黃偉 張耄耋 張麗 唐鋼 趙魯卿 王宗森

摘要：以雜填土、鋼渣、礦渣微粉為原料，采用土體固化技術(shù)混拌制備鋼渣-雜填土基層材料。開展鋼渣、混凝土破碎料、素土等主料對(duì)基層材料強(qiáng)度的耦合影響試驗(yàn)，構(gòu)建回歸模型，得到主料最優(yōu)摻入比例，試驗(yàn)驗(yàn)證表明，回歸模型預(yù)測(cè)值誤差小于2%；以鋼渣、混凝土破碎料、水泥、固化劑為因素開展正交試驗(yàn)，得到的最優(yōu)結(jié)果與強(qiáng)度耦合影響試驗(yàn)基本一致，從而確定鋼渣-雜填土最優(yōu)配合比。最優(yōu)配合比試件試驗(yàn)結(jié)果表明：鋼渣-雜填土強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)顯著提升，30 d高溫水浴膨脹率僅為1.03%。X射線衍射分析（XRD）及掃描電子顯微鏡（SEM）測(cè)試表明：礦渣微粉中SiO 2與鋼渣中f-CaO反應(yīng)生成水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠，同時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤固化劑對(duì)土體的改性可有效抑制鋼渣膨脹；C-S-H凝膠填充于混凝土破碎料、鋼渣、土顆粒間，增加了鋼渣-雜填土基層材料密實(shí)度，使其強(qiáng)度得以提高。

關(guān)鍵詞：道路工程；鋼渣-雜填土；強(qiáng)度試驗(yàn)；微觀結(jié)構(gòu)中

圖分類號(hào)：TU521.3；U414 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2022）06-0012-10

Experimental study on optimization of mix ratio for steel slag-miscellaneous fill base material

HUANG Wei 1，ZHANG Maodie 1，ZHANG Li 1，TANG Gang 1，ZHAO Luqing 2，WANG Zongsen 2（1.Institute of Civil Engineering，Anhui University of Technology，Maanshan 243032，Anhui，P.R.China；

2.Anhui Maanshan Jiahua New Building Materials Co.，Ltd.，Maanshan 243000，Anhui，P.R.China）

Abstract：Miscellaneous fill，steel slag，and slag powder were mixed to prepare steel slag-miscellaneous fill base material by soil solidification.Firstly，coupling influence test of main materials including steel slag，concrete crushed material and plain soil on the strength of base materials were conducted，regression model was established to obtain optimal mixing ratio.Experimental verification shows that the prediction error was within2%.Secondly，the orthogonal test was carried out with steel slag，concrete crushing material，cement as well as curing agent as the factors，and the optimal results obtained were basically consistent with the strength coupling influence test.Thus，the optimal mix ratio of steel slag and miscellaneous fill was determined.The test results of the optimal sample showed that the strength increased significantly with age，which presented expansion rate of 1.03%after treatment 30 d high temperature water bath.X-ray diffraction analysis（XRD）and scanning electron microscope（SEM）test results show that SiO 2 in slag powder reacted with f-CaO in steel slag to form hydrated calcium silicate gel（C-S-H）.It was also confirmed that the modification of the soil solidification agent to the soil can effectively prevent the expansion of steel slag;C-S-H gel is filled in the space of the broken concrete，steel slag as well as soil particles to increase the compactness of the steel slag-miscellaneous fill base material and thus enhance its strength.

Keywords：road engineering；steel slag-miscellaneous fill；strength test；microstructure

