随着我国经济和城市化发展,城市建筑、交通水利和地下空间等基础建设日新月异,经常需要在软土地基上施工,尤其在软土广泛分布的沿海沿江地区。软土具有高含水量、低强度、高压缩性、高灵敏度等不良特性,需通过人工改良使这些软土地基承受相应荷载。
在固化剂方面,生石灰是应用最早和最常见的固化剂,但由于生石灰固化时间长、强度低,除个别国家使用外,大多采用硅酸盐水泥,且水泥是目前基础工程建设和地基加固中应用最广泛的固化材料。水泥的掺入使地基土的工程性质得到显著改良,但水泥工业也产生了严重的资源消耗和能源危机,并给环境带来了负面影响,主要包括:(1)自然资源和能源消耗多;(2)环境污染严重;(3)水泥固化速度缓慢;(4)长期环境下,CO2易引起水泥水化产物的碳化衰解,强度降低、孔隙增多;(5)水泥土形成的碱性环境降低了水土的持水能力;(6)软土中的有机质严重阻碍了水泥水化反应,影响水泥土结构和强度形成。
为寻求低碳环保、经济高效的加固方法和固化材料,国内外学者对水泥的替代型固化材料进行了大量研究,尤其用工业副产品或工业废料代替或部分代替水泥是近些年的研究热点。提出采用MgO碳化搅拌法来进行软土地基加固,并申请了相关发明专利。碳化搅拌法被认为是一种新型低碳的土体加固技术,即活性MgO作为一种土壤固化剂与土体进行充分拌合,在混合土体中通CO2气体数小时后,MgO、水和CO2之间发生剧烈水化和碳化反应并生成一系列镁式碳酸盐,可快速而显著地降低土体含水量和孔隙率,使土体强度提高;同时在碳化加固过程中吸收大量CO2,具有低碳环保等优点。
CO2的资源化利用是我国低碳循环和可持续发展的基本内容之一,利用活性MgO和CO2固化处理软弱土是当前国内外环境岩土领域研究的焦点和难点课题。本项目针对“传统水泥环境污染大、强度增长缓慢”的现实问题,结合MgO-CO2碳化土低碳和强度增长快等特点,基于前期研究积累,以MgO为固化剂,采用CO2碳化固化来处理软弱土。研究成果对提升我国地基处理技术及对我国土木工程行业的节能减排和可持续发展具有重要的科学意义和工程示范作用,为地基处理技术提供全新的选择。