离子固化剂对水泥稳定煤矸石结合料耐久性能的影响

张建俊，姚柏聪，孙源骏，刘晓龙，王宝强，梁世纪，林增华，刘 静

(1.辽宁工程技术大学 土木工程学院，辽宁 阜新 123000；2.辽宁科技大学 土木工程学院，辽宁 鞍山 114051；3.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110032)

煤矸石是排放量最大、占地最多、污染环境最严重的固体废弃物之一，其综合利用可有效节约土地与保护环境，目前煤矸石的综合利用途径，主要是用于能源发电、化工领域、建筑材料以及道路工程等。随着我国公路的大规模兴建，煤矸石在道路基层材料的利用具有广阔的前景，可以减少工程造价，改善当地环境，具有显著的经济和社会效益。LI等采用废煤矸石代替天然石材作为道路基层材料，通过对煤矸石骨料的物理、力学、化学和活性试验，确定了以无侧限抗压强度为评价指标的最优级配组成；邬俊等通过大型三轴试验，依据Talbot的级配控制方程，采用人工级配的方法，研究了煤矸石路基填料的强度及变形特性；GUO等为有效利用煤矸石，减少对自然环境的破坏，研究了煤矸石用于道路基层的可行性，通过压实试验和无侧限抗压强度试验，确定了水泥稳定碎石-煤矸石配合比设计方法；张轩硕等利用炉渣、粉煤灰稳定煤矸石混合料用作路基基层，通过温缩和干缩试验分析了炉渣替代率对收缩性能的影响；李明等研究了水泥稳定碎石-煤矸石混合料的抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度和劈裂回弹模量，分析了其用于高等级路面基层的可行性。

中国冻土分布广泛，其中冻土地区约占领土的2/3，道路经过冻融循环作用会出现开裂、冻胀等现象，因此，水泥稳定煤矸石结合料应用于路基中，要求具有足够的耐久性能，现阶段学者们常通过添加功能材料以改善水稳材料早强低、易变性、耐久性差等缺陷，以防止冻害现象的发生。近年来新型改良剂的研发逐渐兴起，其中离子型固化剂作为一种调控材料表面水化性质的改性材料受到广泛关注。笔者研发了一种适用于煤矸石的离子固化剂(ICG)，用于改良煤矸石粉作路基填料，并对其作用机理进行分析；徐菲等运用离子固化剂固化水泥土，通过无侧限抗压强度试验、体积化学减缩试验，探究了ISS改性水泥土的可行性；TONG等将水泥和离子固化剂与铁尾矿和天然土壤混合配制成一种新型道路基层材料，选取7 d无侧限抗压强度(UCS)作为评价指标，确定了铁尾矿混合土(ITBS)、水泥和离子固化剂的最佳配比；WU等采用标准固结试验、SEM、比表面积(SSA)试验和PCAS软件分析等方法，研究了不同土壤初始状态下，离子型固化剂固化黏土的孔隙和压缩特性；游庆龙等采用离子固化剂、水泥、石灰共同固化红黏土，分别进行抗压回弹模量、抗压强度、劈裂强度和冻融强度试验，分析了固化土的强度变化，并铺筑试验路段进行验证；AREFIN等运用离子固化剂改良膨胀土，测定了改良和未改良膨胀土的膨胀率和塑性指数。

综上，现阶段学者们主要将离子型固化剂应用于改良土体，从改善土体物理力学性能和作用机制开展研究，取得了诸多成果。但用于固化煤矸石材料，研究离子固化剂对水泥稳定煤矸石结合料耐久性能影响的文献有限。因此，笔者通过温缩试验、渗水试验、抗冲刷试验、冻融试验，探讨课题组研发的离子型固化剂(ICG)对水泥稳定煤矸石结合料(CS)耐久性能的影响；并通过压汞试验(MIP)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG-DTG)对ICG固化后的CS微观特性进行表征，分析不同掺量下ICG对CS的改性机理；最后，基于MIP试验数据探讨CS孔隙结构的分形特征，从分形维数的角度构建孔隙结构与耐久性能之间的关系。笔者旨在运用离子型固化剂改良水泥稳定煤矸石结合料，为离子型固化剂的应用开辟了新的思路，发掘改性水泥稳定煤矸石结合料应用于寒冷地区路基工程的潜力。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验选用普通硅酸盐PO 42.5水泥。所用离子型煤矸石固化剂(ICG)为课题组自主研发，棕褐色，常温下为液体，密度为1.21 g/cm，主要成分为烷基磺酸钠、硫酸钠、氯化铝等强阳离子无机盐激发剂，掺有少量聚丙烯酰胺，辅配部分表面活性剂、氧化剂及脂肪酸类与金属皂类分散剂。无毒性，易溶于水，分子量在(6～17)×10。试验与工程实践表明：ICG一般掺量为1～5 L/m，可根据需求将原液用水稀释呈不同掺量掺于煤矸石结合料，用于道路工程。

