本文是一篇土木工程论文，本文通过抗压强度试验、流动度试验、泌水率试验等研究了抗压强度和干密度的影响规律，建立了抗压强度和干密度的预测模型，解决了多固废泡沫轻质混凝土在高固相质量浓度条件下流动性差，在低固相质量浓度条件下泌水率高的问题，研究了多固废泡沫轻质混凝土的水稳定系数、渗透规律及水化硬化机理。
第1章绪论
1.1引言
固体废弃物通常是指人类生活、工业生产和其他活动中所产生的固态、半固态废弃物质。固体废弃物牵涉范围广、涉及种类多，可大致分为城市生活垃圾、医疗废物、工业危废和一般工业固废，其中一般工业固废因成分复杂、危害性大等特点，已经成为固废领域关注的焦点[1]。以济南及周边地区为例，济钢、莱钢在生产过程中产生大量钢渣、粒化高炉矿渣，魏桥集团在生产氧化铝过程中产生大量赤泥，在临沂等地还存有大量的脱硫石膏、磷石膏。在2008-2017年间，我国的工业固废处理主要采取倾倒丢弃、处置、贮存和综合利用等4种方式，但是随着贮存率逐年增长，必将导致工业固废的累积越来越多，既浪费土地又污染环境[2,3]。此外，堆满的工业固废一旦发生溃坝、滑坡等事故，将造成难以估计的生命财产损失。同时，全国各地常有工业尾矿库溃坝、重金属导致地下水污染、工业粉末导致扬尘等消息报道，固体废弃物俨然成了“脏乱差危”的代名词。尽管目前国内外一些学者致力于固体废弃物的利用，但成果还较少，并没有完全解决日益增多的问题，所以固体废弃物的合理处理和利用仍迫在眉睫。
对于固废的处置国家相继出台了大量政策，如2020年第十三届全国人民代表大会常务委员会新修订了《固体废物污染环境防治法》明确规定对固体废弃物防治坚持减量化、资源化和无害化处理[4]。同时“双碳”背景下，《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》，《中华人民共和国环境保护税法》、《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》、《工业固体废物综合利用规划》等政策法规的陆续发布实施，将不断推进固体废弃物在建筑行业、农业的综合利用，实现建筑业、农业、工业的共赢。
1.2国内外研究现状
1.2.1生态胶凝材料国外研究现状
胶凝材料是指在加水拌合的条件下，通过其自身特定的物理和化学相互作用，由可塑性浆体转化为坚硬的固体，并能够与砂子和石头等块状材料形成整体的材料，也称为胶结材料。在胶体材料从浆料变为固体的过程中，首先，材料表面会形成大量的小凝胶颗粒，这些小颗粒会逐渐形成致密的凝胶固体团簇。这个过程会来回循环，最终实现材料的整体凝胶化。由于胶凝材料的独特性能，它们在建筑行业备受青睐。目前使用最广泛的胶凝材料是波特兰水泥，在日常生活中随处可见。传统水泥是通过高温煅烧硅质和钙质原料获得熟料矿物，而后利用硅酸盐熟料矿物的水化作用实现胶凝材料的凝胶化和固化。
然而，传统胶凝材料的一些局限性限制了其应用。首先，传统胶凝材料的制备往往需要消耗大量的石灰石资源和能源，而且传统胶凝材料属于熟料矿物，在开采和制备过程中会导致不可再生资源的大量流失，二氧化碳等排放物也会激增，对环境造成破坏。此外，传统胶凝材料不具备生态兼容性和环境友好性，如沙漠固沙、交通、水利等对环境兼容性要求较高的工程，进一步凸显了传统胶凝材料的局限性。鉴于传统胶凝材料的上述缺陷和不足，开发利用具有生态相容性和环境友好性的生态胶凝材料显得极为紧迫和重要。
第2章多固废泡沫轻质混凝土制备
2.2原材料及试验方法
2.2.1原材料
盾构渣土取自济南建筑工地，胶凝材料是使用粒化高炉矿渣粉、石灰、石膏制备。该复合胶凝材料中废弃物粒化高炉矿渣粉可以利用石灰或石膏作为激发剂激发其潜在活性，并与水泥按一定比例组合。通过室内试验，以盾构渣土抗压强度为依据，以节能环保为基本原则，经过设计、组合、优化使各组分性能都能得到充分发挥，制备出固化强度与水泥固化相当，固化成本却远低于水泥的固化材料，选出复合胶凝材料的最优配比及掺量。
（1）水泥
本试验采用山水P·O42.5普通硅酸盐水泥，主要矿物组成及性能指标见表2.1、表2.2。