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和國(guó)家環(huán)境整治力度的逐步加大，諸如鋼渣、建筑垃圾等固體廢棄物排放所造成的土地占用、環(huán)境污染、治理成本攀升等[1-2]已成為當(dāng)前亟待解決的重要問題。充分發(fā)揮鋼渣、建筑垃圾等固體廢棄物材料特性，通過技術(shù)處理手段，使之應(yīng)用于道路工程領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)固廢資源大宗回用的重要途徑。建筑垃圾雜填土是由渣土、廢舊混凝土、磚瓦石塊等廢棄物組成的一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成分多樣的特殊土，具有親水性強(qiáng)、成分復(fù)雜等工程特性。研究發(fā)現(xiàn)，建筑垃圾作為回填料時(shí)，在適當(dāng)條件下，其抗壓強(qiáng)度與水固比和灰砂比之間擁有較好的冪指數(shù)關(guān)系[3]；當(dāng)作為再生混凝土骨料適量摻入時(shí)，混凝土力學(xué)性能滿足道路面層要求，但當(dāng)摻量超過50%時(shí)，再生混凝土抗折強(qiáng)度顯著降低[4]。鋼渣具有潛在膠凝性，能夠提高土體混合料的整體性及力學(xué)性能[5]，但其安定性較差，所含f-CaO等成分會(huì)引起體積膨脹，直接應(yīng)用于道路工程中存在風(fēng)險(xiǎn)[6-8]。近年來，隨著土壤固化研究的發(fā)展[9-13]，結(jié)合土體固化技術(shù)復(fù)摻制備鋼渣混合土基層材料取得了一定的進(jìn)展，所制備的材料力學(xué)性能優(yōu)異、體積安定性良好，滿足規(guī)范關(guān)于高等級(jí)公路特重交通路面基層強(qiáng)度要求[14-15]。

筆者將雜填土、鋼渣、礦渣微粉等復(fù)摻混拌制備鋼渣—雜填土基層材料并開展配合比優(yōu)化試驗(yàn)研究?？紤]到材料內(nèi)部耦合影響較為復(fù)雜，相關(guān)研究文獻(xiàn)也較少，首先參考混料設(shè)計(jì)方法[16-17]開展鋼渣、素土、混凝土碎料等主料對(duì)基層材料強(qiáng)度耦合影響試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上以固化劑、水泥、混凝土破碎料、鋼渣等為因素開展正交試驗(yàn)，進(jìn)一步探討鋼渣雜填土優(yōu)化配合比。

1 原材料與試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 原材料

1.1.1 雜填土 為便于定量分析，雜填土采用廢舊混凝土破碎料和素土拌制而成。素土選自安徽省馬鞍山市某建筑工地的回填土，液塑限測(cè)定結(jié)果：液限（W L）為44.7%，塑限（W P）為22.1%，塑性指數(shù)I P為22.6；土體性質(zhì)為低液限黏土。混凝土破碎料為某項(xiàng)目改造工地拆除的混凝土，取破碎后過4.75 mm標(biāo)準(zhǔn)篩的篩下料，主要成分及含量如表1所示。

1.1.2 鋼渣 試驗(yàn)采用馬鞍山鋼鐵股份公司產(chǎn)出的熱悶渣，堆放時(shí)間不足1月，取過4.75 mm標(biāo)準(zhǔn)篩的篩下料。采用XRF測(cè)試對(duì)鋼渣化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

1.1.3 礦渣微粉 礦渣微粉采用馬鋼嘉華新型建材公司生產(chǎn)的S95級(jí)高爐礦渣微粉，其表觀密度為2900 kg/m 3，比表面積為400 m 2/kg，主要成分見表3。

1.1.4 水泥 水泥采用安徽海螺42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積為332 m 2/kg，初凝時(shí)間為270 min，終凝時(shí)間為390 min，各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

1.1.5 土壤固化劑 試驗(yàn)所用土壤固化劑為中國(guó)產(chǎn)易孚森離子型土壤固化劑，以1∶200用水稀釋后使用，凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)比為108.1%，抗壓強(qiáng)度比為139.3%，水穩(wěn)定性系數(shù)比為115.3%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足土壤固化外加劑的要求。

1.2 材料制備與試驗(yàn)內(nèi)容

材料制備步驟見圖1。按內(nèi)摻計(jì)量法將鋼渣—雜填土主料鋼渣、雜填土（混凝土破碎料與素土按不同比例配制）拌和得到初拌料；在初拌料中摻入礦渣微粉得到中間料；按照外摻計(jì)量法將土壤固化劑和水泥分別摻入，得到鋼渣—雜填土混合料。

擊實(shí)試驗(yàn)：依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123—2019）[18]中擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，利用CSK-VI型擊實(shí)儀，選擇重型II-2方法，確定各配合比下鋼渣—雜填土最大干密度及最佳含水率。

強(qiáng)度試驗(yàn)：依據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）[19]制備試件，試驗(yàn)所用圓柱體試件尺寸為50 mm×50 mm，用于測(cè)試7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度。