水泥稳定煤矸石结合料，采用骨架密实结构，试验用煤矸石骨料取自阜新市新邱矿区，煤矸石基本物理性质参数见表1，破碎呈4种不同粒径范围，分别为9.5～26.5，1.18～13.20，0.075～9.500以及0～9.5 mm，以质量比1∶2∶1∶1进行混合，得到煤矸石混合料，级配曲线如图1所示，对煤矸石的矿物成分进行XRD定性分析，主要含有石英和黏土类矿物蒙脱石、伊利石、高岭石。

表1 煤矸石基本物理性质

图1 煤矸石混合料级配曲线

1.2 试验设计

结合工程经验，分别采用3.0%，4.0%，4.5%，5.0%，6.0%的水泥剂量，固化剂掺量分别为0，0.005%，0.010%，0.015%，0.020%共同稳定煤矸石混合料，所得水泥稳定煤矸石结合料，记为CS，开展7 d无侧限抗压强度试验。选取实际工程常用配比，水泥掺量4%，固化剂掺量分别为0，0.005%，0.010%，0.015%，0.020%的CS，分别记为CS-0，CS-1，CS-2，CS-3，CS-4，开展耐久性试验与微观特性试验。

1.3 宏观特性试验

开展7 d无侧限抗压强度试验与耐久性试验，其中耐久性试验包括温缩试验、渗水试验、抗冲刷试验、冻融试验，为了更符合实际施工要求，在最优含水率与最大干密度条件下，采用静压法按压实度97%的要求制备试样，试样制备过程中采用强力搅拌机搅拌，直至结合料混合均匀，试样制备完成后，放入标准恒温恒湿养护箱(温度(20±2) ℃，湿度95%以上)中进行养护，试验过程参照(JTG E51—2009)，具体试验过程及试样尺寸，如图2所示。

图2 CS宏观特性试验过程

(1)强度性能。开展无侧限强度试验(UCS)，试样规格为100 mm×100 mm的圆柱形试件，养护龄期为7 d，试验采用WDW-300通用测试机测定抗压强度，每种配合比开展3组平行试验，取其平均值作为UCS试验结果。

(2)温缩性能。开展温缩试验，试验试样规格为中梁试件(100 mm×100 mm×400 mm)，养护龄期7 d，最后一天烘干至恒重，采用仪表法，放入高低温交变试验箱中，设置温度为-20～30 ℃，开展3次平行试验，计算不同温度区间的温缩系数平均值。

(3)渗水性能。开展渗水试验，试样规格为150 mm×150 mm的圆柱形试件，养护龄期28 d，试验采用课题组在路面材料渗水仪基础上自主改造的渗水仪，记录渗水量与时间，开展3次平行试验，计算渗水系数平均值。

(4)抗冲刷性能。开展抗冲刷试验，试样规格为150 mm×150 mm的圆柱形试件，养护龄期28 d，抗冲刷试验仪器为课题组通过振动台自主改造，垂直振动，振动频率10 Hz，时间为30 min，开展3次平行试验，计算冲刷质量损失平均值。

(5)抗冻性能。开展冻融试验，试样规格为150 mm×150 mm的圆柱形试件，标准养护180 d，试验采用低温箱设置温度为-20 ℃，冻结时间16 h后，放入恒温水浴箱(20 ℃)，融化8 h，冻融循环10次，通过WDW-300通用测试机测定抗压强度，加载速率为1 mm/min，开展3次平行试验，计算抗压强度损失(BDR)平均值与质量损失率平均值。

1.4 微观特性试验

为保证选取试样的均匀性，结合料破碎后，选取7 d无侧限抗压强度(UCS)试验的试样中心部位，取心于无水乙醇中，以终止水泥的水化反应，采用液氮冷冻法干燥，以避免干燥过程对试样的孔隙结构造成破坏，选取1 cm的立方体开展压汞测试(MIP)，其余的试样进行研磨，开展X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)以及热重(TG)测试。

