Strength and Dry-Wet Cycle Resistance of Magnesium Oxide-Activated Ground Granulated Blast Furnace Slag-Basalt Fiber Stabilized Shield Residues

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0449

Abstract

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

CLC Number:

U414

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Figures/Tables 10

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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

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

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

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