玄武岩粉尘废弃物在土壤路基构建中的固化机理与力学性能创新研究

本研究针对黄河地区吉滨城际铁路建设中黄土结构松散、级配不良及黏聚力差等问题，创新性利用周边石料厂废弃石粉，通过自主研发的粉体活化系统进行粒径优化与碱激发（Geopolymer）固化，结合矿渣调控活性，采用正交试验确定最佳配比（NaOH 4.8g/Na2SiO3 4.8g），使改良土7天无侧限抗压强度（UCS）达2.74MPa，成本较水泥固化法降低51%，为高速铁路路基填充提供绿色解决方案。

　　

引言

黄河冲积区粉土因级配不连续、结构松散等特性难以满足高速铁路路基要求，传统水泥固化又面临高碳排放问题。研究以吉滨城际铁路为背景，首次系统探讨玄武岩废粉（Basalt dust）通过碱激发技术固化粉土的可行性，为工业固废资源化与绿色基建提供新思路。

黄河冲积区粉土特性研究

筛分试验显示粉土不均匀系数C_u=10.7>5，曲率系数C_c=0.375<1，属不良级配土。击实试验确定最大干密度1.84 g/cm³，最优含水率15.8%，为后续改良提供基准参数。

废石粉固化材料研发

自主研发的粉体活化系统通过精确控制回转窑温度与球磨速度提升石粉活性。正交试验（五因素四水平）揭示NaOH与矿渣粉为敏感性因素，当NaOH与Na₂SiO₃含量均为4.8g时，固化材料抗压强度最低（10.65MPa），而矿渣比例降低会显著削弱力学性能。

力学性能与微观机制

改良土UCS随固化剂掺量（10%-20%）呈正相关，20%掺量时达2.74MPa。扫描电镜（SEM）显示低掺量下孔隙发达，而高掺量时碱激发生成的C-S-H凝胶与钙矾石（Ettringite）形成空间网状结构，密度提升3倍。

现场试验验证

分层填筑（34/36/38cm）采用"静压→弱振→强振"工艺，压实度达93.6%。改良土饱和UCS为1.458MPa，远超规范要求（≥0.25MPa），成本降低51%。

结论

研究构建了玄武岩废粉-矿渣-碱激发剂协同固化体系，阐明微观结构演化与宏观强度关联性，为同类工程提供兼具经济性与环保性的解决方案。