(1)微观结构测试。通过Micromeritics (AutoPore Iv 9510)自动压汞仪对CS的孔隙结构进行分析，孔径测试范围为5 nm～400 μm。

(2)水化产物分析。通过XRD对CS的物相与水化产物的变化进行定性分析，测试设备为Ultima IV，扫描范围为10°～80°，速度10(°)/min。由于XRD无法对硅酸凝胶(CSH)分析，因此本文通过FTIR对结合料中水化产物的官能团进行表征，测试设备为Thermo Scientific Nicolet 10。

(3)TG-DTG分析。采用梅特勒-托利多TGA2 型热重同步热分析仪试验，设置温度为30～800 ℃，选用气氛为氮气，升温速率为10 ℃/min，通过TG-DTG联合分析水化产物失重区间，并进行半定量计算。

2 ICG固化CS的强度性能

图3为不同固化剂掺量和水泥掺量对煤矸石结合料7 d无侧限抗压强度的影响。如图3所示：① 掺入ICG后，煤矸石结合料7 d无侧限抗压强度明显增高；② 当水泥掺量分别为3.0%，4.0%，4.5%，5.0%，6.0%时，固化剂掺量为0.010%时，其强度较不掺加固化剂时分别提高了30%，33%，17%，19%，20%，当固化剂掺量超过0.010%时，曲线斜率减小，说明固化剂掺量为0.010%时增幅达到峰值；③ 固化剂掺量为0.020%时，其强度较不掺加固化剂时分别提高了37%，42%，26%，30%，27%，说明ICG对低水泥掺量的结合料固化效果更加显著。

图3 7 d无侧限抗压强度试验结果

《公路路面基层施工技术细则》(JTG/TF 20—2015)要求，CS的7 d UCS不小于3.0 MPa。显然，试验中除了不掺加固化剂、水泥掺量为3.0%的CS的7 d UCS小于3.0 MPa，其余所有配比的结合料均满足高速公路和一级及以下公路不同交通荷载作用下的底基层要求；4.0%水泥掺量时，0.010%和0.015%以及0.020% ICG掺量的结合料7 d UCS大于4.0 MPa，满足重交通高速公路和一级公路基层的要求；4.5%水泥掺量时，0.015%和0.020%ICG掺量的结合料满足极重、特重交通高速和一级公路基层的要求。现阶段主要利用水泥稳定煤矸石结合料应用于一级以下公路的基层与底基层，因此本文选取4.0%水泥掺量不同ICG掺量下的结合料开展后续试验研究。

3 ICG固化CS的耐久性能

在寒冷地区应用水泥稳定煤矸石结合料作路面基层与底基层，要求具有足够的耐久性，尤其在寒冷潮湿路段上，路面基层或底基层有可能产生聚冰带，春融期基层材料的强度会明显下降，导致路面整体承载力下降，甚至出现破坏。本文从温缩性能、抗渗性能、抗冲刷性能以及抗冻性能多角度对4.0%水泥掺量，不同ICG掺量下结合料的耐久性进行综合评价。

通过温缩试验，获得CS不同温度区间的温缩系数，如图4所示。CS的温缩系数随温度降低，均呈现先显著下降后略有上升的趋势，说明CS在低温环境下较高温变形小，其中温度0～10 ℃对CS变形影响最小；0 ℃以下时，温缩系数小幅度上升是因为结合料中的孔隙水凝结成冰，体积膨胀；随着ICG掺量的增加，温缩系数逐渐减小，但减幅变小，表明ICG可有效提高水泥稳定煤矸石结合料的抗温缩性能。

图4 不同温度区间的温缩系数

图5为渗水试验和抗冲刷试验计算所得CS的渗透系数和冲刷质量损失。由图5可知：① 随着ICG掺量的增加，煤矸石结合料的渗透系数和冲刷质量损失呈减小趋势，说明ICG可有效提高结合料的抗渗性和抗冲刷性；② ICG掺量达到0.010%前，渗透系数和冲刷质量损失曲线斜率绝对值逐渐增加，ICG掺量超过0.010%后，2者逐渐减小，说明ICG掺量为0.010% 时减幅最大，掺量超过此值后，ICG增强结合料抗渗性和抗冲刷性的效果减弱。

