钢渣与活性氧化镁复合固化软土的力学性能试验研究

课题：钢渣与活性氧化镁复合固化软土的力学性能试验研究钢渣与活性氧化镁复合固化软土的力学特性试验摘要：随着国家对生态环境建设的重视加深，土木工程的发展趋势越来越趋向于节约资源和环境保护的方向。本文针对的就是最常见的软土固化剂-普通硅酸盐水泥固化剂，这种常用的固化剂需要水泥，而水泥的能耗以及对于环境的污染是非常之大的。因此产生了寻找替代品的想法。本文着重研究钢渣与活性氧化镁作为固化剂的效果，采用钢渣与活性氧化镁对于盐城工学院池塘淤泥的固化效果，通过含水率测试和无侧向抗压强度试验与普通硅酸盐水泥固化剂进行横向对比，试验结果表明：在相同的工况下（养护条件，固化剂添加量），钢渣与活性氧化镁符合固化软土的含水率要低于普通硅酸盐水泥固化软土的含水率，并且随着固化剂添加量的增大，含水率呈线性降低，并且钢渣与活性氧化镁的固化土含水率降低的效率要高于普通硅酸盐水泥固化的软土。而无侧向抗压强度试验的结果表明：钢渣与活性氧化镁固化剂和普通硅酸盐水泥固化剂都会提高固化软土的力学特性，但是在相同的固化剂添加量下，钢渣与活性氧化镁固化的软土的抗压强度要优于普通硅酸盐水泥固化的软土。因此，在未来钢渣与活性氧化镁固化剂可以取代普通硅酸盐水泥固化剂。关键词：钢渣与活性氧化镁；水泥；软土；固化；力学特性；含水率；无侧限抗压强度；环保TestonmechanicalpropertiesofsoftsoilsolidifiedbyactivemagnesiumoxideAbstract:Withthedeepeningofthenationalattentiontotheconstructionofecologicalenvironment,thedevelopmenttrendofcivilengineeringtendstothedirectionofsavingresourcesandenvironmentalprotection.Thispaperaimsatthemostcommonsoftsoilcuringagent-ordinaryportlandcementcuringagent.Thiscommoncuringagentneedscement,andtheenergyconsumptionandenvironmentalpollutionofcementareverylarge.So，theideaoflookingforalternativescameintobeing.Thispaperfocusesonthestudyoftheeffectofsteelslagandactivemagnesiumoxideascuringagent.ThesolidificationeffectofsteelslagandactivemagnesiumoxideonthepondsludgeofYanChengInstituteoftechnologyisadopted.Throughthewatercontenttestandnolateralcompressivestrengthtest,thehorizontalcomparisonismadewiththeordinaryportlandcementcuringagent.Thetestresultsshowthat:underthesameworkingconditions(curingconditions,amountofcuringagent),thesteelslagandthewatercontentofactivatedmagnesiumoxideislowerthanthatofordinaryportlandcement,andwiththeincreaseoftheamountofhardener,thewatercontentdecreaseslinearly,andtheefficiencyofwatercontentreductionofsolidifiedsoilofsteelslagandactivatedmagnesiumoxideishigherthanthatofordinarysilicatecement.Theresultsofnolateralcompressivestrengthtestshowthatthemechanicalpropertiesofsolidifiedsoftsoilcanbeimprovedbysteelslag,activemagnesiumoxidecuringagentandordinaryportlandcementcuringagent,butthecompressivestrengthofsoftsoilsolidifiedbysteelslagandactivemagnesiumoxideisbetterthanthatsolidifiedbyordinaryportlandcementunderthesameamountofcuringagent.Therefore,inthefuture,steelslagandactivemagnesiumoxidecuringagentcanreplaceordinaryportlandcementcuringagent.Keyword：Steelslagandactivemagnesiumoxide;cement;softsoil;solidification;mechanicalproperties;moisturecontent;unconfinedcompressivestrength;environmentalprotection.目录1绪论 61.1引言 61.2国内外研究进展 72研究内容 82.1研究目的 82.2研究意义 92.2.1对于工程的意义 92.2.2对于自我的意义 92.3拟解决的问题 92.4技术路线 103试验材料 113.1软土 113.2钢渣 123.3活性氧化镁 153.4普通硅酸盐水泥 153.5活性氧化镁和钢渣在本次试验中所采用的配比 164试验方法 164.1设备仪器 164.2试样制备 174.3试验方法 185实验结果 195.1含水率试验 195.1.1含水率试验原理 195.1.2试验结果分析 195.2无侧限抗压强度 205.2.1无侧限抗压强度试验原理 205.2.2计算 205.2.3无侧限抗压强度试验结果分析 216经济性评价 247结论 24参考文献 24致谢 261绪论1.1引言在日常施工中，地基的土质并不一定符合国家规范的要求，其中最常见的土质为软土，即含水量很高的淤泥。软土具有抗压强度低、含水量高、强度低、压缩性大的特点。并且因为一般都存在于水塘或池塘附近，故软土中会有较多的有机物，这对于施工是一个非常不利的因素，因此我们一般采用的方法就是对软土进行现场加固处理[1]。而目前经常使用的加固方法主要有注浆加固法、排水固结法、强夯法、水泥搅拌桩、无排水砂垫层真空预压等方法。在上述的加固方法中，注浆加固法是最为高效、经济的加固法。其原理是：软土自行排水固结需要耗费大量的时间，倘若加入一种胶凝材料缩短软土固结的时间，这样就能提高固结的效率。而最常见且便宜的胶凝材料就是普通硅酸盐水泥了。向软土中加入普通硅酸盐水泥固化剂，便可有效地使固化土形成早凝和早强[2]。然而，普通硅酸盐水泥固化剂虽然施工十分方便，并且价格也非常低廉，但是它也有难以忽视的缺点。首先，水泥的生产会产生大量的污染，并且其消耗的自然资源也非常多，既水泥的生产是十分浪费资源且污染环境的[3]。水泥熟料在生产的过程中需要煅烧，而煅烧的温度则会高达1450摄氏度左右，这本身就消耗了大量的燃料资源，而其燃料还主要是石灰石和黏土等不可再生资源，能耗也非常巨大。随着我国经济和社会的发展，正在加强国家实体经济的建设，并且同时要将我国的环境问题进一步解决。因此，未来急需一种效率非常高并且对于环境没有危害或者危害十分小的软土固化剂可以取代目前广泛使用的普通硅酸盐水泥固化剂。最近几年来，由于对于新型软土固化剂的不断探索，以钢渣等工业废渣为基材的碱激发软土固化剂引起了我国专家和外国专家的注意。钢渣在价格和对于环境影响方面要优于水泥，并且，钢渣的活性也非常的高。钢渣等工业废渣中含有胶凝组分，通过一系列的物理化学反应可以成为高活性水泥材料。然而，以钢渣为基材的碱激发软土固化剂并不是一身优点。