養(yǎng)護條件對赤泥基輕質(zhì)土的強度與水化反應(yīng)的影響

陳成勇 ，董永泉 ，王 勇 ，李 瓏 ，陳忠平

（1.山東高速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司，山東 濟南 250014；2.濱州市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濱州 256603；3.廣東同創(chuàng)科鑫環(huán)保有限公司，廣東 廣州 511455）

0 引言

赤泥是生產(chǎn)氧化鋁的過程中所形成的副產(chǎn)物，由于氧化鐵含量高，黏稠度較大，與赤色泥土外觀相似，赤泥自身堿性較高，pH 為12～14[1]。全球赤泥的堆積存量已經(jīng)超過40 億t，而有資源有效利用率不到4%，大量赤泥堆積占據(jù)了大面積的土地，并且?guī)韲乐氐沫h(huán)境安全隱患，同時影響了氧化鋁行業(yè)的發(fā)展，因此將赤泥資源化利用是我國生態(tài)文明建設(shè)的一大難題。目前赤泥的資源化利用有回收有價元素[2-4]，來生產(chǎn)建筑材料（如水泥和合金材料等）[5-7]。赤泥是由大量氧化硅、氧化鋁及氧化鐵等活性成分組成，并且赤泥擁有較好的黏性和可塑性，因此利用赤泥具有制備成膠凝材料的可能性。赤泥中富含SiO2和Al2O3等成分，且堿性較強。利用赤泥堿性強的特點，基于地聚物材料及堿激發(fā)相關(guān)理論，可有效使赤泥和潛在活性礦物相進行協(xié)同激發(fā)，制備出具有膠凝特性的水硬性材料。

根據(jù)《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程》的定義，泡沫輕質(zhì)土是指用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與水泥等膠凝材料、拌合用水、摻和料、化學外加劑等，按照一定的比例混合攪拌，并通過一系列物理、化學方式發(fā)泡，經(jīng)過一段時間的硬化形成的一種輕質(zhì)材料。近幾年國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)蓬勃發(fā)展，泡沫輕質(zhì)土是一種輕質(zhì)高強、施工便捷、自立性優(yōu)異、無側(cè)向負載力的新型路用材料，成為路基工程的首選高性能材料。

目前業(yè)內(nèi)制備泡沫輕質(zhì)土多用高性能水泥，考慮到道路施工的龐大規(guī)模，水泥耗量將成倍上升，且生成水泥將伴隨大量的煤炭燃燒和溫室氣體排放。將赤泥進行改性處理，替代水泥作為路用材料，可很大程度上改善道路施工材料資源緊缺的情況，大幅降低施工成本，實現(xiàn)赤泥的無害化消納和高值化利用。根據(jù)相關(guān)文獻可知，相關(guān)的學者將粉煤灰、工業(yè)脫硫會、磷廢渣、生石灰等固廢與赤泥充分混合后，制備赤泥基輕質(zhì)土，并對其力學性能、流動性能、凝結(jié)時間、水化反應(yīng)等進行較為系統(tǒng)的研究。但很少研究養(yǎng)護條件對赤泥基輕質(zhì)土的影響，赤泥基輕質(zhì)土是一種輕質(zhì)路用材料，施工環(huán)境中可能存在的高溫、低溫、強降雨均對材料的力學性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因此仍需研究不同溫度、干燥和水浸泡環(huán)境下赤泥基輕質(zhì)土的強度發(fā)展規(guī)律、水化反應(yīng)的差異和微結(jié)構(gòu)的變化。

本文以赤泥為主要材料，摻入具備潛在膠凝活性的大宗固廢，使用復(fù)合激發(fā)溶液激發(fā)赤泥基活性料，通過物理發(fā)泡制備出一種赤泥消納量大、強度符合路基強度指標的赤泥基輕質(zhì)土。同時，通過設(shè)計不同養(yǎng)護條件，研究外部環(huán)境對赤泥基輕質(zhì)土的力學性能的影響規(guī)律，并且采用電鏡掃描，形貌觀察等分析手段對其強度、反應(yīng)產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)進行研究，從而對赤泥的資源化利用和赤泥基輕質(zhì)土在不同施工環(huán)境下的應(yīng)用起到一定的指導作用。

