converter钢渣（Geotizer?）在河流堤岸修复中的环境适用性：固化处理对pH值稳定性的影响

《Environmental and Sustainability Indicators》：Environmental applicability of converter steelmaking slag (Geotizer?) in river embankment restoration: Effect of curing on pH stabilization

本研究评估了日钢公司转炉钢渣（Geotizer?）在河流防洪工程中的适用性，通过静态和动态水实验发现，未固化Geotizer?会导致出流水pH显著升高（10.7–11.8），但预固化14天后pH稳定至7.2–7.8，接近中性。机理为固化过程中Ca(OH)?与硅胶反应生成钙硅酸盐凝胶（C–S–H），减少OH?溶出。数值模型显示，当上游碳酸氢盐浓度＞10 mg/L时，无论流量如何，pH变化可忽略，表明在典型河流环境中应用安全。

　　这项研究探讨了工业副产品——钢渣（Geotizer?）在河流防洪工程中的应用潜力，特别是在堤坝和护岸等结构中的使用。Geotizer?是日本制铁公司开发的一种用于地基改良的颗粒材料，广泛应用于软土地基的加固以及农业土壤的改良。然而，由于其含有碱性物质如氢氧化钙（Ca(OH)?），这些物质可能在水化过程中释放到环境中，从而显著提高周围水体的pH值，达到11至12的范围。这种碱性释放可能对水生生态系统产生负面影响，因此其在河流工程中的应用受到了一定限制。然而，研究发现，通过适当的固化处理和对水质的评估，可以有效减少Geotizer?对环境的影响，使其成为可持续的防洪材料。

在实验室中，研究人员进行了柱状实验，将Geotizer?与石英砂或风化的花岗岩砂混合，模拟了不同水流条件下的情况。在未固化的情况下，使用去离子水时，流出水的pH值达到了10.7至11.8，而使用自来水（含65毫克/升的碳酸氢盐）时，pH值显著下降至8.3至9.6。这表明，自来水中的碳酸氢盐可以中和Geotizer?释放的氢氧化物，从而减少对水体pH值的影响。经过两周的固化后，流出水的pH值稳定在7.2至7.8之间，接近自来水的pH值（约7.3），说明固化能有效抑制氢氧化物的释放。

进一步的研究表明，固化后的Geotizer?与石英砂混合物能够形成无定形的钙硅酸盐水合物（C–S–H），这种物质不仅提高了混合物的密度，还降低了其水力导电性，从而减少了氢氧化物向水体的迁移。此外，研究人员还开发了一个模型，用于描述氢氧化物离子从Geotizer?和土壤混合物中扩散到流动水中的过程。模型计算结果与实验数据吻合良好，尤其是在使用自来水的实验中，显示了其对pH值的预测能力。

实际河流水的实验结果显示，使用Oita河和Ono河的河水进行测试时，流出水的pH值在7.64至7.80之间，表明即使在自然水体中，Geotizer?对pH值的影响也较小。这种影响主要受到固化处理和自然水中碳酸氢盐浓度的影响。如果自然水体中的碳酸氢盐浓度较高，Geotizer?的使用不会对水体pH值造成显著变化，从而减少了对生态环境的潜在威胁。

在应用方面，研究将Geotizer?与石英砂混合用于堤坝加固，假设混合物经过28天的固化，其残余氢氧化钙含量从0.18%降至0.01%。模拟结果表明，当自然水体中的碳酸氢盐浓度超过10毫克/升时，Geotizer?对下游水体pH值的影响可以忽略不计，无论水流的大小如何。这意味着在大多数自然河流环境中，Geotizer?可以安全地用于防洪工程，前提是进行适当的固化处理和水质评估。

综上所述，这项研究证明了Geotizer?在河流防洪工程中的可行性，尤其是在经过固化处理后，能够有效减少其对水体pH值的负面影响。研究结果对于推动工业副产品的可持续利用具有重要意义，同时也为河流工程中材料选择提供了科学依据。通过合理的设计和应用，Geotizer?可以成为一种既环保又有效的材料，用于提升河流防洪结构的稳定性和耐久性。