石灰与水泥长期稳定化处理粉煤灰池渣的对比研究：FTIR表征、强度优化及可持续应用

为解决粉煤灰池渣（pond ash）湿法处置导致的土地占用与环境污染问题，研究人员通过石灰（lime）和水泥（cement）稳定化技术开展对比研究，结合FTIR光谱和响应面法（RSM）优化，发现6%水泥和8%石灰分别使120天无侧限抗压强度（UCS）达2412 kPa和2719 kPa，证实了工业废渣资源化利用的可行性。

　　

燃煤电厂产生的粉煤灰池渣（pond ash）湿法堆积不仅占用大量土地，还因重金属渗漏威胁土壤和地下水安全。印度这类问题尤为突出，全国6.5万英亩的灰池持续扩张，而建筑行业却面临天然填料短缺的困境。尽管粉煤灰池渣可作为替代材料，但其低剪切力和不良级配限制了直接应用。如何通过稳定化技术提升其工程性能，成为环境与土木工程交叉领域的关键课题。

国内某热电厂（Ramagundam Thermal Power Plant）的研究人员通过对比石灰和水泥的长期稳定化效果，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）和响应面法（RSM），系统评估了不同配比（2-10%）和养护周期（7-120天）对材料性能的影响。研究发现，水泥在早期强度提升上占优，而石灰则展现出更显著的长期增益，相关成果发表于《Next Materials》，为工业废渣的绿色利用提供了理论和实践依据。

研究采用标准击实试验测定最大干密度（MDD）和最优含水率（OMC），通过无侧限抗压试验（UCS）量化强度，结合FTIR分析化学键演变，并利用RSM建立添加剂含量与养护时间的预测模型。

4.1 压实特性
石灰和水泥均显著提升MDD（最高达12.13 kN/m³），降低OMC（最低24.3%），这与C-S-H凝胶填充孔隙的机制一致。

4.2 无侧限抗压强度

• 石灰组：8%石灰使120天UCS达2719 kPa，较7天增长588%，归因于持续 Pozzolanic（火山灰）反应；
• 水泥组：6%水泥的120天UCS为2412 kPa，早期强度优势明显（7天即达1782 kPa）。

4.3 FTIR谱学证据
30天养护后，6%石灰样本在3419 cm^-1出现羟基峰，证实Ca(OH)₂残留；而水泥组在120天时碳酸盐峰（1420 cm^-1）增强，反映碳化反应。硅氧键（1000-1100 cm^-1）位移表明C-S-H凝胶形成。

4.4 RSM模型优化
二次回归方程显示，石灰含量对UCS的影响权重（F=152.49）远超养护时间（F=72.43），而水泥模型更依赖添加剂剂量（F=205.15）。三维响应面表明，石灰的强度增益呈非线性，而水泥则接近线性增长。

该研究不仅明确了石灰和水泥在粉煤灰池渣稳定化中的差异化优势——水泥适合快速工程，石灰更经济且长效，还通过多尺度分析揭示了化学键重组与宏观性能的关联。FTIR与RSM的联用策略，为工业废渣的精准资源化提供了方法论范式，对推动可持续基建和循环经济具有双重意义。