废钢渣在软土地基处理中的应用
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摘要：随着经济的不断发展，土地利用率越来越少，城区住宅、厂房、公路等越来越多地在软弱地基上建设。通过对软土地基土质特性的研究，分析废钢渣应用于软土地基处理中的作用机理，为废钢渣在软土地基的处理中提供依据。
关键词：软土地基；土质特性；废钢渣
1引言：近年来许多重要的工程和复杂的工业厂房在软土地基上兴建，工程实践的要求推动了软土地基处理技术的迅速发展，地基处理途径越来越多，考虑问题的思路日益新颖，老的方法不断改进完善，新的方法不断涌现，使地基处理形式从单一向多元化方向发展。在过去的几年里，随着快速发展的建筑技术和机械设备，地基处理技术取得了巨大的普及和提高[ 1]。地基处理技术主要的是提高其承载能力和控制地面沉降[2]。对具有胶凝性能的废钢渣分析，提出了一个使用废钢渣提高软弱地基承载力的地基处理技术[3]。通过本课题的研究，将废矿渣应用到软土地基处理，可以充分节省自然资源，维护城市建设环境，有利于我国的资源与环境建设，促进循环经济的发展，达到废物再利用的目的。因此，研究和利用废钢渣具有深远的意义。
2软土地基特性分析
由于长期在各种自然动力和人为作用下，不同地区形成了不同的软弱土层。在河流或海水覆盖的较稳定区域，形成以高含水量的深厚淤泥为主；在近岸等不稳定地区则形成以淤泥和砂泥冲积层交互层为主；而人为的围海造田和城市建设，又使许多滩涂填上了新的土石层。这些土层具有高压缩性、承载力低，基本上都不能直接作为建筑物的持力层使用。有些工程因为对其特性认识不足，导致建筑物的不均匀沉降而倾斜或开裂。
通常条件下，地基承载力是由地基的强度和变形两方面决定的。在强度方面，主要是保持地基的稳定性，不允许地基发生剪切破坏；在变形方面，则不允许地基产生足以影响建筑安全和正常使用的变形，要把变形限制在规范容许的范围之内。一般密实的天然地基，强度较高，沉降较小，建筑在其上的建筑物只要地基强度得到保证，一般不用验算其沉降变形。但软土地基不同，沉降变形量很大，使用时即使地基尚未产生强度破坏，其沉降可能已远远超过基础沉降的允许变形，给新建建筑物本身或周围建筑物带来严重危害。因此，在基础设计时，对软土地基不单以强度控制，还要将沉降变形作为主控制设计参数。
软土的不排水剪切强度一般小于2t/m2 ，软土的强度是随着深度的增加而增大的。软土层深度10m 以内的平均十字板剪切试验强度一般0.5t/m2 。软土的透水性较差，因此土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需时间很长。未完全固结的土在自重的作用下会继续下沉。软土受到扰动后、其絮状结构受到破坏、甚至呈流动状态，导致抗剪强度的衰减。对普通浅基础而言、软土地基的允许承载约为6―8t/m2，如果不作处理是不能承受大的建筑物的。因此，在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。软土地基处理的目的是要提高软弱土地基的强度、保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降。一般来说，压实度是改善填土水稳定性的重要因素。在地下水位以上的稍湿填土，遇水后将发生严重的湿陷反应，从而降低填土的抗剪强度。另外，对于地下水位变化较大的冲填土，在地下水位下降后其土层失去了托力，下伏土层干缩，自重下脱，将引起表士下陷，引起建筑物基础下沉。同时，在新填土和较厚淤泥区域的新建建筑物，由于对长期的自重应力和外力的估计不足，软土层的自重固结而引起的沉降和负摩阻对建筑物的破坏严重。再者，某些地陷、地基不均匀沉降、开裂现象，也是由于大量抽取地下水，使上层失去浮力，自重下落与上层土脱开，引起地表土层架空，使局部地表下陷造成建筑物倾斜或断裂。由于地理位置的影响，地下水位较高，许多地方的地下水位存在于地表下1m附近。并且由于海水等的入侵，土壤内存有大量的钾盐和镁盐，这一环境条件对混凝土具有极强的腐蚀性,如果缺乏准确的分析和评价,或者措施采取不适当,会对建筑物地基基础混凝土造成极大的破坏,大大降低建筑物的使用寿命。
总之，根据上述软土地基的工程性质，使软土地基的基础设计和施工困难重重，以软土作为建筑物的地基是十分不利地。因此，在软土地基上建造建筑物，必须对软土地基进行处理。地基处理的目的主要是改善地基土的工程性质，达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求，消除其不利影响。
3.废钢渣应用于软土地基处理中的作用机理
钢渣由于其材质的特性，将其应用于软土地基处理中，有着显著的效果。钢渣及地下水之间发生了一系列的物理化学反应，这些变化对地基的加固是有利的。
3.1与水反应
在软土地基中经过废钢渣进行处理后，钢渣中的CaO与土中水分发生化学反应，形成熟石灰：CaO + H2O Ca（OH）2
反应可吸收土中相当于生石灰质量32%的水分，使土中的含水量降低，加速土体的固结。
氧化钙在吸水形成熟石灰的过程的同时产生了大量的热量，每1 kg的CaO与水反应可产生1.164X106 J的热能，这不仅可以加速化学的进行，还可促使土体的水分蒸发，加速土体的固结。氧化钙与水反应生成的Ca（OH）2与原来的CaO相比，体积扩大一倍，体积膨胀对地基土产生了强大的挤压力，从而对地基土实现挤密作用，改善地基土性质。
3.2 离子交换作用
钢渣中含有硅酸三钙、硅酸二钙等矿物，钢渣颗粒表面的矿物与地基土中的水分发生水解和水化反应，生成Ca（OH）2、CaSiO3等物质，大量的Ca2+与土颗粒相互交换吸附，加速了土体的固结。
3.3 水硬胶结作用
从钢渣的矿物组成中可以看出：钢渣中含有水硬性胶凝结矿物β-C2S及C11A7CaF2（氟铝酸钙：11CaO・7 A12O3・CaF2）等。这些矿物具有水硬活性，遇水则发生水化反应，生成水化硅酸钙C-S-H凝剂及Ca（OH）2等，其主要反应式为：
2CaO・SiO2 + H2O n CaO・SiO2・H2O + （2-n）Ca（OH）2
β-C2S本身虽然水化速度慢，早期强度较低，但是，由于钢渣中的β-C2S固溶引起杂质，易致使其晶体畸化，因此水化速度有所增加，到水化后期β-C2S等大量水化，胶结料的强度较高，因此钢渣具有一定的水硬活性，是一种水硬性、水稳性较强的材料。钢渣的强度形成这一过程离不开水，水是钢渣形成强度的重要因素，因此钢渣强度的增长与养护湿度有密切关系。
4结论
本文通过分析废钢渣应用于软土地基处理中的作用机理和作用效果，并结合软土地基特性分析、现有的地基处理方法，综合论证废钢渣可以作为一种环保型地基改良材料应用到软土地基处理中去。
参考文献
1.程小俊，陈晓平，崔红军．钢渣桩加固软土地基的研究[J]．建筑技术开发，2004
2.GB 50007―2002．建筑地基基础设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002
3.张润森．钢渣处理及利用的经济分析[J]．废钢铁，1991