鋼渣—石灰改良鹽漬土的試驗研究

崔 偉

(陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075)

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鋼渣—石灰改良鹽漬土的試驗研究

崔 偉

(陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075)

對鋼渣—石灰改良鹽漬土的試驗原材料進(jìn)行了簡要分析，介紹了其試驗配比，從不同配比組成的強度結(jié)果、不同齡期對鋼渣—石灰改良鹽漬土試件強度的影響、鋼渣摻量對試件強度的影響三方面，對無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果進(jìn)行了分析。

鋼渣，石灰，鹽漬土，空隙率

目前我國鋼渣的平均利用率約60%，隨著我國近年來鋼鐵生產(chǎn)能力的大幅度提升，多年積累的存渣有1.8億t，占地面積達(dá)到了2萬余畝,鋼渣資源化處理刻不容緩。本研究選用了環(huán)渤海地區(qū)某地天然濱海鹽漬土進(jìn)行試驗，這種土天然的含鹽量就比較大。另外還選用了華北平原某地非鹽漬土，通過向其中外摻鹽分來得到含鹽量較大的鹽漬土，研究其強度規(guī)律。試驗還包括鋼渣改良鹽漬土與穩(wěn)定洗鹽土的試驗結(jié)果對比，以及在強度試驗之前分別采用飲用水浸泡和濃縮海水浸泡的試驗結(jié)果差異對比，并且對鋼渣改善鹽漬土的效果與石灰穩(wěn)定鹽漬土的效果進(jìn)行對比。

1 試驗原材料

1.1 試驗用土

試驗試件制備用土采用某濱海公路兩側(cè)鹽池小埝上取得的粘土，素土的基本物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 素土的基本物理力學(xué)指標(biāo) %

1.2 試驗用水

制備試件和浸泡試件時，試驗采用兩種水，一種是飲用水，一種是曬鹽池中的濃縮海水拌合，并加入適當(dāng)比例的鹽場結(jié)晶粗鹽配置成32%濃度,本文中稱之為鹵水。鹽溶液成分見表2。

表2 濃縮海水的主要含鹽量

1.3 生石灰

采用生石灰塊，經(jīng)粉碎、磨細(xì)、過5 mm圓孔篩后用塑料袋密封包好備用。其化學(xué)性質(zhì)見表3。

表3 生石灰的化學(xué)性質(zhì)

活性鈣鎂含量為70.03%，屬Ⅲ級生石灰。

1.4 鋼渣

1.4.1 鋼渣的物理化學(xué)性質(zhì)

表4 鋼渣主要物理化學(xué)性質(zhì)

經(jīng)檢測鋼渣主要物理化學(xué)性質(zhì)見表4。

1.4.2 鋼渣的顆粒分析

經(jīng)篩分試驗得到鋼渣的自然級配情況如圖1所示。

1.4.3 抗剪強度

直剪試驗結(jié)果表明，鋼渣的抗剪強度指標(biāo)都很大，摩擦角在40°左右，但是沒有凝聚力。如果在鋼渣樁中摻入適當(dāng)?shù)募?xì)粒土或水泥，則可以提高凝聚力。

1.4.4 鋼渣的化學(xué)性質(zhì)

鋼渣主要分為轉(zhuǎn)爐(BOF, Basic Oxygen Furnace)鋼渣和(EAF, Electric Arc Furnace)鋼渣兩種。鋼渣的化學(xué)成分主要有：CaO,SiO2,FeO,Fe2O3,Al2O3,MgO,P2O5等,如表5所示。它的主要礦物為硅酸二鈣、鐵酸鈣和方鐵礦。

表5 鋼渣主要化學(xué)成分

從表5中可以看出，在鋼渣中CaO,SiO2和Al2O3等活性物質(zhì)含量較高遇水會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，特別是CaO與水結(jié)合生成Ca(OH)2，一般鋼渣均具有粉化性和水硬膠凝性。由于鋼渣在冷到常溫的過程中，晶體轉(zhuǎn)化造成硅酸鹽分解，從而導(dǎo)致鋼渣不斷由大塊變?yōu)樾K或粉末。鋼渣中含有水硬性膠凝礦物βC2S及C11A7CaF2等。這些礦物具有水硬活性，遇水則發(fā)生水化反應(yīng)，C-S-H凝劑及CH等。