图5 渗水系数与冲刷质量损失

通过10次冻融循环试验，获得CS的质量损失和BDR，试验结果如图6所示。由图6可知，当ICG掺量为0.010%和0.020%时，其质量损失分别为1.3%和1.0%，较CS-0的质量损失(2%)分别降低了35%和50%；ICG掺量为0.010%和0.020%时，其BDR分别为87.98%，89.21%，较CS-0的BDR(80.05%)分别增加了10%和11%。冻融循环10次CS的质量损失随着ICG掺量的增加而不断减小，BDR不断增大，同时减幅和增幅不断减小，说明ICG能有效提高结合料的抗冻性能。

图6 冻融循环10次质量损失与抗压强度损失(BDR)

综上所述，随着ICG掺量的增加，CS的温缩系数、渗水系数、冲刷质量损失以及冻融循环质量损失逐渐减小，BDR逐渐增大，当ICG掺量为0.010%时，减幅和增幅达到峰值，说明ICG的固化作用可以有效提高CS的抗温缩性能、抗渗性能、抗冲刷性能以及抗冻性能，进而提高CS的耐久性，其中，ICG掺量为0.010%时，ICG对CS固化效果最为显著。

4 ICG固化CS的孔隙结构特征

4.1 微观孔隙结构分析

水泥稳定煤矸石结合料，采用骨架密实结构，大粒径煤矸石形成空间骨架，小粒径煤矸石粉充填骨架的孔隙，本文通过MIP试验，对CS的微观充填孔隙结构进行研究。所选试样的MIP测试结果如图7所示。其中，由图7(a)孔径分布曲线可知，CS孔隙结构分布整体上呈“双峰”形式，说明CS具有2种优势孔径，其中第1个相对较平缓的峰产生于孔径尺寸大约10 μm处，第2个峰为最可几孔径，产生于大约10 nm处；CS-0，CS-1，CS-2，CS-3，CS-4的最可几孔径分别为15.2，12.4，10.0，8.8，8.3 nm，固化后的CS最可几孔径明显缩小，图中曲线整体趋势向左偏移，双峰的峰值向左下偏移，说明ICG固化后的CS，孔径明显缩小。图7(b)为累计孔隙体积曲线，曲线没有明显的阶梯状，说明CS在压汞测试孔径范围内都存在孔隙，曲线整体向下偏移，表明ICG可以有效缩小CS的孔隙体积。对比图7(a)，(b)中曲线的偏移量可知，偏移量随着固化剂掺量的增加减小，说明随着ICG掺量的增加，其对CS的固化效果减弱。这也解释了前文CS的抗压强度先显著增加后增幅减缓的演化规律。

图7 不同ICG掺量下CS的孔隙结构

WANG等研究表明，水泥水化产物中CSH的凝胶孔产生于10 nm内，其余水化产物的间隙孔产生于10～100 nm，因此将CS的孔隙按照孔径尺寸划分为小孔(<10 nm)、中孔(0～100 nm)和大孔(>100 nm)。CS的孔隙率和不同孔径尺寸分布如图8所示。由图8可知，随着ICG掺量的增加，CS的孔隙率降低，孔隙结构变得致密，孔隙中大孔占比减少，小孔和中孔的占比增加，表明ICG的加入可使CS内部孔隙体积缩小，大孔孔径的缩减量最大，并且ICG可以促进CS中水泥的水化反应，CSH，AFt和CH等水化产物间隙孔的增多导致小孔和中孔的占比增加。

图8 孔隙率及不同尺寸孔径孔隙体积分数

4.2 孔隙结构复杂程度分析

通过分形理论可以对孔隙结构的复杂程度进行定量分析，基于压汞试验数据的分形模型可以用于表征材料的分形特征，其中张宝泉等基于热动力学理论构建的累积注汞功、孔隙半径、总进汞量(为压汞次数)和孔隙表面分形尺寸间的函数关系，由于具有更高的准确性，应用最为广泛。

(1)

(2)

式中，为第次压汞，=1～；为第次压汞时施加的压力，Pa；为第次压汞时的压汞体积，m；为回归常数。

图9显示了运用式(1)拟合的分形维数，拟合线的均接近1，表明本研究中计算是准确的。CS-0，CS-1，CS-2，CS-3，CS-4的分形维数分别为2.791，2.836，2.887，2.894，2.909，分形理论认为：在2～3间具有物理意义，并且分形维数越大孔隙结构越异构复杂。因此，ICG固化的CS孔隙结构具有明显的分形特征，随着ICG的掺入变大，说明孔隙结构变得更复杂，结合前文MIP试验结论，表明ICG的固化作用促进了水泥的水化作用，生成了更多水化产物间隙孔，导致增大。

