干濕循環(huán)對(duì)堿激發(fā)材料固化細(xì)鐵尾礦砂強(qiáng)度特性的影響分析

萬(wàn) 磊，張 智，宋華松，王旭東，汪東林

(1.安徽送變電工程有限公司,合肥 230022；2.天津晟源工程勘查設(shè)計(jì)有限公司，天津 300000； 3.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,合肥 230601)

0 引 言

我國(guó)現(xiàn)有尾礦庫(kù)14 217座，涉及64個(gè)礦種，其中，鐵尾礦有8 210座[1]，占尾礦總量58.1%。2005～2014年，我國(guó)發(fā)生了40起尾礦安全事故，死亡人數(shù)高達(dá)354人，9起環(huán)境污染事故，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1]，29.5萬(wàn)立方米尾礦砂及尾礦水被泄露，10.8萬(wàn)人的飲用水受到威脅。尾礦作為典型的工業(yè)固體廢物，具有易揚(yáng)塵，占用土地資源，引起水質(zhì)硬化及土壤肥力下降等不利影響[2-3]。僅2016年，我國(guó)尾砂生產(chǎn)總量就為8.3億噸，由于尾砂利用方法單一，綜合利用的尾砂為2.2億噸，只占26.5%[4]。鐵尾砂的固化及綜合利用研究亟待推進(jìn)，國(guó)家安全監(jiān)管總局2016年印發(fā)《遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故工作方案》(〔2016〕54號(hào))也充分證實(shí)了國(guó)家對(duì)尾礦庫(kù)的高度重視。目前鐵尾礦砂資源化方法包括礦區(qū)采空區(qū)回填[5-6]，與尾砂石混合用作砂漿骨料[7-8]，通過(guò)化學(xué)或者物理改良用作農(nóng)作物栽培土壤[9-10]等幾種方法，其中，對(duì)鐵尾礦砂進(jìn)行改良為基礎(chǔ)填料使用，可改善未鋪柏油馬路城市地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施，亦可改善電力工程輸電塔等基礎(chǔ)設(shè)施，是解決鐵尾礦壩安全和環(huán)境責(zé)任的一個(gè)實(shí)際辦法。

根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)判斷，粒徑大于0.075 mm的砂土顆粒含量超過(guò)全重85%即視為細(xì)砂。8目(1.40 mm)以上的大塊粒徑級(jí)配優(yōu)良，可以作為建筑用砂制作水泥改良砂漿或混凝土[11-12]，大粒徑可以保證高強(qiáng)度[13-14]，有研究表明，細(xì)鐵尾砂經(jīng)固化改良，通過(guò)細(xì)砂顆粒與凝膠材料間的膠結(jié)聚合作用，也可較好的提供強(qiáng)度，并用做路基填料。Sun等[15]使用4.5%摻量的水泥固化鐵尾礫砂，Bastos等[3]采用5%摻量水泥固化經(jīng)過(guò)105 ℃處理24 h的鐵尾砂，可使7 d固化體達(dá)到低級(jí)路基材料的強(qiáng)度。相對(duì)于單一固化劑的使用，胡光偉[16]與楊青[17-18]等研究了水泥與石灰的復(fù)合作用：水泥與石灰按比例混合作為膠結(jié)劑，水泥只需要摻入2%，石灰的用量就能大大減少，降低經(jīng)濟(jì)成本。然而，目前的應(yīng)用主要還是基于傳統(tǒng)固化材料水泥和石灰[13-19]，水泥和石灰的使用和生產(chǎn)不僅耗費(fèi)資源，而且對(duì)山體的開(kāi)采會(huì)造成不可恢復(fù)的破壞，還會(huì)產(chǎn)生大量CO2。水泥制造業(yè)預(yù)計(jì)將占全球二氧化碳排放量的6%～7%[20]左右。因此，對(duì)成本低，環(huán)境友好的新型固化劑的研發(fā)亟待開(kāi)展。

堿激發(fā)材料，以具有一定火山灰活性的礦渣，鋼渣，粉煤灰，電石渣等工業(yè)廢渣為主，經(jīng)堿性環(huán)境激發(fā)而形成的類(lèi)水泥基類(lèi)膠凝材料，該材料可用于鐵尾砂固化改良[21-22]，然而，現(xiàn)階段針對(duì)堿激發(fā)材料固化體在干濕循環(huán)條件下的化學(xué)環(huán)境指標(biāo)變化規(guī)律研究較少，如浸泡液pH值和浸泡液電導(dǎo)率變化隨循環(huán)級(jí)數(shù)變化，多數(shù)局限于淤泥土和黏土等隨循環(huán)級(jí)數(shù)的強(qiáng)度特性變化規(guī)律的研究。

