碱激发矿渣–粉煤灰改良湿陷性黄土力学特性及微观机理

摘要

黄土是我国西北地区广泛分布的典型水敏性软弱土，其黏聚力低、浸水易陷等工程特性，严重制约基础设施建设.针对传统水泥基固化材料碳排放高、经济效益差等问题，本研究采用碱激发矿渣–粉煤灰地质聚合物（简称“地聚物”）改良湿陷性黄土.系统研究了前驱体矿渣/粉煤灰配比、激发剂NaOH/水玻璃配比及养护龄期对固化土物理力学性能的影响规律，结合X射线衍射（XRD）与扫描电镜（SEM）分析，揭示了改良黄土的强度形成机制.结果表明：当前驱体中矿渣占比由0%增至100%时，固化黄土的无侧限抗压强度呈显著增长趋势；养护7 d后试样的含水率随矿渣占比增加而降低，但养护28 d试样的含水率变化呈相反规律.碱激发剂配比对固化土的影响存在阈值效应：高矿渣体系（矿渣≥80%）强度随NaOH比例增加呈先升后降趋势，而高粉煤灰体系（粉煤灰≥80%）强度则随NaOH比例增加持续上升.微观表征显示，地聚物主要生成水化硅酸钙（C–S–H）与水化硅铝酸钙（C–A–S–H）凝胶，其胶结效应是强度提升的主导机制，孔隙填充作用为次要贡献因素.本研究为工业固废资源化与黄土路基绿色加固提供科学依据.

关键词

黄土 / 地质聚合物 / 矿渣/粉煤灰 / 无侧限抗压强度 / 微观结构

基金资助

国家自然科学基金资助项目（42477163,41902286）; 黄河勘测规划设计研究院有限公司技术开发课题资助（2023KY031(2)）; 中交天津港湾工程研究院有限公司科技项目（2024–11–088–0114）