2.3试验结果与讨论
2.3.1自制胶凝材料与水泥对比分析
分别测试在5%、7%、9%、11%、13%掺量下的胶凝材料（固化剂）A、B、C及水泥固化盾构渣土试块不同养护龄期（3d、7d、28d、56d）的抗压强度，试验结果如表2.10所示。
根据试验结果，结合固化盾构渣土抗压强度曲线分析可知，水泥固化盾构渣土早期强度随掺量及养护龄期增加均没有明显的增长趋势，且当掺量逐渐增加其早期强度反而有下降的趋势，11%、13%掺量的水泥固化盾构渣土28d和56d强度略有增长，但增长并不明显，水泥固化盾构渣土试块的强度一直在0.5~0.8左右浮动。
第3章 多固废泡沫轻质混凝土的工作性调控 ........................... 25
3.1 概述 .................................. 25
3.2 原材料与试验方法 ................................... 25
第4章 多固废泡沫轻质混凝土稳定性研究 ...................... 42
4.1 概述 ................................... 42
4.2 原材料与试验方法 ................................ 42
第5章 多固废泡沫轻质混凝土水化机理研究 ......................... 46
5.1 概述 ................................ 46
5.2 主要仪器设备及特性参数 ........................... 46
第5章多固废泡沫轻质混凝土水化机理研究
5.1概述
盾构渣土资源化利用是推动我国绿色、循环、低碳发展的重要途径之一。作为地铁盾构开挖后的固体矿物废料，大量盾构渣土没有得到及时有效的处理，渣土中的有毒物质造成严重的环境污染，成为一大安全问题。探索污染低、可再利用、具有市场竞争力的综合治理手段，成为了我国解决盾构渣土滞存问题的重要目标。
多固废制备泡沫轻质混凝土的稳定性是泡沫轻质混凝土安全工作的前提，本章节主要分析泡沫轻质混凝土的水化机理。
第6章研究结论
以盾构渣土为主体的多固废协同制备的混合轻质土是泡沫轻质混凝土的一种，应用于回填工程中，不可避免会遇到强度、稳定性、操作空间的要求。本文通过抗压强度试验、流动度试验、泌水率试验等研究了抗压强度和干密度的影响规律，建立了抗压强度和干密度的预测模型，解决了多固废泡沫轻质混凝土在高固相质量浓度条件下流动性差，在低固相质量浓度条件下泌水率高的问题，研究了多固废泡沫轻质混凝土的水稳定系数、渗透规律及水化硬化机理。本文所开展的主要工作与得出的主要结论如下：
（1）盾构渣土颗粒的不均匀系数为Cu=11.29>5，土粒的曲率系数为Cv=1.22介于1~3之间，可确定试验所用的盾构渣土土粒的级配良好。通过轻击实法试验得到土粒的最大干密度ρdmax为1.914 g/cm3，最优含水率wop为12.2%。
（2）相同掺量下的胶凝材料A、B、C固化效果要远优于水泥，在胶凝材料掺量为5%、9%、11%时，均为胶凝材料C固化盾构渣土的强度最高；掺量为7%时胶凝材料B固化盾构渣土的强度最高；掺量为13%时，强度最高的是胶凝材料A固化盾构渣土。
（3）通过对回归模型进行优化处理可得，确定最优试验配比为新型生态胶凝材料和盾构渣土土胶比为3:1，固相质量浓度为79%，复合发泡剂掺量为0.463%，在该条件下，泡沫轻质混凝土28d抗压强度将达到2.49MPa，干密度将达到727.41kg/m³，且同时可保证混凝土流动度满足工作要求。
（4）在HPMC、HYJ、RJF等三种高分子聚合物中，HPMC可以明显降低泡沫轻质混凝土泌水率，且对流变性和抗压强度影响最小。当HPMC掺量为0.45%时，泡沫轻质混凝土泌水率4.5%；复合无机盐（SA）可以与HPMC协同降低泡沫轻质混凝土泌水率。添加3.45%的复合固水材料，充填材料的泌水率可以降低7%。
参考文献（略）