梁仕華等[23]發(fā)現(xiàn)，在干濕循環(huán)條件下，淤泥土在水泥和粉煤灰的固化作用下，抗壓強(qiáng)度在初期是增長(zhǎng)的，其微觀圖像說(shuō)明了循環(huán)初期水化反應(yīng)的進(jìn)行增加了固化體的強(qiáng)度，且粉煤灰摻量的增長(zhǎng)導(dǎo)致強(qiáng)度下降的循環(huán)次數(shù)推遲；楊文青[24]提出，粉煤灰石灰改良紅黏土在干濕循環(huán)條件下比未改良土裂縫減少，彈性增加，強(qiáng)度增大；水泥乳化瀝青砂漿在干濕循環(huán)條件下質(zhì)量和體積的變化由氫氧化鈣的析出，水泥的水化和碳化反應(yīng)[25]引起；在硫酸鹽的干濕循環(huán)中，高爐?；V渣(GGBS)水泥混凝土顯示出高于粉煤灰水泥混凝土和水泥混凝土多倍的鈣礬石[26]，說(shuō)明GGBS對(duì)于硫酸鹽溶液的循環(huán)腐蝕抗性最強(qiáng)；黃偉等[27]指出盡管在烘干過(guò)程中水泥改性膨脹土出現(xiàn)微裂隙，但是在三個(gè)循環(huán)下水泥的水化在進(jìn)一步進(jìn)行。GGBS+MgO改良土在正常養(yǎng)護(hù)下是水泥改良土強(qiáng)度的1.5倍[28]，然而在十級(jí)干濕循環(huán)下強(qiáng)度損失率高達(dá)70%，抵抗干濕能力不如水泥。

本文中的堿激發(fā)環(huán)境主要由工業(yè)廢渣自身提供，且固化劑選料均為工業(yè)加工副產(chǎn)品，不僅避免造成二次碳排放，還節(jié)省了處置這些副產(chǎn)品的費(fèi)用，是環(huán)境友好型的綠色材料。本文采用新型堿激發(fā)藥劑固化細(xì)鐵尾砂，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，探討了其強(qiáng)度特性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材 料

1.1.1 鐵尾砂

試驗(yàn)原材料采用山東省臨沂市蘭陵地區(qū)鐵礦廠篩選后廢棄的鐵尾礦砂作為固化對(duì)象，實(shí)驗(yàn)前將鐵尾砂平鋪在鐵盤(pán)上75 ℃烘6 h至恒重，并過(guò)2.65 mm方孔標(biāo)準(zhǔn)篩備用。其篩分曲線(xiàn)如圖1所示，根據(jù)GB/T 50145—2007《土的工程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》判斷級(jí)配不良?；镜睦砘再|(zhì)見(jiàn)表1，試驗(yàn)方法參考土工試驗(yàn)方法[29]，化學(xué)成分含量見(jiàn)表2。由于鐵尾砂中硫元素的含量很少，可以忽略在低摻量普通水泥膠凝作用下硫酸鹽侵蝕造成56 d[30]后的強(qiáng)度下降。根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)判斷，本文中鐵尾砂細(xì)度模數(shù)為0.79，屬于細(xì)砂。

圖1 鐵尾砂的篩分曲線(xiàn)Fig.1 Screening curve of iron tailings

表1 鐵尾砂的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of iron tailings

表2 鐵尾砂的化學(xué)成分含量Table 2 Chemical composition of iron tailings /wt%

固化劑材料成分見(jiàn)表3。水泥(P·C)，復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為32.5，無(wú)錫市東來(lái)建材有限公司制造；電石渣(CCR)，由常州市某乙炔公司購(gòu)得，小于0.075 mm的粒徑組成占60%；氧化鎂(MO)，活性氧化鎂含量為85%，細(xì)度200 目；高爐粒化礦渣(GGBS)，S95礦粉，白色粉末狀；粉煤灰(FA)，低鈣二級(jí)粉煤灰，灰黑色粉末狀，45 μm篩余量為20%；偏高嶺土(MK)，活性磚紅色粉末，細(xì)度1 340目；鋼渣(SS)，黑色粉末，細(xì)度200目；赤泥(RM)，山東淄博的中國(guó)鋁業(yè)分公司排放，屬于燒結(jié)法赤泥。

