氧化镁激发矿粉-玄武岩纤维固化盾构渣土的强度与耐干湿循环性能

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0449

摘要/Abstract

摘要：

本文研究了氧化镁激发矿粉（GGBS）-玄武岩纤维固化盾构渣土（改良试样），旨在探究固化剂（氧化镁激发矿粉-玄武岩纤维）对盾构渣土工程性能的改良作用。其中固化剂的掺量为渣土干质量的8%、15%和30%，m（MgO）∶m（GGBS）为1∶9~1∶3（干质量比），通过无侧限抗压强度试验和改良的干湿循环试验（酸性硫酸盐条件，pH=5.0），评价了改良试样的强度及耐干湿循环性能，并以水泥固化的盾构渣土作为对照组。结果表明，标准养护120 d时，改良试样（m（MgO）∶m（GGBS）=1∶7）的无侧限抗压强度相较于其他配比的改良试样提高了4%~24%。改良试样的pH值相比对照组低4%~7%。改良试样和对照组的质量变化与累积质量变化随干湿循环次数的增加而逐渐增大。10次干湿循环试验后，改良试样的无侧限抗压强度降低了22%，对照组的无侧限抗压强度降低了52%。综上所述，改良试样表现出更优的强度和耐干湿循环性能。

关键词: 氧化镁激发矿粉, 玄武岩纤维, 盾构渣土, 干湿循环, 固化

Abstract:

In this paper， the shield residues solidified by magnesium oxide （MgO）-activated ground granulated blast furnace slag （GGBS）-basalt fiber （referred to as “modified samples”） were studied， aiming to explore the improvement effect of this curing agent （MgO-activated GGBS-basalt fiber） on the engineering properties of shield residues. The dosage of the curing agent accounts for 8%， 15% and 30% of the dry mass of shield residues， and the dry mass ratio of MgO to GGBS （m（MgO）∶m（GGBS）） ranges from 1∶9 to 1∶3. The strength and dry-wet cycle resistance of the modified samples were evaluated via unconfined compressive strength tests and modified dry-wet cycle tests （under acidic sulfate condition， pH=5.0）， with cement stabilized shield residues serving as the control group. The results show that： after 120 d of standard curing， the unconfined compressive strength of the modified sample with m（MgO）∶（GGBS）=1∶7 is 4%~24% higher than that of modified samples with other ratios. The pH value of the modified samples is 4%~7% lower than that of the control group. The mass variation and cumulative mass variation of both the modified samples and the control group increase gradually with the increase in the number of dry-wet cycles. After 10 dry-wet cycle tests， the unconfined compressive strength of the modified samples decreases by 22%， while that of the control group decreases by 52%. In conclusion， the shield residue samples solidified by MgO-activated GGBS-basalt fiber （modified samples） exhibit superior strength and dry-wet cycle resistance.

Key words: MgO-activated GGBS, basalt fiber, shield residue, dry-wet cycle, stabilization

中图分类号:

U414

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图/表 10

图1 盾构渣土粒径分布曲线

Fig.1 Particle size distribution curve of shield residues

图2 盾构渣土压实曲线

Fig.2 Compaction curve of shield residues

表1 盾构渣土的基本性质

Table 1 Basic properties of shield residues

Property	Standard	Value
Moisture content， w/%	GB/T 50123—2019^［28］	28.07
Density， ρ /（g·cm^-3）	GB/T 50123—2019	2.15
Dry density， ρ_d/（g·cm^-3）	GB/T 50123—2019	1.72
Specific gravity， G_s	GB/T 50123—2019	2.63
Liquid limit， w_L/%	GB/T 50123—2019	24.04
Plastic limit， w_P/%	GB/T 50123—2019	15.86
Liquidity index， I_L	GB/T 50123—2019	0.63
Plasticity index， I_P	GB/T 50123—2019	8.18
Soil classification	GB/T 50123—2019	Lean clay
pH value	ASTM D4972^［23］	10.13
Electric conductivity/（μS·cm^-1）	HJ 802—2016^［29］	325

表2 盾构渣土、矿粉和氧化镁的化学成分

Table 2 Chemical composition of shield residues， GGBS and magnesium oxide

Material	Mass fraction/%
Material	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	Loss of ignition
Shield residues	1.3	67.9	14.1	5.0	2.5	9.2
GGBS	34.0	34.3	17.9	1.0	6.0	6.8
Magnesium oxide	0.2	0.3	0.3	0	97.1	2.1

表3 氧化镁激发矿粉-玄武岩纤维固化盾构渣土和水泥固化盾构渣土配比设计

Table 3 Ratio design of MgO-activated GGBS-basalt fiber stabilized shield residues and cement stabilized shield residues

No.	Curing agent content/%	m（MgO）∶m（GGBS）	Fiber content/%	Dry density/（g·cm^-3）	Moisture content/%
MG19-S8	8	1∶9	0.1	1.9	15
MG17-S8	8	1∶7	0.1	1.9	15
MG15-S8	8	1∶5	0.1	1.9	15
MG13-S8	8	1∶3	0.1	1.9	15
MG19-S15	15	1∶9	0.1	1.9	15
MG17-S15	15	1∶7	0.1	1.9	15
MG15-S15	15	1∶5	0.1	1.9	15
MG13-S15	15	1∶3	0.1	1.9	15
MG19-S30	30	1∶9	0.1	1.9	15
MG17-S30	30	1∶7	0.1	1.9	15
MG15-S30	30	1∶5	0.1	1.9	15
MG13-S30	30	1∶3	0.1	1.9	15
C-S8	8	—	0	1.9	15
C-S15	15	—	0	1.9	15
C-S30	30	—	0	1.9	15

图3 不同固化剂掺量下试样无侧限抗压强度的变化

Fig.3 Variations of unconfined compressive strength of samples with different curing agent content

图4 不同固化剂掺量下试样pH值的变化

Fig.4 Variations of pH value of samples with different curing agent content

图5 MG17-S8和C-S8固化盾构渣土的Mi 和Si 随干湿循环的变化

Fig.5 Variations of Mi and Si with dry-wet cycle for stabilized shield residues （MG17-S8 and C-S8）

图6 MG17-S8和C-S8固化盾构渣土pH值随干湿循环的变化

Fig.6 Variations of pH value with dry-wet cycle for stabilized shield residues （MG17-S8 and C-S8）

图7 MG17-S8和C-S8固化盾构渣土无侧限抗压强度和无侧限抗压强度损失率随干湿循环的变化

Fig.7 Variations of unconfined compressive strength and unconfined compressive strength loss ratio withdry-wet cycle for stabilized shield residues （MG17-S8 and C-S8）

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