钢渣—石灰改良盐渍土的试验研究

崔 伟

(陕西省交通建设集团公司，陕西 西安 710075)



钢渣—石灰改良盐渍土的试验研究

崔 伟

(陕西省交通建设集团公司，陕西 西安 710075)

对钢渣—石灰改良盐渍土的试验原材料进行了简要分析，介绍了其试验配比，从不同配比组成的强度结果、不同龄期对钢渣—石灰改良盐渍土试件强度的影响、钢渣掺量对试件强度的影响三方面，对无侧限抗压强度试验结果进行了分析。

钢渣，石灰，盐渍土，空隙率

目前我国钢渣的平均利用率约60%，随着我国近年来钢铁生产能力的大幅度提升，多年积累的存渣有1.8亿t，占地面积达到了2万余亩,钢渣资源化处理刻不容缓。本研究选用了环渤海地区某地天然滨海盐渍土进行试验，这种土天然的含盐量就比较大。另外还选用了华北平原某地非盐渍土，通过向其中外掺盐分来得到含盐量较大的盐渍土，研究其强度规律。试验还包括钢渣改良盐渍土与稳定洗盐土的试验结果对比，以及在强度试验之前分别采用饮用水浸泡和浓缩海水浸泡的试验结果差异对比，并且对钢渣改善盐渍土的效果与石灰稳定盐渍土的效果进行对比。

1 试验原材料

1.1 试验用土

试验试件制备用土采用某滨海公路两侧盐池小埝上取得的粘土，素土的基本物理力学指标见表1。

表1 素土的基本物理力学指标 %

1.2 试验用水

制备试件和浸泡试件时，试验采用两种水，一种是饮用水，一种是晒盐池中的浓缩海水拌合，并加入适当比例的盐场结晶粗盐配置成32%浓度,本文中称之为卤水。盐溶液成分见表2。

表2 浓缩海水的主要含盐量

1.3 生石灰

采用生石灰块，经粉碎、磨细、过5 mm圆孔筛后用塑料袋密封包好备用。其化学性质见表3。

表3 生石灰的化学性质

活性钙镁含量为70.03%，属Ⅲ级生石灰。

1.4 钢渣

1.4.1 钢渣的物理化学性质

表4 钢渣主要物理化学性质

经检测钢渣主要物理化学性质见表4。

1.4.2 钢渣的颗粒分析

经筛分试验得到钢渣的自然级配情况如图1所示。

1.4.3 抗剪强度

直剪试验结果表明，钢渣的抗剪强度指标都很大，摩擦角在40°左右，但是没有凝聚力。如果在钢渣桩中掺入适当的细粒土或水泥，则可以提高凝聚力。

1.4.4 钢渣的化学性质

钢渣主要分为转炉(BOF, Basic Oxygen Furnace)钢渣和(EAF, Electric Arc Furnace)钢渣两种。钢渣的化学成分主要有：CaO,SiO2,FeO,Fe2O3,Al2O3,MgO,P2O5等,如表5所示。它的主要矿物为硅酸二钙、铁酸钙和方铁矿。

表5 钢渣主要化学成分

从表5中可以看出，在钢渣中CaO,SiO2和Al2O3等活性物质含量较高遇水会发生一系列化学反应，特别是CaO与水结合生成Ca(OH)2，一般钢渣均具有粉化性和水硬胶凝性。由于钢渣在冷到常温的过程中，晶体转化造成硅酸盐分解，从而导致钢渣不断由大块变为小块或粉末。钢渣中含有水硬性胶凝矿物βC2S及C11A7CaF2等。这些矿物具有水硬活性，遇水则发生水化反应，C-S-H凝剂及CH等。

1.4.5 钢渣的稳定性

钢渣存在体积膨胀的问题，体积稳定性对钢渣工程应用有着决定性的影响，为工程技术人员所关注。钢渣的体积膨胀性主要是因为水蒸气和游离的CaO或MgO之间的反应而发生水合作用。造成膨胀的主要原因是钢渣内含有f-CaO游离氧化钙，当其遇水后结合生成Ca(OH)2，体积膨胀了1倍～2倍。