1 試驗

1.1 原材料分析

（1）拜耳法赤泥選用山東鋁業(yè)公司的拜耳法赤泥，原材料化學成分如表1 所示，主要成分為SiO2、Al2O3和 Fe2O3，而 Na2O 和 K2O 等堿性氧化物含量較高，因此赤泥擁有較高的堿性。赤泥主要物相為赤鐵礦、鈦礦石及二氧化硅等。

（2）粉煤灰選自淄博某電廠的二級灰，表觀密度為2.36 g/cm3，主要物為石英、方鎂石、莫來石和部分硅鋁酸鹽玻璃，圖1 為粉煤灰的掃描電子顯微鏡照片，其微觀形貌呈不同粒徑的球狀顆粒，45 μm 方孔篩通過率為86.2%。

圖1 粉煤灰的掃描電子顯微鏡照片

（3）生石灰：濟南某公司的普通生石灰，化學成分如表1 所示，主要成分為CaO。

（4）熟料：山東某 P·Ⅰ42.5 硅酸鹽水泥熟料，密度為3.10 g/cm3，化學成分如表1 所示。

（5）磷石膏：山東某濕法磷酸廠產(chǎn)出的工業(yè)副產(chǎn)物，化學成分如表1 所示。

表1 原料的化學成分 單位：wt%

（6）發(fā)泡劑：選用廣東某公司的發(fā)泡劑。其為淡黃色中性液體，具有高發(fā)泡率、高強度和持久性等特點。

1.2 試驗配合比

赤泥基輕質(zhì)土配合比按照赤泥（wt%）: 粉煤灰（wt%）:磷石膏（wt%）:熟料（wt%）=50:32:6:12 配置活性料，按照2%濃度配置硅酸鹽堿活性激發(fā)劑，試驗共設(shè)置7 種養(yǎng)護條件，如表2 所示。每組試驗制備15個試件，分別測量 3 d、7 d、14 d、28 d、56 d 抗壓強度。

表2 赤泥基輕質(zhì)土養(yǎng)護條件設(shè)計

1.3 標準試件成型步驟

1.3.1 成型及養(yǎng)護設(shè)備

試驗所使用的設(shè)備包括電子天平（精度0.01 g、量程 1 kg）、電子秤（精度 10 g、量程 100 kg）、燒杯（100～1000 mL）、量筒、玻璃棒、鐵質(zhì)托盤、雙軸式專業(yè)攪拌器（浙江省永康市廣儀工貿(mào)有限公司，轉(zhuǎn)速150～950 r/min）、鋼直尺、1 L 不銹鋼量杯、100 mm×100 mm×100 mm 的混凝土三聯(lián)鐵模、發(fā)泡機等。養(yǎng)護儀器為國產(chǎn)的水泥混凝土恒溫恒濕標準養(yǎng)護箱（型號 HBYˉ40A），溫度設(shè)置為 20 ℃±1 ℃，濕度設(shè)置保持在95%以上。

1.3.2 赤泥基輕質(zhì)土成型方案

（1）刷油。檢查加氣混凝土標準試模旋鈕是否牢固擰緊，在模具底部和四周均勻涂抹潤滑油或?qū)I(yè)機油。

（2）發(fā)泡。按1:60 的比例稱取發(fā)泡劑和水混合，調(diào)節(jié)泡沫密度直至50 kg/m3。

（3）稱量。按照設(shè)計好的配合比，用電子稱稱取自來水倒入攪拌桶，再分別稱取所需拌和的原材料（即赤泥、熟料、復(fù)合固廢微粉、外加料），將其在攪拌桶中混合。

（4）攪拌。手動攪拌直至料漿均勻，稱量料漿容重，隨后啟動發(fā)泡機，待發(fā)泡機噴射20 s，確定泡沫生成質(zhì)地均勻且復(fù)測容重達標后，按配比的量充入混合料漿中，隨后攪拌至少60 s 至料漿與泡沫充分混合均勻，稱量濕密度檢測，若未達到濕密度設(shè)計值則繼續(xù)加泡沫或進行充分攪拌，重復(fù)至濕密度達到設(shè)計值。