它与水泥软土固化剂相比，虽然对于环境的污染以及能源的消耗和价格方面占据了上分，但是，从力学性质方面来说，用钢渣等工业废渣为基材的碱激发软土固化剂固化的土的耐久性和力学性质较差，因此需要一些其他的材料来加强这类固化土的耐久性和力学特性。通过研究发现，活性氧化镁可以较大程度地提升钢渣固化软土的强度特性以及长期稳定性，并且活性氧化镁还具有激发钢渣等工业废渣速度快、效果好的优点。因此，钢渣-活性氧化镁固化软土这一课题是具有很高的未来利用价值且有意义的课题研究。目前，我国对于钢渣-活性氧化镁固化软土的力学特性研究相对较少，而软土是工程中常见的天然地基形式，其抗压强度是最关键的数据，故需要对钢渣-活性氧化镁固化软土的力学特性进行深入研究，得出试验数据以支撑将其作为未来替代硅酸盐水泥软土固化剂的设想。因此，本文针对钢渣-活性氧化镁复合固化软土的力学特性，将采用含水率、压实度和无侧限抗压强度试验来测验其抗压强度，并与普通硅酸盐水泥作为对照实验来检验其同为固化剂的优势。1.2国内外研究进展软土广泛分布于我国河流、湖泊和沿海地区,并且软土地基是公路工程建设中经常遇到的一种不良地质工程问题，具有含水率大、孔隙比高和强度低的特点[4],且大多数软土含有有机物等不良物质，因而需要进行加固处理。由于软土的承载力低、压缩系数大,不仅增加工程建设成本,还严重影响工程的稳定性和安全性。因此,需用人工处置提高软土的强度和承载力[5]。目前我们国家常用的软基加固处理方法有注浆加固法、排水固结法、固化修复法、强夯法、水泥搅拌桩、无排水砂垫层真空预压等。其中注浆法加固软土是一种高效、经济的工程处治方案,在满足技术要求的前提下,具有环保、高效和经济性优势。注浆材料通常以水泥浆为主,且在实际工程中通常会添加不同类型的添加剂以满足需求。例如,添加水玻璃-氯化钙可以使注浆固化土能够形成早凝和早强。而氧化镁常被用作膨胀剂添加到水泥中,氧化镁水化反应后体积膨胀148%的性质可以弥补水泥固化时的体积收缩,因而镁系添加剂在水利水电工程中得到了广泛研究及应用。膨胀性既是氧化镁的优点也是其缺点,在水泥中添加过量的氧化镁,其膨胀后会破坏水泥的固化产物,降低结构体的强度。因此,注浆法加固软土层时,选择合适的氧化镁掺入比,使其发生水化反应后既可以弥补水泥固化时的体积收缩又可以密实固化土显得尤为重要。另外一种方法，固化修复也同样被广泛应用于软土修复领域。该方法将软土和胶凝材料混合,使软土成为强度高、稳定性好的密实结构体[6-7]。目前,水泥是最常用的软土固化剂之一,具有施工方便、价格低廉等特点。但水泥生产会产生大量污染物,消耗大量自然资源[8]。因此,急需研发一种高效、环保固化剂替代水泥处理软土。近年来,以工业废渣为基材的碱激发固化剂得到国内外学者的广泛关注,碱激发固化剂是以具有胶凝组分的工业废渣制备的高活性水泥材料，其中氧化镁就是属于碱激发固化剂。粒化高炉矿渣（GGBS)是常用的碱激发工业废渣,具有活性高、成本低和稳定性好的优点。研究发现GGBS固化土的力学性质和耐久性较差，GGBS需要通过化学激发的方法来提高其水化过程。我国专家研究了电石渣、NaOH和GGBS固化连云港软土力学特性，试验结果表明:虽然电石渣-GGBS和NaOH-GGBS可显著提高软土的力学特性，但电石渣-GGBS和NaOH-GGBS固化后的软土早强性较差,强度增长缓慢,且NaOH-GGBS固化后的软土长期稳定性较差。而MgO激发BBGS则具有效果好，速度快的特点，且激发后的MgO-GGBS强度特性、水力特性和长期稳定性相较于前两种要好很多[6-7]。因此,MgO-GGBS新型固化剂具有极大的潜在利用价值。随着我国经济和城市化发展，城市建筑、交通水利和地下空间等基础建设日新月异，经常需要在软土上进行施工，尤其在软土广泛分布的沿海沿江地区。软土具有高含水量、大孔隙、低强度、高压缩性、高灵敏度等不良工程特性，需要通过人工改良使这些软土地基承受相应荷载。在诸多地基处理方法中，复合地基技术是应用最广泛的软土处理方法，采取合适的处置方法才能进行工程建设。其中基本原理是将固化剂与软土进行混合搅拌，通过固化剂和软土之间的物理化学作用，形成强度高、稳定性好的固化土。