表3 固化劑材料成分Table 3 Composition of curing agent /%

1.2 實(shí)驗(yàn)方案及過(guò)程

1.2.1 實(shí)驗(yàn)所用固化劑

將固化劑分別命名為A、B、C、D、E、F、CE，其中CE作為對(duì)比藥劑，組分配比見(jiàn)表4。為方便敘述，每種固化細(xì)鐵尾砂的名稱(chēng)與固化劑名稱(chēng)一致。除CE對(duì)照組外，其余幾組均屬于含潛在活性的堿激發(fā)固化劑，CCR、MO、RM為藥劑提供堿性環(huán)境。由于固化劑之間可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)，檢測(cè)的pH值未必能代表固化劑活性，所以沒(méi)有測(cè)試固化劑酸堿度；干濕循環(huán)試驗(yàn)第一次浸出液能從一定程度上反映固化劑的酸堿度大小。

表4 固化劑組分配比Table 4 Proportion of curing agent components /wt%

1.2.2 試樣制備過(guò)程

水泥作為新型堿激發(fā)固化劑的對(duì)比材料，將上述7種固化劑以6%(占干砂質(zhì)量)，含水率11%(占干砂質(zhì)量)為配比制作試件。由于固化劑種類(lèi)較多，為對(duì)比幾種固化劑的有效程度，本次試驗(yàn)采用同一含水率。制備過(guò)程如下：首先在鐵尾砂中加入8%的水，浸潤(rùn)攪拌均勻，加入相應(yīng)的固化劑，充分?jǐn)嚢韬髮㈩A(yù)留3%的水加入，混勻;然后將其鐵尾砂-固化劑混合物移至φ5 cm×13 cm圓柱體試模中，在上下端同時(shí)放入高度為4 cm的墊塊，壓樣過(guò)程中控制抗壓抗折機(jī)速度在2 mm/min，采用靜壓壓實(shí)法制成φ5 cm×5 cm的試件;在濕度為95%以上，溫度為(20±2) ℃的養(yǎng)護(hù)箱中分別養(yǎng)護(hù)7 d、14 d、28 d，在最后一天時(shí)泡水養(yǎng)護(hù)。

1.2.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

當(dāng)養(yǎng)護(hù)到指定齡期時(shí)，開(kāi)展固化鐵尾砂的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)[31]。試驗(yàn)前稱(chēng)重，測(cè)量尺寸，以計(jì)算試件密度。壓碎后隨機(jī)取樣50 g左右，在105 ℃的環(huán)境下烘至恒重，測(cè)試其含水率。試驗(yàn)采用WDW-Y3000型號(hào)全自動(dòng)抗壓抗折機(jī)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中位移速度控制在1 mm/min。每組試樣為3個(gè)平行樣，結(jié)果取平均值，如極差>30%，則剔除異常值。

1.2.4 干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)組問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示97.0%及以上學(xué)生認(rèn)為以多維度案例圖庫(kù)為基礎(chǔ)并微信輔助的新型示教模式可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和熱情，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，鍛煉語(yǔ)言表達(dá)能力，訓(xùn)練臨床思維，提高閱片能力，加強(qiáng)師生交流，融洽師生關(guān)系（見(jiàn)表2）。

參考標(biāo)準(zhǔn)ASTM：D559/D559M-15并修改，將干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)分為兩組，將試樣在恒溫恒濕箱中不泡水養(yǎng)護(hù)8 d后測(cè)試質(zhì)量、直徑后泡水，23 h后取出靜置15 min，用濕布擦拭表面水分后稱(chēng)重，測(cè)量直徑、高度和質(zhì)量，并照相(作為下次循環(huán)后的對(duì)比)后放入托盤(pán)中，放在溫度為40 ℃烘箱中烘23 h，在室溫下靜置15 min后測(cè)試其直徑、高度和質(zhì)量，并照相。此為一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)控制在48 h，12個(gè)循環(huán)后測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。每個(gè)循環(huán)中的泡水溶液都測(cè)試其pH值和電導(dǎo)率。在烘干過(guò)程中試件未能完全烘干，表面顏色深淺不一，遂兩個(gè)循環(huán)后將烘干過(guò)程溫度調(diào)至70 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)已廣泛用于評(píng)價(jià)凝固穩(wěn)定效果[32]。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，總體而言，固化鐵尾砂的強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增加。在7 d到28 d的齡期中，只有B、F小于對(duì)照組。從強(qiáng)度方面來(lái)講，6%的摻量不適用于B、F，其余的新型固化劑在強(qiáng)度方面體現(xiàn)出足夠的優(yōu)勢(shì)，7 d強(qiáng)度中A、C、D、E的強(qiáng)度分別為水泥固化體的1.12倍、2.18倍、2.01倍和1.79倍。