图9 CS的分形维数

4.3 UCS的分形分析

将所有平行试验数据按4.2节相同方法进行计算分形维数，构建7 d无侧限抗压强度(UCS)与分形维数的关系，如图10所示。UCS与呈正线性关系，接近1，水泥稳定煤矸石结合料的UCS与密切相关。由于WANG等发现与孔隙结构参数之间存在密切关系，反映了材料的整体孔隙结构，即孔隙结构的复杂性，因此可以通过可以更好的分析不同掺量ICG对煤矸石结合料UCS的影响，如水泥稳定煤矸石结合料的越大，UCS越大。

图10 7 d无侧限抗压强度与分形维数的关系

4.4 耐久性的分形分析

分别选取温缩试验、渗水试验、抗冲刷试验、冻融试验试件的中心部位取心，开展压汞试验，运用4.2节分形维数的计算方法，计算试验试件的分形维数。

构建温缩系数、渗水系数、冲刷质量损失、冻融循环质量损失以及BDR与分形维数的联系。其中，构建温缩系数与分形维数的联系时，由于我国季冻区冬季温度大部分处于-10～-20 ℃，可选用此温度区间的温缩系数。分析结果如图11所示，与CS的耐久性参数之间密切相关，越大CS的抗温缩性能、抗渗性能、抗冲刷性能以及抗冻性越好，即耐久性越好；越小CS的温缩性能与渗透性能越好，抗冲刷性与抗冻性越差，即耐久性越差，均较大，说明作为一个新的孔隙结构参数来评估水泥稳定煤矸石结合料的耐久性是准确可行的。

图11 耐久性参数与分形维数的关系

5 ICG对CS水化产物的影响

5.1 XRD及FTIR分析

为了确定不同ICG掺量下的CS的相组成，进行了XRD测试，衍射图谱如图12所示，测试结果表明，CS的主要矿物成分为石英和黏土类矿物蒙脱石，固化后的CS没有新的矿物晶体峰生成，说明ICG固化作用不改变煤矸石内的化学反应类型。在图谱中可以明显观察到水泥水化反应的反应物硅酸二钙(CS)、硅酸三钙(CS)与生成物氢氧化钙的衍射峰，随着ICG的掺入，CS和CS的峰逐渐减弱，Ca(OH)的峰变得更尖锐并且有新的峰生成，说明ICG的掺入对水泥稳定煤矸石结合料内水化反应产生了促进作用。这与压汞试验结果是一致的。

图12 CS的XRD图谱

图13 CS的FTIR光谱

经过ICG固化作用后水化产物中AFt的Al—O键和H—OH键特征峰分别由916，1 650 cm偏移至908，1 640 cm，CSH的Si—O基团特征峰由975 cm偏移至963 cm，CH中H—OH官能团吸收峰由3 643 cm偏移至3 632 cm，并且水化产物官能团特征峰对应的谱带弥散程度更高，说明ICG的加入会促进CS中Aft，CSH及CH的生成，这与XRD试验结果一致。

5.2 水化产物半定量分析

利用同步热分析仪，通过热重(TG)和微商热重(DTG)联合分析法，得到不同固化剂掺量下CS的TG-DTG曲线，如图14所示。相关研究表明，水化产物中AFt，CSH在50～200 ℃受热分解失去结晶水，水稳料中煤矸石矿物晶体表面的吸附水和自由水同样在这个区间中失去，高于600 ℃的吸热谷主要产生于碳酸盐(CH碳化和煤矸石的矿物成分)受热分解和高岭石及蒙脱石等矿物成分的脱羟基，由于50～200 ℃和高于600 ℃的吸热谷难以界定来源，因此本文中只对水化产物中的CH质量分数进行研究。

图14 CS的TG-DTG分析

根据TG-DTG结果，CH的温度分解区间为450～500 ℃，依据式(3)对CH进行半定量计算。

(3)