（5）澆筑。攪拌結(jié)束后將混合料漿澆筑到100 mm×100 mm×100 mm 的三聯(lián)鐵模中，先澆筑1/3，用鋼直尺沿順時針振搗鐵模的4 個直角，再慢慢將剩余的料漿倒入，澆筑至略微超出鐵模1～2 mm，隨后輕抬鐵模震蕩至均勻，等待成型。

（6）脫模。等待赤泥基輕質(zhì)土固結(jié)成型后將表面水平刮平，用黑色毛筆寫上編號，沿鐵模周邊小心拆模，而后記錄試樣的質(zhì)量，進行固結(jié)養(yǎng)護。

（7）養(yǎng)護。將脫模后的赤泥基輕質(zhì)土用塑料薄膜包上，放入養(yǎng)護箱中，養(yǎng)護條件為20 ℃±1 ℃，相對濕度高于 95%，養(yǎng)護 3 d、7 d、28 d。

1.4 測試方法

（1）抗壓強度測試，測試步驟如下。

①取樣。待赤泥基輕質(zhì)土試樣養(yǎng)護至指定齡期（3 d、7 d、28 d）后，從養(yǎng)護箱中取出，稱取質(zhì)量并記錄。

②開機。打開萬能試驗機的全自動液壓測控系統(tǒng)，打開油泵啟動開關(guān)，選擇混凝土抗壓強度測試。

③編號。輸入試樣編號和齡期，加載速度按《泡沫混凝土制品性能試驗方法》（JC/T 2357—2016）的強度等級0.5～1 級的規(guī)定取為0.25 kN/s。

④測試。將試樣放到試驗機右邊的抗壓試驗臺上，試樣中心對準壓板中心，點擊開啟運行，觀察到赤泥基輕質(zhì)土損壞后停止試驗。

⑤記錄。收集抗壓強度數(shù)據(jù)，重復(fù)測試，所有待測試樣試壓完成后，關(guān)閉油泵和總電源，并清理試驗臺。

抗壓強度按式（1）計算，抗壓強度需測試同一配比的水平試樣3 個，在誤差值不超過10%的情況下取平均值。

式中:Fc——抗壓強度，MPa；P——破壞載荷，N；A——受壓面積，mm2，赤泥基輕質(zhì)土為100 mm×100 mm。

（2）X 射線衍射（XRD）相分析，本試驗所需器具為電熱鼓風恒溫干燥箱，型號為PW3040/60 的X 射線粉末衍射儀和瑪瑙研缽。測試步驟如下。

①制樣。待抗壓強度測試結(jié)束后取赤泥基輕質(zhì)土受力剝落后的部分中心碎塊，將其立即用無水乙醇浸泡中斷并停止水化反應(yīng)。

②干燥。在測試前取出，放入烘干機以60 ℃烘12 h 以上。

③研磨。烘干后用瑪瑙研缽將其研碎，磨細至無明顯顆粒感并過80 μm 篩，用密封袋并貼好標簽小心保存，以備測試。

④裝樣。取20 mg 磨細的赤泥基輕質(zhì)土粉體，裝在玻片上并壓實，放入儀器測試。

⑤測試。測試選擇Cu 靶α 射線，掃描角度為5°～70°，掃描速度為 2°/min，掃描結(jié)果用 origin 畫圖，并用Jade6 軟件進行標準PDF 卡片比對分析各衍射峰。

（3）掃描電子顯微鏡試驗，本次試驗所用儀器為JSM-7001F 場發(fā)射掃描電子顯微鏡，以及JFCˉ1600自動噴金儀器。測試步驟如下。

①待抗壓強度測試結(jié)束后取輕質(zhì)土受力剝落后的部分中心碎塊，若未見剝落則用剪刀或鋸子剪取試樣中部1 cm3左右的樣品，將其立即用無水乙醇浸泡中斷并停止水化反應(yīng)，在測試前取出，放入烘干機以60 ℃烘6 h 以上，烘干后取出用剪刀剪至2～3 mm3，裝入密封袋并貼上標簽小心保存，以備測試。

②掃描電子顯微鏡測試前，將剪出合適的導電膠貼在銅臺上，取輕質(zhì)土樣品粘在導電膠上，并對其進行噴金導電處理，噴金結(jié)束將裝有樣品的銅臺放入儀器中抽真空1～2 h，然后觀察拍攝其不同放大倍數(shù)下赤泥基輕質(zhì)土的微觀形貌。

