引言
随着工业化 Urbanization 的迅速发展，土壤和地下水污染问题因垃圾填埋场、石油化工活动和矿渣处理等因素而加剧（Yu et al., 2026）。在工程项目中，建造不透水屏障已成为保护地下水资源的关键策略（Li et al., 2018, Yuan et al., 2025）。传统的不透水屏障通常使用土壤-膨润土（SB）混合物，但这些材料存在固有的局限性：它们的力学性能相对较差，且不透水性极易受到固结变形的影响（Mishra et al., 2010, Tong et al., 2020）。因此，在不影响密封能力的情况下提高回填材料的力学性能对于确保隔墙的有效性至关重要。
虽然将普通硅酸盐水泥（OPC）和石灰（CaO）等粘合剂通过其自固化行为掺入 SB 垂直屏障中，可以生产出满足力学和渗透性要求的水泥-膨润土（CB）和土壤-水泥-膨润土（SCB）屏障（Cui et al., 2022, Talefirouz et al., 2016, Zhou et al., 2023），但其在大规模应用方面仍面临诸多挑战。这些挑战源于水泥使用带来的高能耗和碳排放所带来的严重环境问题；例如，生产1 kg水泥大约需要消耗350 kJ的能量，并排放约0.94 kg的 CO?，这对可持续生态发展构成了严重威胁（Vorayos et al., 2020）。因此，寻找新型低碳、环保且可靠的替代品以完全取代 OPC 在 SB 改性中的应用已成为未来研究的重要焦点。
工业固体废物（ISW）长期以来一直被认为是环境退化和企业运营成本上升的主要因素，占污染源的很大比例（Yaman et al., 2020, Zhang et al., 2023）。因此，利用矿渣、粉煤灰、磷石膏和钠渣等 ISW 开发新型复合胶凝材料具有双重优势：它们既经济又低碳，同时提供更好的力学强度和不透水性（Shen et al., 2024, Sun et al., 2020, Zhang et al., 2025）。在各种工业副产品中，矿渣因其良好的矿物组成和化学活性而受到特别关注（Siline, 2021, Toutanji et al., 2004）。矿渣具有较高的火山灰活性，被广泛认为是完全替代水泥的可行候选材料（Wafa and Fukuzawa, 2014, Wang et al., 2025）。此外，碱活化矿渣（AAS）系统在开发这些复合粘合剂方面表现出明显优势，包括更低的成本、更高的早期强度（Singh et al., 2015）、更强的化学耐受性（Awoyera and Adesina, 2019, Yang et al., 2024）以及更低的碳足迹。
在屏障技术领域，研究人员主要使用碱土金属（特别是 MgO 和 CaO）作为矿渣的活化剂（Chen et al., 2024）。例如，Wu et al.（2019）使用 MgO 活化的矿渣-膨润土-土壤混合物制备了一种屏障，研究表明经过90天的固化后，该材料的抗压强度（UCS）达到230-520 kPa，渗透系数为1.1 × 10^-8 cm/s 至 6.3 × 10^-8 cm/s。同样，Huang et al.（2021）使用 MgO 活化了矿渣-水泥-膨润土（MASB）泥浆，并将其性能与传统矿渣-水泥-膨润土（SCB）混合物进行了比较。研究结果表明，MASB 在90天后的渗透系数（k_w）接近1.0 × 10^-8 cm/s，符合当前标准的设计限值（k_w ≤ 1.0 × 10^-7 cm/s）（Ryan Christopher and Day Steven, 2012）。然而，较长的固化周期引发了关于时间效率和实际适用性的担忧。在垃圾填埋场的高水压和离子密度极端条件下，污染物传输几乎瞬间发生，污染物羽流很容易通过隔墙未能达到设计渗透标准的“临界窗口”而发生侧向渗透，最终影响封闭系统的完整性。
本研究重点开发了一种高早期强度的不透水回填浆体，使用硅酸钠作为活化剂制备矿渣-膨润土-土壤垂直隔墙（SASB）。通过全面的实验室实验，系统评估了膨润土含量、矿渣比例和碱度对 SASB 泥浆施工性、渗透性和无侧限抗压强度的影响。此外，还采用了扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和汞侵入孔隙度测定（MIP）来阐明渗透机制。本研究为垃圾填埋场和化学工业园区受污染土壤的不透水化项目提供了宝贵的见解。