安定性試驗(yàn)：依據(jù)《鋼渣穩(wěn)定性檢測(cè)方法》（GB/T 24175—2009）[20]，開展試驗(yàn)組與對(duì)照組的安定性檢測(cè)，以10 d高溫水浴膨脹率進(jìn)行評(píng)判，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件成型，圓柱體試件尺寸為152mm×170 mm，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。

X射線衍射試驗(yàn)：采用德國(guó)SMARTAPEXⅡ型Cu靶X射線衍射儀測(cè)試養(yǎng)護(hù)28 d的鋼渣混合土最優(yōu)配合比試件及其同配合比干粉混合料樣品圖譜，掃描范圍2θ為5°～80°，掃描速率為0.01（°）/s。

掃描電鏡（SEM）試驗(yàn)：采用日本JSM-6490LV型掃描電鏡進(jìn)行微觀形貌測(cè)試，分析鋼渣—雜填土膨脹抑制原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化及強(qiáng)度增長(zhǎng)機(jī)制。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

1.3.1 主料耦合影響試驗(yàn)設(shè)計(jì) 參考混料設(shè)計(jì)方法[16-17]，將鋼渣（X）、混凝土破碎料（Y）、素土（Z）等作為主料，開展主料對(duì)鋼渣—雜填土基層材料強(qiáng)度耦合影響試驗(yàn)，其中，礦渣微粉為鋼渣摻入量的40%，土壤固化劑為0.020%、水泥為5%。鋼渣摻量占比范圍取30%～60%，雜填土摻量占比范圍取40%～70%，其中，混凝土破碎料在雜填土中摻量占比范圍取30%～70%，具體配合比見表4，表中Y n1 Z n2下標(biāo)n 1、n 2分別為混凝土破碎料與素土在雜填土中的占比，n 1+n 2=1。

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 基于主料耦合影響試驗(yàn)結(jié)果，以鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及28 d間接抗拉強(qiáng)度為目標(biāo)，將固化劑（A）、水泥（B）、混凝土破碎料（C）、鋼渣（D）作為因素，每一因素取3個(gè)水平，開展4因素3水平正交試驗(yàn)，各組配合比中礦渣微粉摻量均取為定值，并按摻入鋼渣質(zhì)量的40%計(jì)，正交因素水平表見表5。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 配合比試驗(yàn)

2.1.1 主料耦合影響試驗(yàn) 通過擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得主料耦合影響各配合比最佳含水率和最大干密度，并據(jù)此開展7 d無(wú)側(cè)限抗壓、28 d間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。主料耦合影響試驗(yàn)結(jié)果見表6，對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式方程回歸擬合，得到鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d間接抗拉強(qiáng)度回歸擬合公式，分別見式（1）、式（2）。

R c=-115.278 X+20.515 Y+111.82 Z+1.7866 XY-0.0371 XZ-1.0329 YZ-0.0164 XYZ+0.0357 XY（X-Y）+0.0460 XZ（X-Z）+0.0126 YZ（Y-Z）（1）

R i=-14.092 X+1.1828 Y+8.5093 Z+0.3121 XY+0.1791 XZ+0.074 YZ-0.0088 XYZ+0.0043 XY（X-Y）+0.0045 XZ（X-Z）+0.0017 YZ（Y-Z）（2）

7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度的回歸模型分析見表7、表8，從表中可以看出：模型P值均小于0.0001，表明兩個(gè)模型均極其顯著，模型決定系數(shù)R 2值與矯正決定系數(shù)R 2 Adj值也較為接近，均大于0.95，表明三次項(xiàng)模型中預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)真實(shí)值之間的相關(guān)性很高，模型可以用來預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果；

7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d間接抗拉強(qiáng)度模型變異系數(shù)（C.V.%）分別為4.47%、2.40%，表明兩個(gè)模型置信度均較高，能夠較好地反映真實(shí)試驗(yàn)值。從表7中可以發(fā)現(xiàn)，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度交互系數(shù)P值的排序?yàn)閄Y>XZ>YZ，即XY的交互作用對(duì)7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響最大；而表8中XY、XZ交互系數(shù)P值均小于0.0001，YZ的交互系數(shù)P值為0.0058，高于XY和XZ，表明YZ的交互作用對(duì)28 d間接抗拉強(qiáng)度的影響最小。