该方法使软土和竖向增强体共同构成人工复合地基来承担上部荷载，搅拌桩复合地基是目前最具代表性的地基加固法[9-12]。我国已有对于氧化镁（MgO）的参量、初始含水率（似水灰比）、MgO活性指数、天然土土性和CO2通气压力等因素对MgO固化土物理特性的影响规律的研究，MgO固化土是一个剧烈的放热过程，温度升高25℃以上；当MgO参量少、MgO活性指数低、细粒土含量高或者通气时间足够长时，容易在试样侧面形成以横向为主的裂纹。2研究内容2.1研究目的本次试验任务以土的力学特性试验理论为指导，在总结了国内外软土固化的方式以及每种方式的固化土的力学特性研究的基础上，通过对目前固化软土的分析（主要是用水泥作为固化剂的软土），探索利用一种新型的软土固化剂——钢渣-活性氧化镁复合固化的软土的力学性能并与传统的水泥固化的软土进行横向比较。最终，能够为钢渣-活性氧化镁作为软土固化剂投入使用的可能提供有效的试验依据。2.2研究意义2.2.1对于工程的意义目前，有关钢渣-活性氧化镁固化软土的应用与研究较少，且有关钢渣-活性氧化镁的力学性能特性研究较少，从微观结构揭示氧化镁固化软土的固化机理研究更加匮乏。力学性能特性是固化后软土资源化利用的关键参数，故须进行大量的钢渣-活性氧化镁固化软土力学性能特性的研究，为后期资源化利用提供参数支撑。因此，开展钢渣-活性氧化镁固化软土的力学特性研究，对于固化后软土的循环利用，具有重要的工程意义。2.2.2对于自我的意义通过这次的毕业设计可以让我对于相应材料的力学性能测试的方法和步骤有所了解和学习，能够加强我熟练运用教材、相关规范、工具书的能力，并且可以锻炼自己综合运用大学所学理论知识和专业知识的能力，做到理论联系实际，进一步提升自己的专业知识和素质。2.3拟解决的问题钢渣-活性氧化镁固化软土的含水率与普通硅酸盐水泥固化软土的含水率比较。钢渣-活性氧化镁固化软土的无侧限抗压强度与水泥固化软土的比较。钢渣-活性氧化镁固化剂与普通硅酸盐水泥固化剂的价格比较。2.4技术路线3试验材料3.1软土软土一般是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量大、天然孔隙比大、压缩性很高、抗剪强度高、承载能力很固结时间长、固结系数小、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点的一种软塑到流塑状态的粘土，如软粘性土、淤泥、淤泥质、土泥炭质土、泥炭以及其他高压缩饱和粘性土、粉土等，主要表现为：外观以灰黑色为主的细粒土、天然含水量大于或等于液限、天然孔隙比大于或等于1.01等。本试验所用的软土取自于江苏省盐城市的盐城工学院，见下图。试验数据测试方法参考《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）；图3-1软土图3-2软土3.2钢渣炼钢的过程中会产生许多的副产品，其中钢渣就是最主要的副产品，钢渣的组成比较复杂，主要是由溶剂以及各种氧化物所反应产生的盐类化合物所构成的，而其中的氧化物则是由生铁中的硫、硅、磷、锰在高温下氧化而成的。钢渣可以作为钢铁冶金的原料来用，主要是因为钢渣中的成分由以下物质构成：金属铁2%～8%，氧化钙40%～60%，氧化镁3%～10%，氧化锰1%～8%。硅酸三钙是钢渣中含量最多最主要的矿物，其次是硅酸二钙、RO相、铁酸二钙和游离氧化钙。钢渣为熟料，是重熔相，熔化温度低。重新熔化时，液相形成早，流动性好。目前钢渣主要有3种类型，分别为转炉钢渣、电炉钢渣以及平炉钢渣[15]。钢渣作为二次资源综合利用有两个主要途径，一个是作为冶炼溶剂在本厂循环利用，不但可以代替石灰石，且可以从中回收大量的金属铁和其他有用元素;另一个是作为制造筑路材料、建筑材料或农业肥料的原材料。钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO（镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔体）、游离石灰（f－CaO）等。钢渣的矿物组成不尽相同，其影响因素在于钢渣本身的化学成分及碱度[16]。