钢渣混合土基层材料干缩及抗冻性能研究

为了解钢渣混合土基层材料在环境作用下的响应特性,分别以失水率、干缩应变、干缩系数和冻融质量损失率、冻融残留强度比为指标,开展了干缩和冻融循环试验研究。研究发现,随着钢渣占比的增加,钢渣混合土28 d干缩系数、冻融质量损失率均有所减小,冻融残留强度比先增后减,在钢渣占比50%(质量分数)时达到峰值96.1%,说明合适的钢渣占比既能抑制钢渣混合土的干缩,又赋予其较好的抗冻性能;随着水泥掺量的增加,28 d干缩系数、冻融残留强度比增加,冻融质量损失率减小,表明水泥掺量的增加不利于钢渣混合土的干缩性能但有利于其抗冻性能;土壤固化剂的掺入能改善钢渣混合土的干缩和抗冻性能。SEM分析表明,钢渣占比为50%、水泥掺量为5%配合比的钢渣混合土结构更紧密,8次冻融循环后整体性更好。通过对比不同基层材料的干缩系数和冻融残留强度比发现,钢渣混合土的干缩性能劣于水泥稳定碎石但优于水泥石灰稳定土,抗冻性达到甚至超过水泥稳定碎石。

钢渣-杂填土基层材料配合比优化试验研究

以杂填土、钢渣、矿渣微粉为原料,采用土体固化技术混拌制备钢渣-杂填土基层材料。开展钢渣、混凝土破碎料、素土等主料对基层材料强度的耦合影响试验,构建回归模型,得到主料最优掺入比例,试验验证表明,回归模型预测值误差小于2%;以钢渣、混凝土破碎料、水泥、固化剂为因素开展正交试验,得到的最优结果与强度耦合影响试验基本一致,从而确定钢渣-杂填土最优配合比。最优配合比试件试验结果表明:钢渣-杂填土强度随龄期增长显著提升,30 d高温水浴膨胀率仅为1.03%。X射线衍射分析(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)测试表明:矿渣微粉中SiO2与钢渣中f-CaO反应生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,同时发现土壤固化剂对土体的改性可有效抑制钢渣膨胀;C-S-H凝胶填充于混凝土破碎料、钢渣、土颗粒间,增加了钢渣-杂填土基层材料密实度,使其强度得以提高。

杂填土及钢渣杂填土基层材料的制备与表征

以混凝土破碎料、素土等为原料制备杂填土道路基层材料(S-MF),进一步加入钢渣、矿渣微粉等制备钢渣杂填土道路基层材料(SS-MF)。通过正交实验研究固化剂、水泥、破碎料等掺量对S-MF、SS-MF无侧限抗压强度的影响,得到两种材料的最优成分配比;基于最优成分配比的S-MF、SS-MF进行无侧限抗压强度、膨胀率及微观实验,分析不同养护龄期材料的无侧限抗压强度和膨胀率及其形成机理。结果表明:S-MF最优配比为50%(质量分数,下同)破碎料、50%素土,外掺5%水泥和0.018%固化剂,SS-MF最优配比为50%钢渣、50%杂填土(m(破碎)∶m(素土)=6∶4),外掺5%水泥、0.018%固化剂及占钢渣掺量40%的矿渣微粉;同龄期的SS-MF较S-MF无侧限抗压强度高,且随龄期增长差幅更大;SS-MF 10 d高温水浴膨胀率仅1%,S-MF中SiO2衍射峰高于SS-MF,C—S—H衍射峰低于SS-MF;随龄期延长SS-MF与S-MF的结构均由松散发展成密实,SS-MF中C—S—H凝胶生成量更多,结构更密实。