一、引言
随着城市化进程的加速,市政道路工程中涉及大量狭窄空间回填、管沟回填和基坑回填等施工场景。传统填筑材料在这些场景中面临压实困难、质量难以保证等问题。流态固化土是一种具有自密实、自流平特性的新型填筑材料,可有效解决狭窄空间回填的压实难题。
利用生石灰作为碱激发剂激发矿粉制备流态固化土,是一条兼具性能优势和环保效益的技术路径。矿粉(粒化高炉矿渣粉)是钢铁工业的副产物,具有潜在的水硬性;生石灰提供碱性环境激发矿粉活性;硬石膏则提供SO₄²⁻促进钙矾石的形成。三者的协同作用可实现工业固废的高值化利用。

二、材料与试验方案
原材料包括矿粉(粒化高炉矿渣粉)、生石灰和硬石膏。通过正交试验确定固化剂的最佳配方。试验考察了固化剂掺量和水料比对流态固化土流动度、抗压强度、水稳性和抗渗性的影响,并通过微观分析揭示固化机理。
三、试验结果与分析
3.1 最佳配方的确定
试验结果表明,固化剂的最佳配方为m(矿粉):m(生石灰):m(硬石膏)=90:3:7。这一配方中,矿粉是主体材料(占90%),提供活性SiO₂和Al₂O₃;生石灰(3%)提供碱性激发环境;硬石膏(7%)提供SO₄²⁻,促进钙矾石(AFt)的生成。
3.2 强度特性
当固化剂掺量为10%、水料比为0.24时,流态固化土28d抗压强度达到9.59MPa。这一强度水平远高于常规石灰稳定土(通常0.6~1.5MPa),可满足多种道路基层和回填工程的强度要求。生石灰占比是影响流态固化土28d抗压强度的主要因素——生石灰提供的碱性环境是激发矿粉活性的关键。
3.3 工作性能与耐久性
固化剂掺量的增加虽会导致流态固化土流动度有所减小,但能提高流态固化土的水稳性、抗渗性,并降低其在干燥条件下的强度损失。这表明在满足施工流动度的前提下,适当提高固化剂掺量有利于提升长期耐久性。
3.4 微观固化机理
微观分析表明,固化剂的水化产物主要为钙矾石晶体(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)及水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶。在固化剂掺量为10%、水料比为0.24的条件下,所制备的固化土结构致密,水化产物填充了土壤孔隙,这是流态固化土高强度和高耐久性的微观根源。
四、工程应用前景
碱激发矿粉-生石灰流态固化土具有以下工程优势:自流平、自密实——适用于狭窄空间和复杂形状回填;高强度——28d强度可达9.59MPa;工业固废利用——大量消纳矿粉,降低水泥用量;施工便捷——可泵送施工,无需振捣。该技术特别适用于道路工程中的管沟回填、桥台背回填和狭窄基坑回填等场景。

五、结语
碱激发矿粉-生石灰流态固化土通过生石灰的碱性激发、矿粉的火山灰反应和硬石膏的钙矾石生成的协同作用,实现了高强度和高耐久性。最佳配方m(矿粉):m(生石灰):m(硬石膏)=90:3:7条件下,28d抗压强度达9.59MPa。该技术为工业固废资源化利用和道路工程填筑提供了新的技术方案。
