一、引言
我国南方甘蔗产区每年产生大量甘蔗渣灰,其主要成分为SiO₂(含量可达60%~80%),具有较高的比表面积和潜在的火山灰活性。传统上,甘蔗渣灰多作为废弃物处置,不仅占用土地,还造成资源浪费。与此同时,南方地区广泛分布的软质黏土因含水量大、难压实、荷载下易变形、稳定性差,直接用作路基填料存在显著风险。
将甘蔗渣灰与石灰复配用于软质黏土稳定,理论上可实现“石灰的离子交换+甘蔗渣灰的火山灰效应”的协同增强。甘蔗渣灰中丰富的活性SiO₂在石灰提供的碱性环境中可发生火山灰反应,生成C-S-H等胶凝物质,与石灰的胶凝作用形成互补。本文通过系统的室内试验,对这一新型复合稳定技术进行验证与评价。

二、材料与试验方案
试验用土为南方典型软质黏土,天然含水率高(高于最优含水率)、塑性指数大。石灰采用Ⅲ级消石灰,有效氧化钙加氧化镁含量不低于55%。甘蔗渣灰取自某糖厂锅炉燃烧废渣,经烘干、粉磨后使用,其SiO₂含量约65%。
试验设置了石灰与甘蔗渣灰的不同复配比例:石灰掺量2.5%、5%、7.5%,甘蔗渣灰掺量2.5%、5%、7.5%。通过界限含水率试验、稠度试验、击实试验和CBR试验对复合稳定效果进行综合评价。
三、试验结果与分析
3.1 稠度改善效果
界限含水率试验和稠度试验结果表明,单掺7.5%甘蔗渣灰可使软质黏土的液限和塑性指数分别提高28%和42%。掺2.5%石灰与7.5%甘蔗渣灰可使液限提高40%。当采用2.5%石灰与2.5%甘蔗渣灰的组合时,软质黏土的可塑性大幅度降低,对稠度的改善效果达到最优。
这一改善效果的机理在于:石灰的Ca²⁺离子交换作用压缩了黏土颗粒的双电层,降低了土颗粒的亲水性;甘蔗渣灰的微细颗粒填充了土体孔隙,优化了颗粒级配。二者的协同作用使土体的稠度状态得到显著改善。
3.2 承载力提升效果
CBR试验是评价路基填料承载能力的关键指标。在5%石灰与2.5%甘蔗渣灰的组合条件下,软质黏土的CBR值可提高69%。这一提升幅度远高于同等掺量下单一石灰稳定的效果,证实了甘蔗渣灰的火山灰反应对土体强度的实质性贡献。甘蔗渣灰中的活性SiO₂在石灰提供的碱性环境中发生溶解、水化,与Ca²⁺反应生成C-S-H凝胶,填充了土颗粒间的孔隙,将分散的土颗粒胶结成整体,从而显著提高了土体的承载能力。
3.3 经济与环境效益
甘蔗渣灰作为农业废弃物,本身没有生产成本,其使用仅需承担收集、运输和预处理费用。将其与石灰复合使用,可减少石灰用量约50%,显著降低工程材料成本。同时,该技术为甘蔗渣灰的资源化利用提供了可行途径,符合绿色交通建设的发展方向。
四、工程应用建议
甘蔗渣灰-石灰复合稳定技术适用于甘蔗产区道路工程中的软基处理。建议优先采用5%石灰+2.5%甘蔗渣灰的组合以获取最大的承载力提升,或采用2.5%石灰+2.5%甘蔗渣灰的组合以获取最佳的稠度改善效果。施工中应确保甘蔗渣灰充分粉磨并与石灰、土体均匀拌和。
五、结语
甘蔗渣灰与石灰的复合稳定,通过离子交换、火山灰反应和微集料填充的协同作用,显著改善了软质黏土的稠度和承载力。2.5%石灰+2.5%甘蔗渣灰的组合在稠度改善方面效果最佳;5%石灰+2.5%甘蔗渣灰的组合在承载力提升方面贡献最大,CBR值可提高69%。这一研究为农业生物质废料在道路工程中的高值化利用提供了可靠的技术依据。