目前钢渣在道路工程中主要有两种应用：（1）钢渣生产水泥及混凝土掺合料，钢渣中含有具有水硬胶凝性的硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）及铁铝酸盐等活性矿物，符合水泥特性。因此可以用作生产无熟料水泥、少熟料水泥的原料以及水泥掺合料。钢渣水泥具有耐磨、抗折强度高、耐腐蚀、抗冻等优良特性。（2）钢渣代替碎石和细骨料，钢渣碎石具有强度高、表面粗糙、耐磨和耐久性好、容重大、稳定性好、与沥青结合牢固等优点，相对于普通碎石还具有耐低温开裂的特性，因而可广泛用于道路工程回填。钢渣作为铁路道渣，具有不干扰铁路系统电讯工作、导电性好等特点。由于钢渣具有良好的渗水和排水性，其中的胶凝成分可使其板结成大块。钢渣同样适于沼泽、海滩筑路造地[17]。本试验的钢渣取自盐城工学院，为灰黑色的固体粉末，见图3-3。图3-4钢渣图3-4钢渣图3-3钢渣3.3活性氧化镁氧化镁目前主要有两种方式称呼,一种为饱和氧化式碳酸镁,一种为饱和碱性苦土。氧化镁属于碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性，属于胶凝材料。白色粉末（淡黄色为氮化镁），无臭、无味、无毒，是典型的碱土金属氧化物，化学式MgO。白色粉末，熔点为2852℃，沸点为3600℃，相对密度为3.58(25℃)。溶于酸和铵盐溶液，不溶于酒精。在水中溶解度为0.00062g/100mL(0°C)和0.0086g/100mL(30°C)。氧化镁暴露在潮湿的空气中,容易迅速吸收土壤中的水分和空气中的二氧化碳而逐渐分解成为饱和碱式碳酸镁,轻质品相比较重质品来说分解速度更快,与氧化镁水溶液结合在一定的条件下逐渐分解生成饱和氢氧化镁,呈微酸和弱碱性的反应,饱和碳酸镁水溶液的化学PH为10.3。溶于酸和铵盐难溶于水,其溶液一般呈碱性。不溶于乙醇。在可见和近红的紫外光照射范围内有强烈的折射性。目前量化生产氧化镁的主要原料是菱镁矿(MgCO3)、白云石(MgCO3·CaCO3)和海水。热分解白云石菱镁矿或热处理白云石灼烧得碱式氢氧化镁。用碱式消石灰加热处理海水得碱式氢氧化镁沉淀,灼烧碱式氢氧化镁得碱式氢氧化镁。也可用菱镁矿海水综合利用中蒸馏得到的碱式氯化镁卤块或海水提溴后的氯化镁卤水沉淀为主要原料,加碱式氢氧化钠或碱式碳酸钠等溶液生成碱式氢氧化镁或生成碱式碳酸镁卤水的沉淀,再加消石灰灼烧得碱式氢氧化镁。中国主要采用以菱镁矿、白云石、卤水或卤块为原料[18-20]。图3-5图3-5活性氧化镁3.4普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥，由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。具有强度高、水化热大，抗冻性好、干缩小，耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差、不耐高温的特性。凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥（Portlandcement），国际上统称为波特兰水泥。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。本试验的硅酸盐水泥Po42.5取自盐城工学院建军东路校区。3.5活性氧化镁和钢渣在本次试验中所采用的配比本试验所制备的新型固化剂采用活性氧化镁：钢渣=1:4的比例进行制备，并将活性氧化镁和钢渣磨细后过筛。4试验方法4.1设备仪器图4-1水泥砂浆搅拌机图4-2烘箱试验所需仪器有：圆孔筛、YSH—2型灰土无侧限压力仪、规格Φ50mm×50mm试模、天平、图4-1水泥砂浆搅拌机图4-2烘箱图4-5脱模器图4-4图4-5脱模器图4-4土的压实图4-3土的筛分4.2试样制备原状软土挖取来后放在阳光下进行自然风干（一天）、晾晒（一天）、粉碎、烘干（一天），然后过2mm筛孔，随后将过筛后的土放置于水泥浆搅拌机之中，再按照1：4的比例加入活性氧化镁和钢渣，然后水则按照水土体积比0.7加入，再进行搅拌，直至均匀，然后将泥浆分三层倒入规格为39.1mm×80mm的圆柱体磨具中，（见图）并且每层倒进去之后都要进行压实，一个磨具总共需要压实三次，而压实方法是用人工压实的方法；与其作为对照试验的硅酸盐水泥按照相同的比例与过筛后的土再一起放置于水泥搅拌机之中，然后水则按照水土体积比0.7加入，再进行搅拌，直至均匀，然后将泥浆分三层倒入规格为39.1mm×80mm的圆柱体磨具中，并且每层倒进去之后都要进行压实，一个磨具总共需要压实三次，而压实方法是用人工压实的方法。