式中，(CH)为CH的质量分数；(LCH)为CH的质量损失；(CH)为CH的摩尔质量；(HO)为水的摩尔质量。

计算所得CS-0，CS-1，CS-2，CS-3，CS-4中CH的质量分数分别为3.65%，6.18%，10.27%，11.59%，12.16%，说明ICG的固化作用有利于水泥稳定煤矸石结合料中水化产物的生成；当ICG掺量>0.010%时，固化效果开始减弱，但是依然会促进水化物的生成，这与XRD和FTIR的测试结果是一致的。

6 固化机理浅析

笔者前期研究成果表明，ICG水溶液中电离出的强阳离子会交换煤矸石矿物颗粒表面的钙镁等阳离子，减弱煤矸石表面的静电引力，烷基磺酸根阴离子会与阳离子结合，疏水端朝外，减薄双电层的厚度；徐菲等研究表明像烷基磺酸根这种具有双重性基团(亲水端与疏水端基团)的阴离子，会发生选择性吸附，对表面带负电荷的黏土类矿物的吸附能力大于对水泥中的CS与CS的吸附能力。本文进一步从孔隙结构特征和水化产物变化角度，对ICG改性CS的机理进行分析，如图15所示。

水泥水化反应如式(4)，(5)所示。

(4)

(5)

煤矸石中存在黏土类矿物，表面带负电荷，会吸附金属阳离子，形成具有强结合水吸附层和弱结合水扩散层的双电层，如图15(a)所示。ICG在水溶液中发生电离后，烷基磺酸根阴离子首先会与煤矸石表面的阳离子发生络合反应，烷基端(疏水端)朝外，减弱煤矸石表面结合水的形成能力，进而减薄扩散层厚度，导致自由水增加，使更多的水分子参与水泥的水化反应；ICG的强阳离子会交换煤矸石表面的金属阳离子，煤矸石表面主要金属离子为Ca，使水溶液中Ca浓度增加，促进水化反应，如图15(b)所示。

图15 不同ICG掺量固化CS的固化过程

CS采用骨架密实结构，具有较多数量的粗集料煤矸石形成空间骨架，同时又有足够的细集料煤矸石粉可填满骨架的孔隙。ICG的掺入使自由水和Ca增多，促进了水泥水化反应，显著增加了CSH、AFt以及CH等水化产物的含量，更多的水化产物胶结煤矸石粉充填孔隙，使孔隙结构更复杂，CS的孔径与孔隙体积及孔隙率减小；同时细集料煤矸石粉双电层厚度变薄，优化了CS的孔隙结构，在相同外力作用下，使煤矸石颗粒间的距离减小，相互靠拢，出现凝聚状态。在2者共同作用下，细集料充填的孔隙更密实，从而提高了CS的抗压强度以及耐久性能。

如图15(c)所示，过量的ICG掺入会使强阳离子游离至煤矸石颗粒间，离子具有水合作用，导致自由水分子吸附阳离子周围，减少水泥水化反应中水分的参与，此时烷基磺酸根阴离子也会与水泥中CS和CS产生吸附，导致水分子很难参与水化反应，抑制水化产物的生成。上述原理进一步揭示了随着ICG掺量的持续增加，CS的抗压强度、耐久性能、孔隙的复杂程度、水化产物均出现增幅减小的情况。

7 结 论

(1)ICG固化后水泥稳定煤矸石结合料的7 d UCS显著提升，固化剂掺量为0.010%时，此时强度增幅达到峰值；随着ICG掺量的增加，CS的温缩系数、渗水系数、冲刷质量损失以及冻融循环质量损失逐渐减小，BDR逐渐增大，进而增大其耐久性，ICG为掺量为0.010%时，ICG固化效果最为显著。

(2)CS掺入ICG后会减薄煤矸石表面扩散层厚度，增加自由水含量，使更多水分子参与水泥的水化反应，同时水溶液中钙离子浓度的升高，促进水化产物AFt，CSH及CH的生成，水化产物充填孔隙，孔隙结构变得异构复杂化，孔隙率降低，CS更致密，从而会增强CS的抗压强度与耐久性。ICG掺量为0.020% 时，固化效果较掺量为0.010%时减弱，当继续增加ICG掺量，会阻碍水泥的水化反应，固化剂起抑制作用。

(3)CS孔隙结构具有明显的分形特性，ICG的掺入，导致孔隙结构更复杂，分形维数()增大，与CS耐性能参数之间均呈线性关系，相关系数均较高，说明可以利用压汞试验数据计算所得的表征水泥稳定煤矸石结合料的耐久性，这种方式能准确便捷的判断水泥稳定煤矸石结合料的耐久性。