全固废地聚物稳定钢渣基层的性能及微观特性分析

来源：中国血液净化杂志2023年第12期北京时间：

作者：田中男, 张争奇, 何勇海, 雷伟, 蒲昌瑜, 孟会林, 杨肖肖

单位：1. 河北省交通规划设计研究院有限公司 公路建设与养护材料技术与装备交通运输行业研发中心, 河北 石家庄 050091;2. 长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室, 陕西 西安 710064;3. 河北交通投资集团有限公司 太行创新研究院低碳交通研究中心, 河北 石家庄 050091"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52278428); Science and Technology Project of Transportation Department of Hebei Province (2018-04); Fundamental Research Funds for the Central Universities (300203211211)

摘要：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。

关键词：路面工程,地聚物稳定钢渣,固废利用,低环境负荷路面,路用性能,微观特性

基金资助：国家自然科学基金项目(52278428)；河北省交通运输厅科技项目(2018-04)； 中央高校基本科研业务费专项资金项目(300203211211)