压实完成后，将磨具封上保鲜膜进行密封，置于室温室内中静置一天，静置完成之后再对每个磨具进行脱模，随后再将固化土用保鲜膜密封完整，再放入标准养护箱内进行养护。其中标准养护箱内的温度必须为18~22℃，养护时长分别为7天、14天和28天。本次试验共需要制作54个磨具，即：每种配方都需要做三个相同的磨具进行试验（平行试样），随后试验结果要取三个试样结果的平均值，若某一平行试样的试验数据相差超过百分之五，那么这一组平行试验结果就宣布无效，需要重新制备平行试样再次进行试验直至误差小于百分之五。上述的试样配比以及养护期等数据见下表1。表4-1试样配合比序号钢渣-活性氧化镁添加量/%普通硅酸盐水泥添加量/%试样个数/个养护期/天水土体积比110037、14、280.7220037、14、280.7330037、14、280.7401037、14、280.7502037、14、280.7603037、14、280.74.3试验方法土的无侧限抗压试验参考《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）进行试验。首先将试样两端都抹上一层凡士林，倘若当时空气十分干燥，则需要在试样周围也抹上一层凡士林，主要是为了防止其水分的蒸发。接着将试样放在底座上，转动手轮，使底座缓慢地上升，直到试样与加压板刚好接触（通过看指针来判断，若指针开始变动了则代表刚好接触。但是有时会因为试样顶面不是非常的平整，故有可能造成些许误差。），随后将测力计读书调整为零。可根据试样的软硬度来选用不同量程的测力计。轴向应变速度应该为每分钟应变1%~3%。转动手柄，使升降设备上升进行试验，轴向应变小于3%时，每隔0.5%应变（或0.4mm）读数一次，当轴向应变大于等于3%时，每隔1%应变（或8mm）读数一次。试验最好在8~10分钟内完成。试验结束后，取下试样，当需要测定灵敏度的时候，应立即将破坏后的试样除去涂有凡士林的表面，加少许土，包于塑料薄膜内用手搓捏，破坏其结构，重塑成圆柱形，放入重塑筒内，用金属垫板将试样挤成与原状试样尺寸、密度相等的试样，本重新按照上述步骤进行试验。含水率的测试则是用土中的水的质量除以干土的质量的百分数来表示的，公式如下：5实验结果5.1含水率试验5.1.1含水率试验原理本试验固化土的含水率随其添加剂的含量而变化的数据如下图所示。含水率即土中的水（自由水）和干土的质量比，一定程度上反应了该土的可压缩性即压实度以及其承载能力。一般如果含水率较高的土，则不适合作为土木工程的地基，需要采取一定的措施来固化或者直接换土。根据本试验数据显示，随着水泥含量和钢渣与氧化镁的含量逐渐增多，试样的含水率也逐渐降低，产生这样的原因主要是因为作为固化剂的水泥和钢渣与氧化镁与原状土发生反应，这个反应本质上是将原状土中的自由水转化为化合水，从而降低原状土中的含水率，接着提高原状土的压缩度以及抗压强度，最终成为符合标准的地基土进行施工。5.1.2试验结果分析由下图可以知道，水泥固化剂由10%增加到30%时，原状土的含水率由46.56%降低到40.87%，可见普通硅酸盐水泥固化剂的固化效果，相较于水泥固化剂，钢渣与活性氧化镁固化剂的效果则更为显著。钢渣与活性氧化镁固化剂由10%增加到30%时，原状土的含水率由45.98%降低到38.68%，横向来看，当固化剂含量相同时，钢渣与活性氧化镁固化剂对于原状土的固化效果要比水泥固化剂的效果更好一些。因此可以得出结论：在相同工程情况（固化剂添加量与养护期）下，钢渣与活性氧化镁固化剂与软土的水化反应速率要比普通硅酸盐水泥固化剂与软土的水化反应高，即对于固化效果来说，钢渣与活性氧化镁固化剂胜过普通硅酸盐水泥固化剂。