2 分析與討論

2.1 養(yǎng)護條件對赤泥基輕質(zhì)土強度的影響

研究不同養(yǎng)護條件下赤泥基輕質(zhì)土強度隨齡期的發(fā)展規(guī)律，結(jié)果表明，提高養(yǎng)護溫度對赤泥基輕質(zhì)土試樣的早期強度發(fā)展效果顯著。NC 組標準養(yǎng)護的試樣的 3 d 強度為 0.25 MPa，7 d 強度為 0.82 MPa；當溫度由20 ℃提高至40 ℃，20T 試樣3 d 強度增長至1.14 MPa，7 d 抗壓強度增長至1.63 MPa，即從標準養(yǎng)護溫度升高20 ℃，3 d 和7 d 對應(yīng)齡期強度增長率分別為356%和98.7%。進一步提高養(yǎng)護溫度至60 ℃，60T 試樣3 d 強度和7 d 強度為所有實驗組中最高，但當齡期超過14 d 后，60T 試樣的強度較40T開始出現(xiàn)倒縮，40T 試樣14 d 抗壓強度達1.86 MPa，60T 試樣抗壓強度下降至1.78 MPa，28 d 齡期40T試樣強度超過2.0 MPa，60T 試樣則在14 d 到28 d間強度沒有進一步發(fā)展。

赤泥基活性料屬于潛在活性材料，為了獲得較高的早期強度，提高堿激發(fā)膠凝材料的養(yǎng)護溫度是必要的。但隨著齡期發(fā)展，高溫養(yǎng)護導致堿激發(fā)材料的后期強度增長受限，甚至出現(xiàn)倒縮，這與當前對鋁硅酸鹽的堿激發(fā)相關(guān)研究結(jié)論相符合。①以粉煤灰和水玻璃作為原料制備的凈漿試件，分別在75 ℃和95 ℃的條件下進行養(yǎng)護，試樣7 d 強度隨著溫度升高呈先增長后降低的趨勢。②用水玻璃等材料堿激發(fā)偏高嶺土，在80 ℃的養(yǎng)護環(huán)境下，該材料的28 d抗壓強度卻低于1 d 抗壓強度。③水玻璃堿激發(fā)的偏高嶺土和粉煤灰復(fù)合材料，在80 ℃水浴及蒸汽中持續(xù)養(yǎng)護7 d，該材料在養(yǎng)護齡期內(nèi)，水化產(chǎn)物出現(xiàn)了先生成后逐步破壞的現(xiàn)象，高溫環(huán)境下發(fā)生了凝膠結(jié)晶的現(xiàn)象。④有研究表明，水化產(chǎn)物的再結(jié)晶削弱了內(nèi)部的微填充效應(yīng)，使得向外擴張的產(chǎn)物向內(nèi)板結(jié)，進而使得膠凝材料結(jié)構(gòu)疏松，導致強度降低。

WC 試樣和20T 試樣的強度在56 d 齡期內(nèi)持續(xù)發(fā)展，但相對高溫養(yǎng)護增長較慢。20T 試樣3 d 抗壓強度為 0.42 MPa，28 d 強度為 1.60 MPa，56 d 強度為1.73 MPa。在標準養(yǎng)護環(huán)境下，赤泥基輕質(zhì)土內(nèi)部水化反應(yīng)周期較長，28 d 齡期后仍有一段增長期。

NC 試樣和-20T 試樣的抗壓強度發(fā)展28 d 抗壓強度為0.75 MPa 和0.95 MPa，甚至NC 試樣在56 d齡期時已損壞斷裂，無法進行抗壓強度實驗。其原因在于NC 試樣的養(yǎng)護環(huán)境濕度較低（相對濕度40%～60%），試塊內(nèi)部水分損失嚴重。研究表明，膠凝材料在凝結(jié)硬化的過程中，反應(yīng)所涉及的溶解、聚合、縮聚等都必須有溶液參與，水分的損失必然影響上述的化學反應(yīng)，進而使試樣強度偏低。另外，水分缺失除了影響正常的水化反應(yīng)進程，還會導致已生成的產(chǎn)物分解或者晶型轉(zhuǎn)變，進而導致整體結(jié)構(gòu)的干縮，開裂。