圖2 不同固化劑的齡期-強(qiáng)度Fig.2 Strength varied with different binders at given curing ages

從早強(qiáng)性方面來(lái)講，C和D在第7 d的強(qiáng)度就已經(jīng)達(dá)到2.5 MPa以上，克服了早期強(qiáng)度低的缺陷。雖然新型固化劑的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)圖都屬于應(yīng)變軟化型[33-36]，由于藥劑的成分與比例各有不同，新型固化劑之間的破壞應(yīng)變隨齡期的變化趨勢(shì)分為兩種：第一種為隨著齡期的增長(zhǎng)，破壞應(yīng)變隨著強(qiáng)度增大而減小的規(guī)律性曲線(xiàn)，如圖3中的B、F所示；另一種為隨齡期的增長(zhǎng)，強(qiáng)度增大但是破壞應(yīng)變不規(guī)律增長(zhǎng)的曲線(xiàn)，如A、C、D、E、CE所示。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，水化程度加深，填料之間由最初分子間摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)樗镏嗅槧罨蚓W(wǎng)狀的分子作用力，試件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨之增長(zhǎng)。A、C、D不同齡期曲線(xiàn)在彈性階段有部分重合區(qū)間，說(shuō)明該齡期試塊的水化反應(yīng)階段與上一齡期處于同一階段，故彈性變形階段前半部分與上一齡期重合之后繼續(xù)增長(zhǎng)直至到達(dá)頂峰。各固化體的破壞形態(tài)均為塑性破壞如圖3所示。

圖3 不同固化劑應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)以及破壞圖Fig.3 Stress and strain curves and failure charts of different binders

試件的含水量和干密度是影響其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(qu)的因素。在凍土中，土體應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)隨著含水率的增加由軟化型向塑性硬化型轉(zhuǎn)變[37]；在水泥土中，qu隨含水率增加線(xiàn)性遞減[38]；在黃土中，qu隨含水率遞增呈現(xiàn)二次函數(shù)的遞減趨勢(shì)，隨干密度增加線(xiàn)性升高[39]。考慮到含水率作為干密度計(jì)算公式的一個(gè)指標(biāo)，本文擬綜合參數(shù)Kmd涵蓋含水率、干密度和齡期來(lái)評(píng)定其對(duì)強(qiáng)度的影響。如圖4所示，強(qiáng)度隨Kmd的增大呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。圖中僅畫(huà)出強(qiáng)度最大的藥劑C和強(qiáng)度較小的藥劑F的擬合曲線(xiàn)，從表5得知，試件的Kmd-qu擬合曲線(xiàn)除E外均為指數(shù)遞減曲線(xiàn)，且擬合相關(guān)度較高。E中GGBS所占比例為70%，潛在水硬性強(qiáng)，對(duì)含水率的變化很敏感，故其qu隨含水率增大近似呈直線(xiàn)降低。固化鐵尾砂用作路基填料時(shí)，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中或是后期檢測(cè)強(qiáng)度時(shí)可以鉆芯取樣，直接測(cè)試含水率和干密度，得知齡期后就可以得到強(qiáng)度的一個(gè)預(yù)估值，從而判斷其是否還在服役年限。

圖4 不同藥劑的評(píng)價(jià)參數(shù)與強(qiáng)度的關(guān)系Fig.4 Relationship between evaluating parameters and strength of different agents

表5 Kmd-qu的擬合曲線(xiàn)Table 5 Fitting curve of Kmd-qu

(1)

式中:Kmd為綜合評(píng)價(jià)參數(shù)；ω為含水率；ρd為干密度，g/cm3。

2.2 干濕循環(huán)試驗(yàn)