表5-1不同含量固化剂作用下固化土的含水率钢渣+氧化镁/%水泥/%水的质量/g干土的质量/g含水率/%1号试样001428.549.122号试样01013.629.246.563号试样02016.739.542.334号试样0309.723.740.875号试样10010.823.545.986号试样20010.525.541.197号试样30011.930.838.68图5-1固化剂不同含量下养护28d的土的含水率5.2无侧限抗压强度5.2.1无侧限抗压强度试验原理无侧限抗压强度试验是三轴试验的一个特例，即将土样置于不受侧向限制的条件下进行的压力试验，此时土样所受的小主应力为0，而大主应力的极限值就是无侧限抗压强度。5.2.2计算试件的无侧限抗压强度按公式2—8进行计算:式中：—试件的无侧限抗压强度（）；—试件破坏时的最大压力（），—试件的截面积(2)。对标准养护后的时间进行无侧限抗压强度试验，注意观察并及时记录相关试验数据。需要记录的试验数据有：时间发生破坏的时候的无侧限压力仪百分表的最大读数；并且同时记录对应的最大位移量，将其记录为，精确到0.01mm。此仪器应力环系数是19.251N/0.01mm，记为5.2.3无侧限抗压强度试验结果分析表5-2养护时间为7d时各组试样的试验结果试件规格50mm×50mm试件规程JTGE40—2007制作方法静压养护条件标准养护制件日期5.5试验日期5.14试件编号1234567养护前后质量损失（g）0.6吸水量（g）1.92.02.31.7养护前试件高度（mm）50.1250.1150.0950.1350.0950.1150.11养护7d后高度（mm）50.0950.1050.0750.1050.0850.1050.07试件最大压力（N）39.27333.79746.13844.30431.971472.621924.23无侧限抗压强度（MPa）0.020.170.380.430.220.750.98表5-3养护时间为14d时各组试样的试验结果试件规格50mm×50mm试件规程JTGE40—2007制作方法静压养护条件标准养护制件日期5.3试验日期5.17试件编号1234567养护前后质量损失（g）1.2吸水量（g）2.3养护前试件高度（mm）50.1150.1350.0550.0450.0750.0750.10养护7d后高度（mm）50.0650.0750.0150.0150.0550.0350.05试件最大压力（N）39.27392.70962.111354.81608.681668.972375.83无侧限抗压强度（MPa）0.020.200.490.690.310.851.21表5-4养护时间为28d时各组试样的试验结果试件规格50mm×50mm试件规程JTGE40—2007制作方法静压养护条件标准养护制件日期5.1试验日期5.29试件编号1234567养护前后质量损失（g）2.0吸水量（g）2.5养护前试件高度（mm）50.1050.1150.0750.1350.1350.1750.15养护7d后高度（mm）50.0050.0150.0150.0350.0150.0949.93试件最大压力（N）39.27431.971021.021551.16726.491727.882886.34无侧限抗压强度（MPa）0.020.220.520.790.370.881.47表5-5各组无侧限抗压强度结果汇总钢渣+氧化镁/%水泥/%养护天数7天的强度/MPa养护天数14天的强度/MPa养护天数28天的强度/MPa1号试样000.020.020.022号试样023号试样0200.380.490.524号试样0300.430.690.795号试样1000.220.310.376号试样2000.750.850.887号试样3000.981.211.47图5-2不同养护时期不同固化剂含量的土的无侧限抗压强度本试验各阶段固化土的无侧限抗压强度如下图所示。