全固废地聚物稳定钢渣基层的性能及微观特性分析

为探索钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备道路基层材料的可行性,利用工业固废胶凝潜力,开发地聚物稳定钢渣(GeoSS)基层材料,提出GeoSS混合料设计流程,并研究了不同硅铝质粉料剂量和碱用量对力学强度、干缩性能、碳减排效益、重金属浸出浓度的影响,最后利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM/EDS)分析了GeoSS混合料的地聚合反应和地聚物-钢渣界面特性。结果表明:GeoSS混合料具有优异的抗压强度和劈裂强度,总干缩系数远小于水泥稳定碎石C5,能够满足极重、特重交通的高速公路基层所需的承载能力和路用需求。相较于水泥稳定碎石C5,GeoSS混合料的碳排放当量最高可降低54.21%,具有显著的碳减排效益。地聚物胶凝产物通过物理吸附和化学结合,将固废原材料的重金属离子所封固,浸出液中Pb和其他重金属浓度分别满足Ⅳ级和Ⅲ级地下水标准,对道路周围环境的污染风险较低。粉煤灰和矿渣粉通过碱激发产生了水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)等胶凝产物;同时在地聚物结合料的碱性条件下,钢渣集料表面水化速率加快并产生胶凝化,生成了晶体产物水化石榴石和无定形产物C(N)-A-S-H,该反应以水化反应为主,伴随微弱的地聚合反应。钢渣集料表面产生的胶凝产物,有助于填充和密实地聚物与钢渣的界面过渡区,从而产生更强的界面黏结能力,从而提高GeoSS混合料的路用性能。可见,利用钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备地聚物稳定钢渣用作道路基层材料是可行的,该研究可为固废基地聚物类基层材料的设计和应用推广提供参考。