如表6和圖5所示，從強(qiáng)度上來(lái)看，經(jīng)過(guò)12次循環(huán)后所有的新型堿激發(fā)材料固化體均比水泥固化體的強(qiáng)度系數(shù)高，是水泥固化體強(qiáng)度系數(shù)的1.1～2.2倍，說(shuō)明新型固化劑在干濕循環(huán)的環(huán)境中比水泥固化尾礦砂更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。C、D、CE的強(qiáng)度損失率都在30%以上，但CE的強(qiáng)度損失率最大，說(shuō)明12次干濕循環(huán)對(duì)水泥固化體造成的侵蝕最嚴(yán)重，A和E的強(qiáng)度比正常養(yǎng)護(hù)情況下還要高，強(qiáng)度增加率分別為3.63%和12.10%，因此可以確定A、E兩種固化劑更適用于雨水量充足和頻次較高的地區(qū)。從質(zhì)量變化率來(lái)看，干濕循環(huán)后所有試件都有質(zhì)量損失，CE的質(zhì)量損失率大于C、E、F，但都低于10%。從體積變化率來(lái)看，干濕循環(huán)使A、B、D、F類(lèi)固化體體積增加，使C、E和CE類(lèi)固化體體積減小，但堿激發(fā)類(lèi)固化體的體積損失仍然低于水泥類(lèi)固化體。

圖5 恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度qu0，干濕循環(huán)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度qutw與 強(qiáng)度系數(shù)KrwFig.5 Constant temperature and humidity curing strength qu0, drying-wetting cycle curing strength qutw, strength coefficient Krw

表6 干濕循環(huán)指標(biāo)Table 6 Dry-wet cycle index

如圖6所示，泡水后和烘干后質(zhì)量隨循環(huán)的進(jìn)行變化越來(lái)越小，前三個(gè)循環(huán)試件質(zhì)量下降幅度大，干質(zhì)量尤為顯著。之后基本趨于穩(wěn)定，干質(zhì)量變化范圍不超過(guò)1 g。隨著循環(huán)的進(jìn)行，濕質(zhì)量和干質(zhì)量的差值減小，表明固化體的持水力下降。前期烘干過(guò)程不徹底，試件表面顏色斑駁，第三個(gè)循環(huán)中烘干溫度提高到70 ℃，試件表面顏色均勻，為淺灰色。前三個(gè)循環(huán)干質(zhì)量的劇烈下降主要是由于殘留在試件內(nèi)的水分隨著循環(huán)的進(jìn)行消耗殆盡，之后質(zhì)量的變化主要取決于水化反應(yīng)與干濕侵蝕的耦合作用。干濕循環(huán)中溶液的浸泡作用和烘干過(guò)程溫度的變化導(dǎo)致試件的脹縮反應(yīng)都會(huì)造成孔隙率的上升，從而造成持水力的下降。

圖6 干濕循環(huán)中質(zhì)量變化Fig.6 Changes of mass in drying-wetting cycles

干濕循環(huán)中每次浸泡液的pH值變化如圖7所示。隨著循環(huán)的進(jìn)行，浸泡液的pH值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在第六個(gè)循環(huán)后變化較為平緩。由于水泥中的主要活性物質(zhì)C3S和C2S在水化反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生Ca(OH)2，第一次循環(huán)后溶液的pH值可以代表浸出液的堿性程度，A、B、C、D、E、F和CE的pH值分別為10.42、10.13、9.98、10.31、10.19、10.88和11.08，F(xiàn)和CE表現(xiàn)出較強(qiáng)堿性。A、B、C、D、E、F均比CE堿性弱，分別減少了0.66、0.95、1.10、0.77、0.89和0.2，堿性越強(qiáng)，浸出液對(duì)周?chē)叵滤奈廴驹酱?，更加顯示出未添加水泥的堿激發(fā)固化劑在環(huán)境方面的可貴之處。在前期，試件的水化反應(yīng)仍然在進(jìn)行，未進(jìn)入到結(jié)構(gòu)中的OH-擴(kuò)散到水中，使浸出液顯示出強(qiáng)堿性，隨著循環(huán)的進(jìn)行，水化反應(yīng)和干濕循環(huán)共同作用，OH-的消耗和損失的加劇使pH值下降快。6個(gè)循環(huán)后，由于pH值低，水化反應(yīng)幾乎停止，在C-S-H凝膠和C-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)包裹下的物質(zhì)較難受到侵蝕，OH-較難進(jìn)入到水中，堿性環(huán)境被削弱，pH值下降的緩慢。從而可以推斷出6個(gè)循環(huán)后試件的骨架遭到侵蝕，強(qiáng)度下降程度加劇。

