利用协同作用的电弧炉矿渣和水处理污泥稳定高膨胀性粘土：一项机械性能研究

《Scientific Reports》：Stabilization of highly expansive clay using synergistic EAF slag and water treatment sludge: a mechanical performance study

　　

摘要

本研究通过使用两种工业副产品——电弧炉（EAF）炉渣和水处理污泥（WTS）来稳定高度膨胀的粘土土壤，从而解决了相关研究不足的问题。这些添加剂在增强土壤强度和刚度的同时还能抑制其膨胀。实验中使用了含有0%、10%、20%和30% EAF炉渣以及0%、5%、10%、20%和30% WTS的粘土样品，在养护7天、28天和56天后对其性能进行了评估。无侧限抗压强度（UCS）和超声波脉冲速度（UPV）测试被用作评估机械性能的主要指标，同时进行了自由膨胀测试以评估体积稳定性。此外，还通过扫描电子显微镜（SEM）、能量分散X射线光谱（EDS）和X射线衍射（XRD）分析来探究观察到的改善机制的微观机理。结果表明，30% EAF炉渣和20% WTS的联合使用在提高强度、刚度和减少膨胀方面取得了最佳效果：与未处理土壤相比，UCS提高了四倍以上，达到约2800 kPa，UPV提升至接近1700 m/s。经过56天的养护后，优化混合物的膨胀潜力从天然粘土的270%显著降低至8%。微观结构分析证实形成了水泥质凝胶，主要是钙硅酸氢盐（C–S–H）和钙铝酸氢盐（C–A–H），这些凝胶填充了孔隙、粘合了颗粒，并形成了更致密、更稳定的基质，从而抵抗了水分引起的膨胀。这些发现表明，EAF炉渣和WTS的联合使用是改善膨胀土壤机械性能和体积特性的有效方法。