由各配合比7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果得到的等高線圖和響應(yīng)面圖分別見圖2、圖3。從圖中可以看出：抗壓強(qiáng)度與間接抗拉強(qiáng)度的響應(yīng)面圖形特征大致相同，均呈曲面趨勢(shì)，說明主料之間存在耦合交互作用，并有峰值出現(xiàn)。采用數(shù)據(jù)分析軟件的優(yōu)化功能，以7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d間接抗拉強(qiáng)度的最大值為雙控目標(biāo)進(jìn)行配合比推優(yōu)，得出最優(yōu)結(jié)果為鋼渣摻量51.98%，混凝土破碎料摻量28.44%，素土摻量19.57%，外摻鋼渣質(zhì)量40%的礦渣微粉、5%的水泥和0.020%的離子型土壤固化劑，其7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為11.55 MPa，28 d間接抗拉強(qiáng)度為2.026MPa。對(duì)最優(yōu)結(jié)果開展3次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到實(shí)際7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)平均值分別為11.75、2.012 MPa，與回歸模型預(yù)測(cè)值誤差小于2%。

2.1.2 正交試驗(yàn) 通過擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得正交試驗(yàn)各配合比最佳含水率和最大干密度，并據(jù)此開展7 d無(wú)側(cè)限抗壓、28 d間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表9?？箟簭?qiáng)度、間接抗拉強(qiáng)度極差分析結(jié)果見表10。從表10及圖4可以看出：土壤固化劑（A）摻量由0.016%增至0.020%時(shí)，鋼渣雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度增幅明顯；摻量大于0.020%后，增幅幾乎持平，因此，固化劑最佳摻量確定為0.020%。水泥（B）摻量由3%增至5%時(shí)，鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度提升效果明顯，超過5%后增勢(shì)略有減緩，考慮到成本控制，將水泥摻量確定為5%。鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度隨混凝土破碎料（C）在雜填土中占比的增加呈先增長(zhǎng)后下降趨勢(shì)，在占比為60%時(shí)出現(xiàn)峰值，表明C在混合料中具有骨料特性，摻量占比較少時(shí)可起到骨架支撐作用，有利于試件強(qiáng)度提升；但摻量占比較大時(shí)會(huì)影響試件密實(shí)度，導(dǎo)致試件強(qiáng)度有所降低。鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度隨鋼渣（D）摻量的增加亦呈先增長(zhǎng)后下降態(tài)勢(shì)，在摻量為50%時(shí)出現(xiàn)峰值，其原因?yàn)椋?）與C影響相同，鋼渣具有骨料特性；2）與鋼渣具有潛在膠凝性有關(guān)，在水泥水化產(chǎn)生的堿環(huán)境作用下，鋼渣中f-CaO、C 2 S、C 3 S與礦渣微粉中SiO 2反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠（C-S-H），有利于試件強(qiáng)度提升。當(dāng)鋼渣摻量較小時(shí)，二者共同作用，對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生有利影響，使得試件強(qiáng)度上升；但隨著鋼渣摻量增加，前者對(duì)強(qiáng)度的不利影響逐漸增大并開始超越后者的有利影響，試件強(qiáng)度出現(xiàn)峰值并下降。故根據(jù)鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度正交試驗(yàn)極差分析并綜合考慮上述因素，確定正交試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)果為A 2 B 2 C 2 D 2。

比較主料耦合強(qiáng)度影響試驗(yàn)與正交試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，兩者配合比最優(yōu)結(jié)果非常接近，兩種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式結(jié)果得到相互印證?？紤]到便于試驗(yàn)及實(shí)際工程應(yīng)用，可將50%雜填土（混凝土破碎料：素土=6：4）和50%鋼渣，外摻鋼渣質(zhì)量40%的礦渣微粉、5%的水泥和0.020%的離子型土壤固化劑組成的配合比確定為鋼渣—雜填土最優(yōu)配合比。

2.2 安定性及齡期影響

2.2.1 安定性 對(duì)鋼渣—雜填土最優(yōu)配合比試件開展30 d 90℃高溫水浴膨脹率試驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，鋼渣—雜填土膨脹率在前5 d增長(zhǎng)較快，之后增長(zhǎng)速率逐漸減小，12 d后幾乎不再增長(zhǎng)，30 d膨脹率試驗(yàn)結(jié)果為1.03%，指標(biāo)滿足《鋼渣集料混合料路面基層施工技術(shù)規(guī)程》（YB/T 4184—2018）[21]中對(duì)于鋼渣混合料的安定性要求。