由此可見，適宜養(yǎng)護環(huán)境的空氣濕度是確保赤泥基輕質(zhì)土有較高強度的必要條件。結(jié)合高溫養(yǎng)護有利于提高早期強度及常溫濕養(yǎng)有利于強度穩(wěn)定發(fā)展的優(yōu)勢，為了獲得最終強度更高的試樣，可采用短時高溫養(yǎng)護后再常規(guī)養(yǎng)護的養(yǎng)護制度，如先在高溫條件下養(yǎng)護24 h，隨后再標準養(yǎng)護至規(guī)定齡期。

2.2 養(yǎng)護條件對赤泥基輕質(zhì)土反應(yīng)產(chǎn)物的影響

赤泥基輕質(zhì)土在不同外部環(huán)境下養(yǎng)護28 d，通過對其進行XRD 物相分析，表明赤泥基輕質(zhì)土物相結(jié)構(gòu)主要為鈣礬石、方解石（CaCO3）、鋁硅酸鈣、C-（A）-S-H、鈣鋁榴石、赤鐵礦等。通過比對赤泥原料的XRD 圖譜可知，赤鐵礦的衍射峰與赤泥大致相同，幾乎不參與水化反應(yīng)。通過赤泥改性激發(fā)生成的新產(chǎn)物是主要是鈣礬石、氫氧化鈣、C-（A）-S-H 凝膠和水化鋁硅酸鈣的類沸石結(jié)構(gòu)。

對比-20T、20T、40T 試樣，XRD 圖譜中小角度上鈣礬石的特征峰位情況，可知20T 試樣和40T 試樣的衍射峰較-20T 試樣衍射強度更高，表明在適宜溫度范圍內(nèi)，提高環(huán)境溫度有助于鈣礬石的生成。比較NC、WC 和20T 試樣的鈣礬石特征峰，其中WC 試樣衍射峰強度最低，表明低離子濃度和低堿環(huán)境下最不利于鈣礬石的生成和穩(wěn)定存在，NC 試樣和20T 試樣峰位相當，但均低于40T 試樣。

2θ 為 48°的峰位屬于方解石的特征峰，NC 試樣裸露在大氣中，與空氣反應(yīng)發(fā)生碳化，水化產(chǎn)物中的Ca（OH）2轉(zhuǎn)變?yōu)?CaCO3，因此 NC 試樣的方解石的特征峰為較高。已套膜試樣，由于鈣礬石和凝膠的生成需求大量的Ca2+離子，導致溶液中的Ca2+濃度下降，進而碳酸鈣和類沸石的特征峰生均有所下降。因此WC 試樣在水浴環(huán)境下，試樣與空氣中CO2基本隔絕，同時由于水化反應(yīng)進程滿，CaCO3、Ca（OH）2以及類沸石產(chǎn)物的特征峰強度均很低。赤泥基改性活性材料屬于堿激發(fā)材料體系，因此內(nèi)部水化反應(yīng)需要高堿性和高離子濃度環(huán)境，早期浸泡會導致內(nèi)部水化環(huán)境的破壞，進而影響材料性能。

赤泥基輕質(zhì)土作為輕質(zhì)發(fā)泡材料，其強度主要依托于顆粒間的黏結(jié)和鈣礬石與C-（A）-S-H 形成的三維網(wǎng)絡(luò)骨架。相關(guān)研究表明，在70～80 ℃的堿溶液中鈣礬石會轉(zhuǎn)化為AFm 鈣礬石不能在高溫下長期穩(wěn)定存在。因此，采用適合的養(yǎng)護制度保證水化反應(yīng)的進行和鈣礬石的大量生成是保障赤泥基輕質(zhì)土性能的重要因素。

