在工程实践中,土质改性已被广泛应用于土体工程性质的改良。作为应用最为广泛的土体稳定剂,传统硅酸盐水泥能耗高、污染重、耐久性差的缺点促使人们寻找其他可替代品,其中包括一种工业副产品——高炉矿渣。由于其能耗低、污染轻、强度高、耐久性好等优点,碱激发高炉矿渣具有取代传统硅酸盐水泥的巨大潜力,是可以在新世纪重点推广的可持续发展材料。尽管使用传统的碱激发剂(如NaOH和水玻璃)能获得较高的强度,但同时也伴随着凝固时间过短、收缩性过大、施工中存在安全隐患以及成本较高等缺点,从而限制了碱激发矿渣的大范围使用。因此,对新型激发剂的需求越来越迫切。本文通过室内试验,研究了人为MgO-CaO掺合物激发和自然MgO-CaO掺合物(煅烧白云石)激发高炉矿渣的工程特性,包括力学特性、水化特性和抵抗化学侵蚀的性能,并在此基础上探索了新型激发矿渣在土质改性中的应用。1.研究了 7组不同MgO-CaO掺合物激发矿渣的力学特性和水化特性,并探讨了 MgO/CaO比例对激发矿渣强度、水化程度、水化产物和微观结构的影响。研究结果表明:在活性MgO中掺入CaO可以有效提高矿渣早期的水化速率并提高强度;矿渣早期的水化程度随MgO/CaO比例的增加而降低,但MgO可以促进矿渣后期的水化;MgO-CaO掺合物激发矿渣的主要产物是水化硅酸钙(C-S-H)凝胶以及类水滑石;对于高CaO含量的试样,还会产生氢氧化钙和碳酸钙;矿渣的强度与养护条件和水灰比密切相关。2.在实验室条件下自行制备并定量分析了两种煅烧白云石(D800和D1000,煅烧温度分别为800℃和1000℃,煅烧时间为1 h)。研究了白云石煅烧温度、剂量对激发矿渣力学特性和水化特性的影响,结果表明:两种煅烧白云石都能有效激发矿渣;当剂量相同时,煅烧白云石激发矿渣的抗压强度小于CaO激发矿渣;由于D800中方解石(CaCO3)的孔隙填充作用,D800和D1000激发矿渣的早期强度接近;28天及更长的时间后,D1000激发矿渣的强度高于D800;D1000激发矿渣的水化程度在各养护阶段均高于D800激发矿渣;煅烧白云石激发矿渣的主要水化产物为C-S-H凝胶和类水滑石,D1000还导致了氢氧化钙(CH)的产生;煅烧白云石激发矿渣具有较好的抗碳化性能。3.研究了活性MgO激发矿渣和CaO激发矿渣抵御5%Na2SO4,5%MgSO4,5%H2SO4和5%CH3COOH溶液侵蚀的能力。通过分析激发矿渣的强度变化、质量变化、受侵蚀深度和反应产物,比较了两种激发矿渣在化学侵蚀条件下的表现。MgO激发矿渣紧密的结构和体系中CH的缺失是其在不同溶液中抗侵蚀性好的主要原因。4.研究了两种煅烧白云石(D800和D1000)激发高炉矿渣抵御5%Na2SO4,5%MgSO4,5%H2SO4和5%CH3COOH溶液侵蚀的能力。分析了在化学侵蚀条件下,煅烧白云石激发矿渣的强度变化、质量变化、受侵蚀深度和反应产物。试验结果表明:白云石的煅烧温度是控制激发矿渣抗侵蚀性的主要因素;总体来说,D800激发矿渣在四种溶液中的抗侵蚀性均比D1000好,只有在CH3COOH中的长期耐久性略低于D1000;本研究中,煅烧白云石中的CaCO3有助于提高激发矿渣抵御化学侵蚀的能力。5.探讨了人工MgO-CaO掺合物激发矿渣在土质改性中的应用。以一种粘土和一种砂土两种模型土为改性对象,分析了 MgO/CaO比例、养护时间对改性效果的影响,并进一步探讨了改性粘土抵御水侵蚀的能力。结果表明:改性粘土强度随MgO/CaO比例增加而提高;为保证改性粘土抵御水侵蚀的能力,改性粘土时MgO/CaO比例不宜大于1;本文条件下,MgO-CaO掺合物激发矿渣不适合应用于砂性土的改性。6.研究了煅烧白云石激发矿渣在粘土和砂土改性中的应用。分析了稳定剂掺量、养护时间对改性效果的影响。结果表明:煅烧白云石激发矿渣可以有效应用于土体改性;白云石的煅烧温度是控制改性效果的主要因素。