石灰-赤泥的“废物同盟”——两种工业废渣如何互相补齐耐久性短板

日期:2026-10-24 01:38 来源:润丰矿业 作者:赵明 浏览量:2

日期:2026-10-24 01:38 作者:赵明 浏览量:2

一、引言
赤泥的路用困境与建筑垃圾不同。建筑垃圾的问题是“界面不干净”,赤泥的问题是“本身太活跃”:高液限、高塑性指数、强碱性,遇水膨胀、失水收缩,单独压实后难以形成稳定的结构。石灰可以治赤泥的“活跃”,但纯石灰固化土在干湿和冻融循环下的耐久性并不理想,胶结产物在水分和温度的作用下逐渐损耗。

石灰-赤泥的组合,其有趣之处在于“互相补齐”。石灰为赤泥提供钙源和碱性激发环境,促使赤泥中的活性硅铝组分生成C-S-H凝胶;赤泥的化学组成(富含氧化铁、氧化铝和碱金属)反过来改变了胶结产物的稳定性和土体的孔隙结构,使复合固化土在干湿、冻融循环下的损伤程度低于纯石灰固化土。这不是简单的“石灰改良赤泥”,而是一个双向作用的体系。

二、耐久性优势的定量证据
石灰-赤泥固化土的耐久性优势,在干湿和冻融循环试验中得到了明确的量化。

强度衰减的对比。石灰-赤泥固化土的抗压强度随干湿、冻融循环次数的增加而降低,但干湿、冻融循环作用后,石灰-赤泥固化土的强度折损率、质量损失率和体积变化率均明显低于纯石灰固化土。质量损失率和体积变化率分别控制在0.52%至2.06%和0.62%至1.99%之间,这一量级说明循环作用对试件完整性的破坏是有限的。氢氧化钠的掺入进一步提升了强度,使固化土强度提高约204.6%至343.6%,说明体系的碱度是控制反应程度的关键变量。

微观机理的支撑。石灰-赤泥固化土的主要水化产物是水化硅酸钙(C-S-H)。核磁共振和X射线衍射分析显示,干湿循环会降低土体的孔隙体积,而冻融循环使大尺寸孔隙体积增加。这一差异揭示了两种循环的不同损伤路径:干湿循环以孔隙压缩和胶结产物重分布为主,冻融循环以冰晶生长撑开大孔隙为主。石灰-赤泥体系对这两种路径的抵抗能力均优于纯石灰体系,说明其胶结网络的结构完整性和水稳性更高。

与磷石膏的协同。水泥-石灰-磷石膏固化赤泥的研究提供了另一个维度的证据。在m水泥:m石灰:m磷石膏=8:2:2的最优配比下,7天无侧限抗压强度达到4.18 MPa,28天劈裂强度0.256 MPa、回弹模量1020 MPa,5次干湿和冻融循环后质量变化率小于2%、强度损失指数(BDR)超过80%。微观分析表明,磷石膏反应生成的钙矾石(AFt)填充了0.1至1 μm的孔隙,增强了强度;但过量的AFt会引起体积膨胀并产生1至10 μm的微裂纹孔隙,导致强度性能恶化。这一“填充有益、过量有害”的规律,是配比设计中必须尊重的边界。

三、配比逻辑:碱度、钙源与耐久性的三角
石灰-赤泥体系的配比设计,需要在三个变量之间寻找平衡:碱度决定反应的启动和速率,钙源决定胶凝产物的数量,赤泥比例决定体系对耐久性的贡献。

氢氧化钠的掺入使强度提高数倍,说明碱度是限制反应程度的首要因素。石灰的钙源供给需要与赤泥中活性组分的溶出速率匹配:钙不足则胶结产物有限,钙过量则可能以游离Ca(OH)₂形式存在,在干湿循环中溶解流失。赤泥的比例则影响体系的孔隙结构和化学环境:赤泥过多,有效钙浓度被稀释,胶结网络不连续;赤泥过少,其耐久性增强效应无法充分发挥。

磷石膏的引入增加了一个新的变量——钙矾石的生成量。8:2:2的配比在强度、模量和耐久性之间取得了平衡,但这一平衡对赤泥的来源和磷石膏的纯度敏感。赤泥的化学成分因铝土矿产地和工艺而异,磷石膏的可溶磷和氟含量也因磷酸工艺而异,配比不能简单套用。

四、环境安全:废物同盟不可回避的前提
赤泥的强碱性和潜在的重金属含量,使石灰-赤泥体系的环境安全性成为工程应用的前提。赤泥的pH值高,直接接触可能造成土壤碱化;赤泥中的重金属(如铬、钒)在碱性条件下可能以可溶形态存在。石灰的加入进一步提高了体系的pH,可能增加部分重金属的溶出风险,也可能通过生成难溶的氢氧化物或碳酸盐而降低溶出。这一“双刃”效应需要通过浸出试验来评估,而非假设“固化就是安全”。

磷石膏的引入还带来了可溶磷和氟的环境风险。钙矾石的生成可以固定部分硫酸盐,但可溶磷和氟的浸出行为需要独立监测。赤泥-石灰-磷石膏体系的“全固废”属性,不能成为豁免环境评估的理由。

五、结语
石灰-赤泥的“废物同盟”,其技术价值不在于“两种废渣一起用”的简单叠加,而在于二者在化学和结构上的互补:石灰提供碱度和钙源,启动胶凝反应;赤泥贡献活性组分和耐久性增强效应,使复合固化土在干湿、冻融循环下的损伤程度低于纯石灰体系。强度折损率、质量损失率和体积变化率的降低,C-S-H凝胶的生成,以及磷石膏体系中钙矾石“填充有益、过量有害”的规律,共同勾勒出这一体系的性能边界。但赤泥的碱性和重金属、磷石膏的可溶磷和氟,是“废物同盟”必须通过环境评估来回答的问题。固废路基的可行性,最终不取决于强度数字有多高,而取决于环境账本是否经得起检验。

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