矿渣粉在土壤水泥中的应用
一、什么是土壤水泥？
土壤在工程性质上千差万别，因而时常会有当地土壤不能满足建设项目配套要求的情况出现。在土壤中掺入硅酸盐水泥，然后与一定量的水充分混合，最后振捣密实，可以显著改善土壤的工程性质。由此产生的混合物被称为“土壤水泥”。
二、土壤水泥可用于哪些场合？
土壤水泥通常可以用作柔性路面（沥青或沥青路面），或者作为刚性路面（混凝土路面）的基层材料。质量较差的骨料也可以通过水泥来改善其性能，以用于生产水泥处理的路面基层。其中一个应用方式是通过水泥对粉碎的面层/基层路面材料进行稳定化处理，以此生产新的路面基层，实现失效沥青路面的再循环利用。地基土（路面基层下的材料）也可以用水泥进行改性，但通常对其性能、强度要求较低。这就形成了一个能抵抗恶劣天气的工作平台。土壤水泥的其他用途包括边坡和河岸防护、低渗透衬层及稳定化充填材料。
矿渣粉可以单独或者与硅酸盐水泥和其他胶凝材料（如粉煤灰或石灰）一同使用以改善土壤的性能。
三、水泥如何改善土壤性能？
硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥可以将土壤胶结在一起，改善土壤粘结性能并减少土壤之间的空隙体积。通常情况下，胶凝材料占土壤或骨料总质量的2~20%。土壤水泥的优势包括：
改善土壤无侧限抗压强度及抗剪强度
改善饱和条件下土壤的工程性质
改善干湿循环和冻融循环条件下的耐久性
具有较高的弹性模量，减少沥青路面的疲劳开裂及车辙
降低了黏土的塑性和保水性能
四、矿渣粉有何作用？
土壤水泥提供了一种经济、高效的清除和替换贫瘠土壤、降低路面基层厚度或取代土工织物和网格的途径。
矿渣粉可用于生产早期强度较低、后期强度较高的土壤水泥。较慢的强度发展速率可以降低土壤水泥基层产生开裂的可能性，从而大幅降低柔性路面的反射裂缝。其较高的后期强度则可以保证路面的长期耐久性和抗疲劳性。此外，在水分充足条件下矿渣粉更能充分发挥其性能。
图1 稳定化土壤的抗压强度
图1比较了几种不同类型胶凝材料组成的混合料对特定土壤抗压强度的影响。其中，单掺硅酸盐水泥以及矿渣粉-硅酸盐水泥混合料得到了相似的7天和28d强度。矿渣-石灰混合料的强度是粉煤灰-石灰混合料的两倍，而前者胶凝材料的用量还不到后者的一半[1]。
图2 稳定化土壤在浸水条件下的强度保留率
图2通过特定土壤浸水条件下其28天强度保持率来表征这几种不同混合料的水稳性能。其中，矿渣粉混合料（硅酸盐水泥-矿渣粉和石灰-矿渣粉）浸水条件下强度保持率比纯硅酸盐水泥略高，甚至比粉煤灰-石灰混合料的强度保持率高出25%[1]。
同时，矿渣粉还有助于减少混凝土的开裂。在密西西比（Mississippi）建造的矿渣-硅酸盐水泥试验区内每100英尺的道路路面裂缝比硅酸盐土壤水泥少33%[2~3]。最后，对于含有硫酸盐的土壤，掺用矿渣粉有助于减轻因采用石灰稳定化处理时经常出现的由硫酸盐所引起的隆起[4~6]。
五、含矿渣粉混合料的配比
矿渣粉的比例通常为胶凝材料质量的25~100%。所用混合料是以实际现场材料和建议的胶凝材料比例进行批次试验开发的。最后所得的胶凝材料组分和比例应满足相关规范要求。
由矿渣粉和硅酸盐水泥（或其他胶凝材料）配制而成的土壤水泥，其混合和压实的方式和硅酸盐水泥混合料类似。胶凝材料通过就地混合或者在工厂混合（搅拌机）的方式掺入到土壤中。矿渣粉可以单独掺入，也可以作为混合水泥的组分掺入其中。美国混凝土协会关于土壤水泥的最新报告（230.1 R）[3]为各种用途的土壤水泥的设计、配比、测试和施工提供了指导。
含硫酸盐土壤的稳定化处理是一项新兴技术，因此没有标准的膨胀试验方法；但是，参考文献6提供了路易斯安纳州运输和发展部在其研究中使用的指导方针。
和所有混凝土一样，必须进行多批次试验以验证混凝土的性能。除了其他方面之外，结果还可能因环境温度和混合物组分而有所不同。您应该咨询您的矿渣粉方面相关的专业人士以获得帮助。此处包含的任何内容都不应被视为或解释为明示或暗示的担保或保证，包括任何适用于特定用途的担保。
参考文献
1.Cost, and Ahlrich, R. “Use of Slag Cement (GGBFS) in Soil Stabilization.”2003 (draft report).
2.George, K.P., “Soil Stabilization Field Trial – Interim Report Ⅲ”, University of Mississippi/Mississippi DOT, Jackson, MS, 2003.
3.“Reflective Cracking in Cement Stabilized Pavements”, IS537, Portland Cement Association, Skokie, IL, 2003.
4.Higgins, Kinuthia, and Wild, “Soil Stabilization Using Lime-Activated Ground Granulated Blast FurnaceSlag”, Proceedings of the Six CANMET/ACI International Conference, Bangkok, Thailand, 1998.
5.Higgins and Kennedy, “Lime + Ground Granulated Blast Furnace Slag Stabilization of Boulder Clay on the ‘A421’ Tingewick Bypass”, 3rd European Symposium on the Performance and Durability of Bituminous Materials and Hydraulic Stabilized Composites, 1999.
6.Roy, A., Wang, L, seals， R.K. and Metcalf， J.B., “Stabilization Techniques for Reactive Aggregate in Soil-cement Base Course,” Louisiana State University and Louisiana DOTD, Baton Rouge, 2003.
7.ACI 230.1R-90 (Reapproved 1997) State of the Art Report on Soil Cement, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, 1997.