2.2.2 齡期影響 對(duì)鋼渣—雜填土最優(yōu)配合比試件在不同齡期下進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見表11。從表中可以看出，試件強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)呈早期增速較快，齡期28 d強(qiáng)度達(dá)到19.33 MPa之后增速趨緩。

2.3 XRD分析

將最優(yōu)配合比作為試驗(yàn)組（鋼渣摻量50%），基于最優(yōu)配合比調(diào)整鋼渣摻量分別為30%、10%作為對(duì)照組，養(yǎng)護(hù)90 d后進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)，結(jié)果見圖6（a）。由圖中可以看出：試驗(yàn)組試樣在衍射角度為28.04°、39.48°、68.18°時(shí)的C-S-H衍射特征峰均高于對(duì)照組，說明試驗(yàn)組C-S-H晶體結(jié)構(gòu)較完整；由衍射角度分別為20.86°、26.68°、50.18°、60.02°的SiO 2衍射特征峰可以看出，衍射峰值隨鋼渣摻量增大而降低，說明試驗(yàn)組有更多的SiO 2參與反應(yīng)；試驗(yàn)組在18.22°出現(xiàn)Ca（OH）2特征峰，由水泥及鋼渣中的f-CaO水化生成，但峰值強(qiáng)度不高。

按照最優(yōu)配合比備料，將加水發(fā)生固化反應(yīng)分別養(yǎng)護(hù)7、90 d的試樣作為試驗(yàn)組，未加水干粉混合料（養(yǎng)護(hù)0 d）的試樣作為對(duì)照組，進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)，結(jié)果見圖6（b）。由圖中可以看出：對(duì)照組試樣在衍射角27.54°時(shí)有較為明顯的鈣長(zhǎng)石（CaO·Al 2 O 3·2SiO 2）特征峰，但試驗(yàn)組此特征峰消失，說明該晶體結(jié)構(gòu)在固化反應(yīng)過程中逐漸被消解；對(duì)照組f-CaO特征峰（32.38°、37.68°）較為明顯，經(jīng)過固化反應(yīng)后，試驗(yàn)組的f-CaO衍射強(qiáng)度明顯降低。同時(shí)，相較于對(duì)照組，試驗(yàn)組的SiO 2特征峰在50.9°時(shí)顯著降低，表明在水泥水化作用下干粉混合料礦渣微粉中SiO 2與鋼渣中f-CaO反應(yīng)，共同生成水化硅酸鈣凝膠（C-S-H）特征峰（28.04°、39.48°、68.18°），試驗(yàn)組在養(yǎng)護(hù)7、90 d時(shí)均出現(xiàn)了C-S-H特征峰，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，晶體完整度更高。

2.4 掃描電鏡觀察

基于最優(yōu)配合比，分別對(duì)養(yǎng)護(hù)周期為7、28、60、90 d的鋼渣—雜填土試樣進(jìn)行SEM微觀形貌掃描試驗(yàn)，結(jié)果見圖7。由圖7及表11可知：在養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，鋼渣—雜填土離子型土壤固化劑使得土體表面由親水性變?yōu)樵魉?，土壤顆粒、混凝土破碎料、鋼渣顆粒等形成團(tuán)聚體在外力作用下易相互靠近、堆疊，但內(nèi)部孔隙仍相對(duì)較多，材料強(qiáng)度主要由部分水泥水化及土壤固化劑對(duì)土壤顆粒改性后的團(tuán)聚體壓密形成。當(dāng)養(yǎng)護(hù)周期為28～60 d時(shí)，水泥基本完全水化，在堿性條件下，鋼渣中的f-CaO、C 2 S、C 3 S與礦渣微粉中活性二氧化硅（SiO 2）生成了網(wǎng)狀的水化硅酸鈣iCaO·mSiO 2·nH 2 O（即C-S-H凝膠），鋼渣潛在的膠凝性、混凝土破碎料的粉末活性逐漸被激發(fā)，出現(xiàn)針棒狀的鈣礬石，填充于團(tuán)聚體顆粒之間，既可支撐團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，又使得團(tuán)聚體更加密實(shí)，材料強(qiáng)度提升的同時(shí)亦可有效避免鋼渣中f-CaO充分水化所產(chǎn)生的體積膨脹。養(yǎng)護(hù)至60 d時(shí)，形成了更多珊瑚狀、片狀結(jié)構(gòu)，材料顆粒之間的過渡區(qū)界面孔隙基本被完全填充，強(qiáng)度進(jìn)一步提升。養(yǎng)護(hù)至90d時(shí)，鋼渣—雜填土結(jié)構(gòu)中的C-S-H較60 d時(shí)仍在增多，緊密填充于團(tuán)聚體孔隙中并對(duì)團(tuán)聚體進(jìn)行再擠壓，試樣中已無(wú)明顯孔隙，混凝土破碎料及鋼渣顆粒被充分包裹。