2.3 不同養(yǎng)護條件下28 d 齡期赤泥基輕質(zhì)土反應(yīng)產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 為 20T、40T、WC、NC 和-20T 試樣 28 d 齡期赤泥基輕質(zhì)土掃描電子顯微鏡拍攝的150x 斷面結(jié)構(gòu)照片。強度發(fā)展較高的40T、20T 和WC 試樣的孔洞呈均勻分布，大小均勻且為相互隔絕的封閉孔，其中40T 試樣斷面圖中，有較明顯的水化產(chǎn)物生長在孔壁內(nèi)側(cè)，并起到支撐和填充的作用。與其相比，強度較低的NC 試樣和-20T 試樣表面有明顯的裂痕，強度最低的NC 試樣斷面的孔洞之間形成了缺口，產(chǎn)生了大范圍的連通孔，斷面的結(jié)構(gòu)完整度最低。上述分析表明，擁有孤立、勻稱的封閉孔結(jié)構(gòu)，是保證物理發(fā)泡材料強度的關(guān)鍵因素，赤泥基輕質(zhì)土在適宜的養(yǎng)護條件下，在物理發(fā)泡所形成的孔壁上生成的水化產(chǎn)物可有效提高結(jié)構(gòu)的整體密實度，從而提高整體抗壓強度，當養(yǎng)護環(huán)境不利于形成完好的孔洞結(jié)構(gòu)，將導致材料力學性能的大幅下降。

圖2 不同養(yǎng)護條件下28 d 齡期赤泥基輕質(zhì)土掃描電子顯微鏡拍攝的150x 斷面結(jié)構(gòu)照片

標準養(yǎng)護（20T）、自然裸露（NC）和水浴浸泡（WC） 的赤泥基輕質(zhì)土反應(yīng)產(chǎn)物能譜儀（energy dispersive spectroscopy,EDS）能譜如圖 3 所示。圖3a 可知，20T 試樣赤泥基輕質(zhì)土的反應(yīng)產(chǎn)物中 Al、Si、S 和C 和O 元素較高，結(jié)合圖像形貌可知該針狀物質(zhì)為鈣礬石，片狀產(chǎn)物為 Ca（OH）2，其由大量的 C-S-H和C-A-S-H 凝膠被包裹；由圖3b 可知，NC 試樣產(chǎn)物中針狀的鈣礬石和凝膠明顯減少，還有較多的晶體與鈣礬石板結(jié)在一起，呈現(xiàn)坍縮狀態(tài)，該物質(zhì)具有較多的 Al、Si、Ca 和 O 元素，判斷該產(chǎn)物為沸石；由圖3c 可知，WC 試樣產(chǎn)物中存在眾多六邊形片狀物體和少量纖維狀鈣礬石，該物質(zhì)Ca、C 和O 含量較高，該物質(zhì)主要成分是 O（32.3%）、Ca（46.5%）和 C（15.5%），結(jié)合圖像形貌可判斷為氫氧化鈣。

圖3 20T、NC 和 WC 試樣的 EDS 能譜

圖4 為不同養(yǎng)護環(huán)境下28 d 齡期赤泥基輕質(zhì)土發(fā)泡形成孔壁形貌的掃描電子顯微鏡照片，由圖4a可知，在標準養(yǎng)護下，20T 試樣孔壁上有大量針狀鈣礬石、C-（A）-S-H 凝膠以及氫氧化鈣，凝膠包裹在針狀鈣礬石和片狀氫氧化鈣上，由孔壁向外延伸，并且在孔壁斷面間形成一定的聯(lián)結(jié)。由圖4b 可看出，C-（A）-S-H 凝膠和鈣礬石生成量更高，空間網(wǎng)絡(luò)骨架被凝膠包裹的更加密實，孔壁內(nèi)部的空間被更多的產(chǎn)物占據(jù)，顆粒間的聯(lián)結(jié)程度更高。由圖4c 可知，浸泡環(huán)境下的凝膠和針狀鈣礬石的生成數(shù)量明顯受限，孔壁上的水化產(chǎn)物更多的是片狀產(chǎn)物，且附著的凝膠產(chǎn)物很少。圖4d 為干燥、表面裸露于空氣的NC試樣，此時鈣礬石發(fā)生分解形成了沸石、碳酸鈣等產(chǎn)物，C-（A）-S-H 仍繼續(xù)存在，由于水分缺失，孔壁上出現(xiàn)較多缺陷，使得NC 試樣斷面結(jié)構(gòu)較20T 試樣及40T 試樣更加疏松疏松。由圖4e 可知，-20T 試樣由于養(yǎng)護溫度過低，材料的水化難以持續(xù)進行，斷面圖中仍然有大量原料沒有發(fā)生反應(yīng)，改性赤泥活性顆粒表面未附著有水化產(chǎn)物，顆粒間聯(lián)結(jié)程度最低。圖4f 為60T 養(yǎng)護試樣，孔壁斷面圖上存在較多水化產(chǎn)物，但大多附著在顆粒表面，未向外延伸，針棒裝鈣礬石產(chǎn)物幾乎消失，凝膠狀物質(zhì)呈現(xiàn)板結(jié)，顆粒間的聯(lián)結(jié)程度較高，但縱向的填充度較低。