通过试验数据可以看出，随着普通硅酸盐水泥固化剂含量的增多，固化土的无侧限抗压强度也越强，钢渣与活性氧化镁也是如此，这主要是因为普通硅酸盐水泥在软土固化过程中发生化学反应，产生了数量非常多的Aft（三硫型水化硫铝酸钙）、CSH（水泥矿物C3S和β-C2S的水化产物）、C3AH6（六水铝酸三钙），而钢渣与活性氧化镁固化剂则是生成了大量的Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H2O、CaCO3水化产物，从而有效地提高了细土颗粒之间的黏结力，从而能够使固化软土形成一个密实的结构体；而通过横向比较发现，同为10%含量，钢渣与活性氧化镁固化软土的无侧限抗压强渡要比普通硅酸盐水泥固化软土的无侧限抗压强渡要强；并且当固化剂含量为10%时，钢渣与活性氧化镁固化软土7d的抗压强度为0.22MPa，14d的无侧限抗压强度为0.31MPa，28d的无侧限抗压强度为0.37MPa，增长速度为3:2，同样当固化剂含量为20%和30%时，7d-14d的抗压强度差值要比14d-28d的差值要大，普通硅酸盐水泥固化软土同样也有这种趋势，因此本试验数据可只符合实际。但是作纵向比较则可发现，在相同工况下（养护期与添加量相同）时，钢渣与活性氧化镁固化软土的无侧限抗压强度数值总是高于普通硅酸盐水泥固化软土的无侧限抗压强度数值，因此钢渣与活性氧化镁作为固化剂对于软土固化的效果要强于普通硅酸盐水泥固化剂。6经济性评价目前国内市面上能买到的一级100-200目钢渣粉的价格大致在12元/公斤左右，活性氧化镁大概在31元/公斤左右，普通硅酸盐水泥PO42.5水泥的价格大致在9元/公斤左右。因此在考虑经济性的前提下，普通硅酸盐水泥软土固化剂更占优势，这也是目前国内普遍使用普通硅酸盐水泥软土固化剂的原因所在。7结论通过研究钢渣-活性氧化镁复合固化软土的力学特性与普通硅酸盐水泥复合固化软土的对照试验的力学特性试验结果，得出以下结论（1）根据含水率试验所得的数据表明：随着钢渣与活性氧化镁、普通硅酸盐水泥的含量从10%提升到30%，固化土的含水率都有递减的现象，而钢渣与活性氧化镁将原状土49.12%的含水率降低到了38.68%，普通硅酸盐水泥2原状土49.12%的含水率降低到了40.87%，因此钢渣与活性氧化镁对软土的固化效果要比普通硅酸盐水泥要好。这也更大程度上降低了软土的压缩性和孔隙率，提供了更坚实的地基基础。（2）根据无侧限抗压强度试验所得的数据表明：随着钢渣与活性氧化镁、普通硅酸盐水泥的含量从10%提升到30%以及养护时间的增加，试件的无侧限抗压强度数值都是递增的。当养护时长一样时，钢渣与活性氧化镁对固化软土的无侧限抗压强度的提升要比普通硅酸盐水泥的效果更好，因此从效果上来说，钢渣与活性氧化镁作为软土固化剂比普通硅酸盐水泥更好。（3）根据经济性的分析表明：普通硅酸盐水泥的价格要低于钢渣与活性氧化镁的价格，这也是目前我国使用最多的软土固化剂就是普通硅酸盐水泥软土固化剂，但从环境的污染和软土固化的效果方面来说，普通硅酸盐水泥固化剂是不太好的。我国目前为发展中国家，还处于可以适当地牺牲环境来获取必要的发展，这也是西方发达国家所走过的路，但是在不就的将来，我相信中国成为发达国家之后，在软土固化剂这方面将会采用效果更好的钢渣与活性氧化镁作为软土固化剂。参考文献[1]周逸,袁建议,张定邦,薛海阳,高皋,程建华.公路软粘土层注浆试验分析及效果评价[J].湖北理工学院学报,2018,34(03):56-61.[2]朱思迪,顾强康,姚志华.外加剂对水泥-水玻璃固化软土影响效果试验研究[J].硅酸盐通报,2016,35(10):3112-3118.[3]HiGGINSD.Briefing:GGBSandsustainability[J].2007,160(3):99-101.[4]ZHANGZG,HUANGMS.GeotechnicalinfluenceonexistingsubwaytunnelsinducedbymultilinetunnelinginShanghaisoftsoil[J].ComputersandGeotechnics,2014,56:121-132.DOI:10.1016/pgeo.2013.11.008.[5]GONGX,NIUJG,LIANGSH,etal.SolidificationofNanshasoftclayusingcement-basedcompositecuringagents[J].AdvancesinCementRe