此外，在試件養(yǎng)護(hù)過程中，混凝土破碎料中的內(nèi)部玻璃體含有一定量的可溶性SiO 2、Al 2 O 3，其表面Si—O、Al—O易斷裂水化生成C-S-H、C-A-H，附著于混凝土破碎料顆粒表面，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得混凝土破碎料與土體、鋼渣間的團(tuán)聚體孔隙更?。煌瑫r(shí)，礦渣微粉所產(chǎn)生的火山灰反應(yīng)可改善鋼渣—雜填土中各種材料過渡區(qū)的富集效應(yīng)，減小Ca（OH）2晶體的尺寸，界面過渡區(qū)的孔隙被樹枝狀的鈣礬石和網(wǎng)絡(luò)狀、片狀的C-S-H填充與擠壓，多晶化、多孔化的現(xiàn)象被消除，分割了極為脆弱的破壞區(qū)，使鋼渣—雜填土保持強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)及水穩(wěn)性能。

3 結(jié)論

以未經(jīng)陳化處理的鋼渣為對(duì)象，結(jié)合土體固化技術(shù)，將雜填土與鋼渣進(jìn)行混拌，開展鋼渣—雜填土基層材料試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

1）通過鋼渣—雜填土主料耦合影響試驗(yàn)得到了鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d間接抗拉強(qiáng)度回歸擬合方程及響應(yīng)面圖形，模型顯著性較高；以7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d間接抗拉強(qiáng)度最大值為雙控目標(biāo)，得出最優(yōu)結(jié)果為鋼渣摻量51.98%，混凝土破碎料摻量28.44%，素土摻量19.57%，外摻鋼渣質(zhì)量40%的礦渣微粉、5%的水泥和0.020%的離子型土壤固化劑；以最優(yōu)配合比進(jìn)行的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與回歸模型預(yù)測(cè)值誤差小于2%。

2）通過正交試驗(yàn)和極差分析得出：鋼渣—雜填土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28 d間接抗拉強(qiáng)度的影響順序?yàn)椋核?gt;土壤固化劑>鋼渣>混凝土破碎料；

正交試驗(yàn)與主料耦合影響試驗(yàn)的最優(yōu)結(jié)果基本一致，最終確定50%鋼渣、50%雜填土（Y 0.6 Z 0.4），外摻鋼渣質(zhì)量40%的礦渣微粉、5%的水泥和0.020%的離子型土壤固化劑為鋼渣—雜填土基層材料的最優(yōu)配合比組，其7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為11.93 MPa，28 d間接抗拉強(qiáng)度為2.05 MPa。

3）對(duì)鋼渣—雜填土最優(yōu)配合比進(jìn)行不同齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試，試件強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)早期增速較快，28 d后增速趨緩，指標(biāo)滿足《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）[22]中對(duì)于一級(jí)高速公路在重載交通時(shí)的基層材料要求；30 d膨脹率監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：最優(yōu)配合比試件30 d高溫水浴膨脹率為1.03%，符合鋼渣混合料安定性要求。

4）通過X射線衍射分析（XRD）及電子顯微鏡掃描試驗(yàn)（SEM）發(fā)現(xiàn)，礦渣微粉和土壤固化劑對(duì)鋼渣混合料的抑制起關(guān)鍵作用，土壤固化劑通過離子互換原理提升了基層材料的憎水性，避免了f-CaO遇外界水的影響不斷水化所致的體積增大；配合水泥的水化作用及其提供的堿性環(huán)境，礦渣微粉中的SiO 2成分與鋼渣中產(chǎn)生消解反應(yīng)生成C-S-H凝膠，不僅使基層材料的安定性符合標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度也得到明顯提升。

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（編輯王秀玲）