摘要
山西作为煤炭大省，在高产的同时，也排放了许多工业固体废弃物，截止2020年，一般的工业固体废弃物产生量排名第一的仍是山西省，占全国一般工业固体废弃物产生量的11.6%。目前，山西省内排放最多的是赤泥、粉煤灰、脱硫石膏和煤矸石等工业废料，不仅占用了大量的土地，同时也对环境造成了一定的危害，不利于我国“双碳”战略目标的推进。本文针对该问题，以赤泥、粉煤灰、脱硫石膏和一种碱性固体废弃物为胶凝材料，煤矸石为骨料，制备形成环境友好型工业固废路面基层（RFDC），并对其路用性能进行了研究。 首先，本文在前人的研究成果和现行的公路规范基础上，并结合原材料自身特性和物化性质，通过改变粉煤灰和脱硫石膏的掺量确定了7组配合比，对这7组配合比进行了击实试验，4个养护龄期（7、28、56、90d）下不同粉煤灰掺量的无侧限抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验，分析了其应力-应变曲线及试件的破坏形态，拟合了抗压、抗拉之间的关系，并基于皮尔逊相关系数法分析了固废胶凝材料中三种不同氧化物摩尔比与 7d 无侧限抗压强度的相关性。结果表明，随着粉煤灰掺量增加，RFDC 最佳含水率和最大干密度呈递减趋势；其力学强度随粉煤灰掺量的增大呈先增大后减小趋势，当粉煤灰掺量为 15%时，力学性能最佳；应力-应变曲线与普通水泥土相似，抗压试件为典型中心抗压破坏，劈裂抗拉试件煤矸石粗集料被破坏；线性函数可以更好的表征RFDC抗压与抗拉的关系；皮尔逊相关系数分析表明固废胶凝材料中CaO/(SiO2+Al2O3)摩尔比与体系的7d无侧限抗压强度相关性最高。 其次，采用 X 射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）微观手段揭示了 RFDC 强度形成机理，并对三种不同性质的集料与胶凝材料组成的界面过渡区物理、化学作用机理进行了研究。结果表明，RFDC水化与凝结硬化是强碱和硫酸盐共同激发赤泥和粉煤灰的结果，钙矾石（AFt）、水化硅(铝)酸钙（C-(A)-S-H）凝胶及沸石类物质为体系提供强度的主要水化产物；煤矸石、天然碎石和预湿煤矸石集料与胶凝材料组成的界面过渡区均有裂缝出现，煤矸石和预湿煤矸石均存在界面反应层，即煤矸石存在一定活性，在界面过渡区中发生水化反应生成了可以提供强度的水化产物。 最后，对RFDC的抗冻性能和收缩性能进行了研究。结果表明，随着冻融循环次数的增加，试件的外观形貌逐渐变差，质量变化先增加后减少，冻融循环5次后，其无侧限抗压强度均下降，当粉煤灰掺量为15%时，RFDC的抗冻性能最好；试件的干缩应变主要发生在前7d内，占其整个应变过程的44%，且样品RFDC-5的干缩应变最大；试件在-10~0℃范围内的温缩应变最小，且样品RFDC-5的温缩应标最小。
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