圖7 干濕循環(huán)中pH值隨循環(huán)的變化Fig.7 Changes of pH values in drying-wetting cycles

溶液中的累計(jì)電導(dǎo)率(EC)從側(cè)面反映試件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，試件結(jié)構(gòu)越致密，強(qiáng)度越大，溶于水中的離子濃度越低，電導(dǎo)率也越小。從圖8可知，累計(jì)電導(dǎo)率隨循環(huán)次數(shù)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，表明試件在循環(huán)中結(jié)構(gòu)受到的損害逐次增加。前期循環(huán)中電導(dǎo)率增長(zhǎng)的趨勢(shì)較為平穩(wěn)，5個(gè)循環(huán)時(shí)速率增加，6個(gè)循環(huán)后累計(jì)電導(dǎo)率隨循環(huán)次數(shù)呈大幅度線(xiàn)性遞增。表明前5個(gè)循環(huán)中溶于水中的離子主要來(lái)源于表層剝落的顆粒，結(jié)構(gòu)尚未造成破壞性的變化，6個(gè)循環(huán)后結(jié)構(gòu)骨架起主要的抵抗作用，骨架受到侵蝕，因而造成電導(dǎo)率的劇增。說(shuō)明第7個(gè)循環(huán)是強(qiáng)度下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，與pH值變化預(yù)測(cè)強(qiáng)度的觀點(diǎn)一致。

圖8 干濕循環(huán)中累計(jì)電導(dǎo)率隨循環(huán)的變化Fig.8 Changes of cumulative conductivity in drying-wetting cycles

2.3 固化鐵尾砂強(qiáng)度特性研究

圖9為不同固化劑(同一摻量及含水率)條件下，固化鐵尾砂的強(qiáng)度特征(不考慮壓實(shí)系數(shù)對(duì)qu的影響)。E的7 d強(qiáng)度大于1.5 MPa，可以做二級(jí)及以下公路底基層路基填料，C、D的7 d強(qiáng)度大于2.5 MPa，滿(mǎn)足二級(jí)公路底基層路基填料的強(qiáng)度要求。

圖9 不同固化劑的強(qiáng)度-齡期關(guān)系Fig.9 Strength varied with different curing agents at different curing ages

綜上所述，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和干濕循環(huán)試驗(yàn)測(cè)試，山東臨沂廢棄鐵尾礦砂在C、D、E三種堿激發(fā)材料的固化膠凝作用下滿(mǎn)足了路基填料的強(qiáng)度要求，C、D和E的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)CE，并顯示出優(yōu)于水泥固化件的耐久性。C、D和E中含有活性的物質(zhì)是SiO2和Al2O3，除了GGBS作為微集料的“孔隙細(xì)化”作用[41]，主要發(fā)生的是火山灰反應(yīng)。C和D固化劑中CaO不僅提供堿性環(huán)境，還提供作為火山灰反應(yīng)的反應(yīng)物Ca(OH)2，生成的膠凝體更為致密，從而得到更高強(qiáng)度的固化體。E中的MgO水解后生成的Mg(OH)2僅僅提供了火山灰反應(yīng)需要的堿性環(huán)境，所以E的強(qiáng)度較低。

3 結(jié) 論

(1)堿激發(fā)藥劑固化鐵尾砂中A、C、D、E的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均強(qiáng)于水泥，應(yīng)力應(yīng)變變化曲線(xiàn)均屬于應(yīng)變軟化型，qu隨齡期增長(zhǎng)而增加，應(yīng)變不規(guī)律變化。雖然新型固化劑早期強(qiáng)度較高，但是強(qiáng)度隨齡期變化仍有很大的提升。

(2)qu隨綜合表征參數(shù)Kmd遞增呈現(xiàn)指數(shù)和線(xiàn)性減小的趨勢(shì)，且有擬合系數(shù)較高的擬合函數(shù)。擬合函數(shù)為工程的檢測(cè)與維修提供了依據(jù)。

(3)新型固化劑固化體在干濕循環(huán)的耐久性均強(qiáng)于水泥固化鐵尾砂，具體體現(xiàn)在強(qiáng)度系數(shù)高，強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率小。A、B、C、D、E浸出液的pH值均小于水泥固化體，屬于環(huán)境友好型固化劑。pH值和累計(jì)電導(dǎo)率的變化說(shuō)明7個(gè)循環(huán)后固化體構(gòu)造開(kāi)始遭受侵蝕。

(4)從強(qiáng)度特性上來(lái)看，E和C、D分別符合二級(jí)及以下公路的底基層路基填料的要求。