2 试验配比

试验采用灌水法大致测出钢渣的空隙率为50%左右，用土来填充粗钢渣的空隙来提高其密实度，所以钢渣掺量为43%,57%及80%。钢渣—石灰改良土与石灰改良土的材料组成见表6，由于钢渣中含有一定数量的游离氧化钙在经受1 700 ℃高温煅烧后，结构变得致密，水化反应极其缓慢。而钢渣陈化后，有效氧化钙又大为降低。因此，为促进钢渣的水化反应，在试验中加入适量的生石灰粉。试验制件，凡是添加盐渍粘土的，拌合用水为配制好的卤水，而混合料中为洗盐渍粘土时，拌合水采用饮用水。其改良土的材料组成见表6。

表6 钢渣—石灰改良土的材料组成 %

3 击实试验的结果

按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定的重型击实方法分别对上述混合材料进行击实试验，求出最佳含水量和最大干密度见表7。配比X-1由于所掺的钢渣较多，细料少，所以很难成型。

表7 击实试验结果

由试验结果可知，洗盐粘土的干密度比盐渍粘土的小，而最佳含水量相反，掺加石灰以后，其干密度都不同程度的减小了，最佳含水量增大了。由于钢渣颗粒密度较大，所以掺入钢渣后试件的最大干密度增大较多，最佳含水量也随之减少。

4 无侧限抗压强度试验结果

4.1 不同配比组成的强度结果

根据上述试验配比，进行无侧限抗压强度试验，试验结果如图2,图3所示。

未经改良的盐渍土经盐水或淡水浸泡后，强度接近于0。掺入钢渣和石灰后，无论经卤水或淡水浸泡7 d和14 d强度均有明显提高。而且钢渣—石灰改良盐渍土的强度在两种浸泡条件下都大于钢渣—石灰改良洗盐渍土的强度。这说明钢渣—改良盐渍土的比钢渣—石灰改良洗盐渍土的效果好。同时从图中我们也明显的看出，同一配比钢渣—石灰改良土中，卤水浸泡条件下试件的强度高于淡水浸泡条件下试件的强度。

4.2 不同龄期的钢渣—石灰改良盐渍土试件强度随龄期增加而增大

钢渣—石灰稳定盐渍土随龄期的增加而增大，这说明钢渣中的活性成分已经逐渐形成胶结物质。

4.3 钢渣掺量影响试件的强度

由图4可得出，钢渣—石灰改良盐渍土试件中，43%的钢渣掺量试件(X-2)的强度高于57%钢渣掺量试件(X-3)的强度。43%的钢渣掺量，易于形成较为密实的混合材料。而增加钢渣掺量，有利于提高混合材料的透水性。因此，可根据工程需要确定适宜的钢渣—土比例。

5 结语

由本文的试验可以看出，钢渣—石灰改良盐渍粘土的效果比钢渣改善洗盐粘土的效果好，钢渣改善盐渍粘土经卤水浸泡后的强度比经淡水浸泡后强度高，密实型钢渣—石灰—盐渍土混合材料具有较好的水稳性和温度稳定性。适当的含盐量对于火山灰的激发效应具有明显的效果。

[1] 焦宝祥,钟白茜.激发剂对粉煤灰—Ca(OH)2系统性能的影响[J].粉煤灰综合利用,2001(1):7-10.

[2] 方军良,陆文雄,徐彩宣.粉煤灰的活性激发技术及机理研究进展[J].上海大学学报(自然科学版)，2002，8(3)：61-62.

[3] 王 智.粉煤灰活性激发基本系统中石灰因素的研究[D].重庆:重庆建筑大学,1998:87-88.

[4] 叶洪东.钢渣垫层处理软弱路基的工程效果[J].煤炭工程，2003(3)：19-21.

[5] 唐山市交通局.曹妃甸公路工程过湿盐渍土路基修筑技术研究报告[R].

[6] 伦云霞.钢渣集料的体积稳定性与工程应用前景[J].现代矿业，2006，25(4)：37-40.

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 伟(1981- )，男，硕士，工程师

TU411

A