摘要：高炉矿渣是工业废弃物之一，把高炉矿渣作为环保材料应用在软土地基处理中，地基承载力大幅度提高。根据高炉矿渣的理化性质，研究其应用在软土地基中的作用机理，为以后的软土地基处理提供有力的参考依据。
关键词：高炉矿渣；地基处理；作用机理
0引言
随着经济发展，工业废渣堆积如山，不仅浪费资源还占地污染环境。高炉矿渣是工业废渣的一种，把其转化成可利用的新材料已经成为发展循环经济的重要内容。国内外的学者对此已经做出很多研究[1-3]，瑞典在高炉矿渣的应用的方面主要体现在：将高炉矿渣加入碳、硅以及铝等金属材料，通过这种方式达到回收金属的目的；同时也将高炉矿渣应用于水泥生产等方面。本文分析高炉矿渣的稳定特性，提出用高炉矿渣成为软土地基处理的新型材料[4-7]，研究了应用在软土地基的作用机理，为以后的软土地基处理提供有益的参考依据。
1.高炉矿渣的稳定性；高炉矿渣的稳定性的试验是蒸养法和蒸压法两种试验。根据蒸压法和蒸养法测试的结果显示主要存在两个重要因素：高炉矿渣的存放程度和粒度，高炉矿渣的分化膨胀和自由基CaO的含量存在着明显的相关性，高炉矿渣粉化率随着自由基CaO的含量增多而增长，但与其化学成分等因素相关性较弱。所以，随着高炉矿渣存放时间的延长，自由基CaO含量越来越少，其粉化率就越低，稳定性就越强。
2.高炉矿渣应用于软土地基处理中的作用机理；高炉矿渣和地下水之间发生了一系列的物理化学反应，将其应用于软土地基处理中，有着显著的效果。高炉矿渣与地下水之间发生的化学反应对地基的加固处理是有利的。
（1）吸水、发热及膨胀作用；高炉矿渣主要是含有氧化钙、氧化硅和氧化铝等。把高炉矿渣应用于软土地基处理中，这些化合物在早期发挥加固效果，并且它们的含量在高炉矿渣中较高，常会有一系列物理化学反应发生。
用高炉矿渣对软土地基的处理后，高炉矿渣中所含有的氧化钙与土体中所含有的水分发生化学反应，形成熟石灰：
CaO + H2O → Ca（OH）2
而氧化钙与水反应的过程中，可吸收土体中相当于氧化钙质量32%的水分，使软土地基加速固结，并降低土体中的含水量。
高炉矿渣中的氧化钙在与土体中的水反应的过程中，每一千克的氧化钙会产生1.164×106 J的热量，而产生的热量会使土体中的水大量的挥发，并且可以使上面的化学反应更快的进行，加快固结。氧化钙与水反应体积会迅速膨胀，这主要是生成的氢氧化钙比氧化钙的体积大了一倍。并且这种体积的膨胀会对周围的土体产生挤压力，把土体挤密实，提高地基的承载力，减小不均匀沉降。
（2）离子交换作用；高炉矿渣中含有的矿物质主要包括硅酸三钙、硅酸二钙等，与地基土中的水分与高炉矿渣颗粒表面的矿物发生水解和水化等化学反应，生成氢氧化钙和硅酸钙等物质，大量的钙离子和土体颗粒发生物理反应经过相互交换吸附，能加快土体的固结。
（3） 团粒化作用；高炉矿渣中的矿物经过矿物水化生成的氢氧化钙中的钙离子与地基土表面中的钠离子和钾离子进行交换吸附，通过这个交换吸附的过程能提高桩间土的强度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆土体中产生的团粒化作用是因为高炉矿渣中的二氧化硅、三氧化铝和氧化钙等于土体中多余的钙离子发生化学反应，生成硅酸盐物质。
SiO2 + Ca(OH)2 + n H2O → CaO·SiO2·(n+1)H2O
A12O3+ Ca(OH)2 + n H2O → CaO·A12O3·(n+1)H2O
通过上面的反应，生成的物质在空气中逐渐硬化，并且把一些小的颗粒逐渐吸附形成一些大的颗粒，使其强度提高。另外氢氧化钙还与空气中的二氧化碳发生反应，进而生成碳酸钙，也能提高土的固结速度。
3.高炉矿渣应用于软土地基处理中的作用效果
把高炉矿渣应用于软土地基处理中，可以发现使用高炉矿渣对软土地基进行处理时，随着高炉矿渣中矿物成分的含量不同，高炉矿渣与土体之间的作用机理也是不同的。高炉矿渣与土体之间的作用效果主要包括以下几点：
（1） 加筋作用；使用高炉矿渣对地基土进行处理时，由于高炉矿渣的团粒作用，可以发现与周围土体抵抗剪应力相比高炉矿渣的抗剪强度更大，从而提高了软土地基的抗剪强度，高炉矿渣起到了加筋作用，可提高地基的承载力，增加了地基的整体稳定性。
（2） 挤密作用； 使用高炉矿渣对软土地基进行处理，由于高炉矿渣中的氧化钙与土中水分发生化学反应，生成体积膨胀大约一倍的熟石灰，体积膨胀对软弱地基产生了强大的挤压力，能使土体快速固结，增强土体的强度，改善软土地基的性质。
（3） 固结作用； 使用高炉矿渣进行软土地基处理，由于高炉矿渣中含有的硅酸三钙、硅酸二钙等矿物，而这些矿物与软土地基中的水分发生化学反应，生成氢氧化钙、亚硫酸钙等物质，大量的钙离子与土颗粒相互交换吸附，加速了软土地基的固结并且提高了地基土体的抗剪强度，提高地基的稳定性；加速沉降发展，使基础沉降提前完成。
（4） 垫层作用；使用高炉矿渣对软土地基进行处理，由于高炉矿渣也土体混合后经过物理和化学的反应能在地基中形成一层比较厚实坚硬的一个土层，而这个土层能提高地基的强度，减小不均匀沉降，能有效的防止地基破坏，增强地基的稳定性。
（5） 置换作用； 使用高炉矿渣对软土地基进行处理，因为高炉矿渣材料取代了软土地基中同体积的软土，高炉矿渣与地基中的土一起承担了上部结构的荷载，由于在地基中会产生的应力集中，因此地基中的应力会向高炉矿渣处集中，地基的总沉降量会相应减小。
参考文献
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作者简介：李伟（1968-），男，蒙古族，辽宁朝阳人，博士，现为沈阳建筑大学土木工程学院教授，主要从事岩土工程方面工作。
论文作者:李伟,王成元
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2017/8/24
标签：矿渣论文; 高炉论文; 地基论文; 土地论文; 氧化钙论文; 作用论文; 化学反应论文; 《基层建设》2016年17期论文;