,掺10%钢渣的石灰钢渣土强度略小于4%石灰土和3%水泥土,但CBR值却大于4%石灰土。当钢渣掺量达到30%时,强度和CBR值均大于4%石灰土和3%水泥土。石灰-钢渣稳定土完全满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)和《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)的要求。

水稳定性与抗裂性:渗水试验表明,钢渣的微集料填充效应可有效降低稳定土的渗透系数。干缩试验表明,适量钢渣掺入形成的刚性骨架可约束土体的干缩变形。

四、协同增强机理
石灰-钢渣复合稳定的协同效应体现在三个层面:物理层面,钢渣作为刚性骨架颗粒改善颗粒级配、提高压实密度;化学层面,石灰水化提供碱性环境,激发钢渣中C₂S、C₃S等活性矿物的水化反应,生成额外的C-S-H凝胶;经济层面,钢渣替代部分石灰,降低材料成本,同时实现固废资源化利用。

五、结语
石灰-钢渣复合稳定土通过物理骨架增强和化学胶凝协同的双重作用,在强度、CBR和水稳定性方面均表现出优良性能。钢渣掺量达30%时,强度和CBR值均优于4%石灰土。该技术为钢渣产区的公路建设提供了一条经济环保的路基填料方案,具有广阔的推广应用价值。

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