圖4 不同養(yǎng)護條件下28 d 齡期赤泥基輕質(zhì)土發(fā)泡形成孔壁形貌的掃描電子顯微鏡照片

溫度的升高加快了鈣礬石的形成速度，鈣礬石的長寬比增加，在40 ℃反應(yīng)時，鈣礬石反應(yīng)形貌最為復(fù)雜，長寬比也明顯大于20 ℃和60 ℃反應(yīng)時。當溫度到達60 ℃時，由于鈣礬石在該溫度下，鈣礬石的形成和穩(wěn)定存在會受到影響，即當環(huán)境溫度達70 ℃左右時，鈣礬石趨向轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌蜾X酸鹽結(jié)構(gòu)。低溫環(huán)境導致活性材料的水化速度緩慢，鈣礬石和C-（A）-S-H 凝膠的生成速度緩慢，快速無法形成緊密交織的結(jié)構(gòu)骨架。

綜上所述，在適宜范圍內(nèi)，提高養(yǎng)護溫度并保證濕度可加快赤泥基輕質(zhì)土的水化反應(yīng)，有利于水化產(chǎn)物的大量生成，產(chǎn)物不僅附著于顆粒表面，同時鈣礬石和C-（A）-S-H 交織形成的骨架結(jié)構(gòu)對輕質(zhì)發(fā)泡材料的孔隙起到有效的填充，從而提高赤泥基輕質(zhì)土的強度。另外，應(yīng)盡量避免長期的水下浸泡和直接與空氣接觸，這都會使得鈣礬石的生成受阻，影響產(chǎn)物的穩(wěn)定存在。

3 結(jié)語

（1）以大摻量赤泥、粉煤灰、磷石膏和少量熟料制備的赤泥基活性料，在堿-硅酸鹽復(fù)合激發(fā)下，通過物理發(fā)泡制備的赤泥基輕質(zhì)土，在適宜養(yǎng)護條件下，28 d 抗壓強度可達到1.8 MPa 以上，滿足公路路基的強度指標。

（2）赤泥基輕質(zhì)土的早期強度隨著養(yǎng)護溫度的升高顯著提高，14 d 齡期后強度隨養(yǎng)護溫度的升高，呈先升高后降低的規(guī)律，56 d 齡期下，40 ℃養(yǎng)護強度為所有組別中最高。

（3）浸泡環(huán)境下，赤泥基輕質(zhì)土內(nèi)部的堿環(huán)境和離子濃度均下降，鈣礬石等水化產(chǎn)物生成受到抑制，導致各齡期下的抗壓強度降低；干燥環(huán)境下，由于水分的缺失和碳化導致原有產(chǎn)物的分解與轉(zhuǎn)變，赤泥基輕質(zhì)土強度大幅削減。

（4）赤泥基輕質(zhì)土的主要反應(yīng)產(chǎn)物為針狀鈣礬石、C-（A）-S-H 凝膠和片狀 Ca（OH）2晶體。在適宜的養(yǎng)護環(huán)境下，鈣礬石和凝膠大量生成，填充于發(fā)泡產(chǎn)生的孔隙內(nèi)，起到骨架支撐的作用，大幅提高了材料的結(jié)構(gòu)密實性。

（5）為保證赤泥基輕質(zhì)土的路用性能，施工溫度建議在0 ℃以上，同時澆筑完成后宜鋪設(shè)土工膜，避免水分的流失和與大氣直接接觸。預(yù)制件可選擇40～60 ℃蒸養(yǎng)3 d，后續(xù)轉(zhuǎn)為標準養(yǎng)護，可同時保證材料的早強性和后期強度的穩(wěn)定性。