岩土工程论文
0 引言
随着我国工业化生产的不断发展，工业产品数量不断增加，工业化生产在产生大量服务于人类社会产品的同时，也产生了大量的工业副产品。工业副产品的种类繁多，但与岩土工程建设密切相关的主要是工业废渣。在可持续发展的背景下，要求合理、高效地利用自然资源。大量工业废渣的出现，若处置不当，不仅会增加生产成本，还会造成一定程度的资源浪费和环境污染。岩土工程建设是一项需要大量建设材料的工程，将工业废渣有效、合理地应用其中，不仅可以解决废渣的处置问题，还可以实现资源的多途径综合利用[1].
本文以常见的几种工业废渣为研究对象，阐述了电石渣、木质素和粒化高炉矿渣在岩土工程中的应用前景以及相关理论依据，为其他工业废渣的工程应用提供参考。
1 工业废渣的分类
工业废渣是大规模工业化生产的副产品，不同的生产产品、生产工艺、原料等均会对废渣的组成产生影响。大量工业废渣的产生迫使人们寻求高效、合理的利用途径。
应用工业废渣之前，首先应明确废渣的来源、主要成分、安全性和应用对象，盲目地滥用工业废渣不仅不会有效的利用资源，还会造成资源浪费和环境污染，而 “二次治理”的费用必将造成废渣利用经济性的降低。因此，需要对工业废渣进行分类，明确不同类型废渣的基本性质，为更合理地利用工业废渣提供指导。张建国等[2]参照土的工程分类标准，按照粒径大小将工业废渣划分为工业碎石土、工业砂土和工业粉砂三类，将有机质含量较高的废渣划分为工业有机土。本文根据工业废渣的化学组成将分为两大类：有机工业废渣和无机工业废渣，如图 1.
图 1 中，电石渣、粉煤灰和高炉矿渣的主要成分为 CaO 和 SiO2; 木质素、废轮胎和生物酶等主要成分为高分子有机物。无机物和有机物与土体间的相互作用完全不同： 无机物以粉煤灰为例，其主要成分为 CaO,加入土体后，在适宜的养护条件下，与土体矿物发生水解、火山灰等反应，最终在土体中生成水化硅酸铝和水化硅酸钙等胶凝产物，填充孔隙并黏结土颗粒，使土体形成更为致密、稳定的结构。有机物以木质素为例，它是一种高分子聚合物，其形成的高分子链式产物可有效地减小土颗粒双电层厚度，使土颗粒相互连结起来，提高土体的工程性质。
2 电石渣
电石渣是工业生产聚氯乙烯（ PVC） 、聚乙烯醇、乙炔气等产品过程中，电石 CaC2水解后产生的废渣，主要成分是 Ca（ OH）2其反应式为CaC2+ 2H2O→C2H2+ Ca（ OH）2此外，还含有 CaCO3、SiO2、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等无机物以及少量有机物[3].电石渣浆的含水量大、碱性高，且流量大，是污水管网的重点污染源； 而干电石渣的主要成分是氧化钙，属高碱性物质，pH 值可达 12 以上。排放及存储电石渣常占用大量的耕地，长期存放的土地严重钙化，复耕非常困难。如果管理不当会对本地生态环境及空气质量造成严重影响，风天尘雾迷漫，雨天污水遍地。因此，开展电石渣的综合利用，不仅能获得经济效益，更是具有良好的社会效益。
杜延军、覃小刚等[4 -6]将电石渣应用于过湿土改良，并进行了一系列室内和现场试验。试验结果表明，电石渣在改善过湿土工程性质方面明显优于生石灰，同时还可减小施工中产生的环境污染问题，有效地解决了电石渣 “变废为宝”的问题。电石渣和生石灰改良过湿土无侧限抗压强度对比，见图 2.
图2 中，虽然生石灰改良土 7 天龄期下强度高于电石渣改良土，但 28 天龄期后，电石渣改良土显着高于生石灰改良土，土体强度较素土大大提高。传统生石灰与电石渣施工时产生的环境污染对比，见图3.
图3（ a） 中，电石渣施工时基本没有明显的扬尘产生，有效地减小了工程施工对环境的破坏； 图 3（ b）中，生石灰施工时产生大量的扬尘，不仅会对周围环境造成严重危害，还会对施工人员的身体健康产生严重威胁。表 1 列举了电石渣与生石灰各项指标对比结果，可以看出，工业废渣电石渣在改良过湿土工程性质时，不仅优于传统材料生石灰，而且在环境影响，节约建设成本等方面均表现出广阔的工程应用前景。以经济效益为例，合理将电石渣用于岩土工程建设，相对于生石灰，可节约工程造价90 % ,具有显着的经济效益，符合岩土工程建设中“可持续发展”的要求。
电石渣不仅可用于过湿土改良，还可用于道路路基填筑，路基土改良等工程建设。徐庆飞[7]利用电石渣和粉煤灰制备固土材料，掺量为土质量 30 %时，能够满足二级和二级以下道路底基层的使用要求。李立新等[8]从微观机理研究角度出发，证明电石渣和粉煤灰的固土机理与二灰土一样，均可生成稳定的凝胶体，连接黏土颗粒，增加土体强度。电石渣具有多种化学活性，在岩土工程其他方面的应用还有待进一步的探索。