1.4.5 鋼渣的穩(wěn)定性

鋼渣存在體積膨脹的問題，體積穩(wěn)定性對鋼渣工程應(yīng)用有著決定性的影響，為工程技術(shù)人員所關(guān)注。鋼渣的體積膨脹性主要是因為水蒸氣和游離的CaO或MgO之間的反應(yīng)而發(fā)生水合作用。造成膨脹的主要原因是鋼渣內(nèi)含有f-CaO游離氧化鈣，當(dāng)其遇水后結(jié)合生成Ca(OH)2，體積膨脹了1倍～2倍。

2 試驗配比

試驗采用灌水法大致測出鋼渣的空隙率為50%左右，用土來填充粗鋼渣的空隙來提高其密實度，所以鋼渣摻量為43%,57%及80%。鋼渣—石灰改良土與石灰改良土的材料組成見表6，由于鋼渣中含有一定數(shù)量的游離氧化鈣在經(jīng)受1 700 ℃高溫煅燒后，結(jié)構(gòu)變得致密，水化反應(yīng)極其緩慢。而鋼渣陳化后，有效氧化鈣又大為降低。因此，為促進(jìn)鋼渣的水化反應(yīng)，在試驗中加入適量的生石灰粉。試驗制件，凡是添加鹽漬粘土的，拌合用水為配制好的鹵水，而混合料中為洗鹽漬粘土?xí)r，拌合水采用飲用水。其改良土的材料組成見表6。

表6 鋼渣—石灰改良土的材料組成 %

3 擊實試驗的結(jié)果

按《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》規(guī)定的重型擊實方法分別對上述混合材料進(jìn)行擊實試驗，求出最佳含水量和最大干密度見表7。配比X-1由于所摻的鋼渣較多，細(xì)料少，所以很難成型。

表7 擊實試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，洗鹽粘土的干密度比鹽漬粘土的小，而最佳含水量相反，摻加石灰以后，其干密度都不同程度的減小了，最佳含水量增大了。由于鋼渣顆粒密度較大，所以摻入鋼渣后試件的最大干密度增大較多，最佳含水量也隨之減少。

4 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

4.1 不同配比組成的強度結(jié)果

根據(jù)上述試驗配比，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果如圖2,圖3所示。

未經(jīng)改良的鹽漬土經(jīng)鹽水或淡水浸泡后，強度接近于0。摻入鋼渣和石灰后，無論經(jīng)鹵水或淡水浸泡7 d和14 d強度均有明顯提高。而且鋼渣—石灰改良鹽漬土的強度在兩種浸泡條件下都大于鋼渣—石灰改良洗鹽漬土的強度。這說明鋼渣—改良鹽漬土的比鋼渣—石灰改良洗鹽漬土的效果好。同時從圖中我們也明顯的看出，同一配比鋼渣—石灰改良土中，鹵水浸泡條件下試件的強度高于淡水浸泡條件下試件的強度。

4.2 不同齡期的鋼渣—石灰改良鹽漬土試件強度隨齡期增加而增大

鋼渣—石灰穩(wěn)定鹽漬土隨齡期的增加而增大，這說明鋼渣中的活性成分已經(jīng)逐漸形成膠結(jié)物質(zhì)。

4.3 鋼渣摻量影響試件的強度

由圖4可得出，鋼渣—石灰改良鹽漬土試件中，43%的鋼渣摻量試件(X-2)的強度高于57%鋼渣摻量試件(X-3)的強度。43%的鋼渣摻量，易于形成較為密實的混合材料。而增加鋼渣摻量，有利于提高混合材料的透水性。因此，可根據(jù)工程需要確定適宜的鋼渣—土比例。

5 結(jié)語

由本文的試驗可以看出，鋼渣—石灰改良鹽漬粘土的效果比鋼渣改善洗鹽粘土的效果好，鋼渣改善鹽漬粘土經(jīng)鹵水浸泡后的強度比經(jīng)淡水浸泡后強度高，密實型鋼渣—石灰—鹽漬土混合材料具有較好的水穩(wěn)性和溫度穩(wěn)定性。適當(dāng)?shù)暮}量對于火山灰的激發(fā)效應(yīng)具有明顯的效果。

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On experimental research on slag-lime modified salinized soil

Cui Wei

(ShannxiCommunicationsConstructionGroupCompany,Xi’an710075,China)

The paper analyzes the raw materials of the experiment of the slag-lime modified salinized soil, introduces its experimental proportional ratio, and analyzes the test result of the unconfined compressive strength from the strength results with various proportional ratios, influence of different ages on the strength of the slag-lime modified salinized soil trials, and effect of the slag mixture on trial’s strength.

slag, lime, salinized soil, porosity

1009-6825(2017)18-0048-03

2017-04-17

崔 偉(1981- )，男，碩士，工程師

TU411

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