岩土工程论文
3 木质素
木质素是在酸作用下难以水解的相对分子质量较高的物质，主要存在于木质化植物细胞中，强化植物组织。1838 年，法国农学家与植物学家 A. Payen 用硝酸和碱交替处理木材，并用酒精和乙醚洗涤，得到了一种比纤维素含碳量更高的化合物，将其称之为 “thetrue woody material”,随后，1857 年，F. Schulze 将这种化合物提纯出来，并称之为 “Lignin”,中文译为“木质素”,也称为 “木素”.木质素是由苯基丙烷类结构单元通过碳 -碳键和醚键连接而成的三维高分子化合物，且含有多种活性官能团。根据其基本结构单元的不同，将木质素分为三种类型： ①紫丁香基丙烷单元形成的紫丁香基木质素（ syringyl lignin,S - 木质素） ; ②愈创木基丙烷单元形成的愈创木基木质素（ guaiacy lignin,G - 木质素） ; ③对羟基苯基丙烷单元形成的对羟基苯基木质素（ hydroxy - phenyl lignin,H - 木质素）[9].
木质素在自然界中的储量非常丰富，其总量仅次于纤维素，每年全世界由植物生长产生的木质素约有 1500 亿吨。我国森林资源虽不是很丰富，但农作物秸秆每年有 5 ~6 亿吨，仍具有非常可观的木质素储量[10].工业木质素主要存在于造纸 “黑液”中，废水中含有大量的纤维素、木质素以及其他化学元素，对生态环境产生巨大威胁。我国造纸废水污染仅次于冶金、石化，居第三位。我国制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1. 4 亿吨纤维素，同时得到 5000 万吨左右的木质素副产品。目前超过95 % 的木质素仍作为废弃物直接排入江河或浓缩烧掉，未得到有效利用[11].
与传统固化剂相比，木质素/木质素磺酸盐是一种环境友好、无毒、无腐蚀、不改变土体 pH 值、无浸出，且不影响地下水化学成分的新型高效固化剂，具有十分广阔的应用前景。木质素改良某道路路基土施工现场，见图 4.
Pengelly 等（ 1997）[12]对木质素磺酸铵盐加固低交通容量路基膨胀土进行了试验研究，认为土体的膨 胀 性 得 到 有 效 控 制。Puppala 和 Hanchanloet（ 1999）[13]研究了木质素混合硫酸改良黏性土的强度、弹性模量等工程特性，结果表明木质素改良土较素 土 工 程 特 性 有 很 大 提 高。Tingle 和 Santoni（ 2003）[14]通过室内无侧限抗压强度试验和浸泡试验，分析了掺量、龄期等对固化土体强度的影响，结果表明木质素可有效加固粘性土和粉砂。对低塑性黏性土，木质素磺酸盐在干、湿条件下均可有效增强土体的无侧限抗压强度，且具有良好的水稳性。
同时，改良土强度在木质素掺量为 5 % 时达到最大，因此，建议最佳掺量为 5 %.Ceylan 等[15]利用两种不同的副产品木质素固化美国爱荷华低塑性黏土，其试验结果，见图 5.
图5 中，两种不同类型木质素改良土虽其强度低于粉煤灰改良土，但改良土强度显着高于素土且随龄期增长。对于两种木质素改良剂而言，当掺量为12 %时，土体强度最大； 掺量达到 15 % 时，强度反而有所降低，因此，Ceylan 建议木质素改良低塑性黏土的最优掺量为12 %.上述国内外学者的相关研究表明，木质素可显着提高土体强度、水稳性、耐久性等工程特性，是一种环境友好、新型、高效固化剂。
4 粒化高炉矿渣
高炉矿渣是炼铁过程中产生的一种废渣，炼铁是在高温下将氧化铁还原成金属铁，并将铁矿石中的 SiO2,Al2O3等与石灰石等溶剂结合成矿渣，使之与铁水分离，最终得到铁及其副产品高炉矿渣。矿渣的主要成分大多为 CaO,SiO2和 Al2O3等。
高炉矿渣在室温下经过缓慢冷却后其活性很弱，因此炼铁过程中熔融状的矿渣需急速冷却，以阻止矿物结晶，形成无定形活性玻璃体结构，这种水淬粒化的高炉矿渣称为粒化高炉矿渣，它具有较高的潜在活性。矿渣颗粒越小，比表面积越大，具有的潜在活性也越大。因此，将粒化高炉矿渣干燥脱水后进行粉碎、球磨形成小粒径、大表面积的微粉，以增加其活性，这种被磨细后的矿渣被称为粒化高炉矿渣微粉（ GGBS）[16].据相关数据统计，生产每吨 GGBS 的能耗为1 000 MJ,引起的 CO2排放量为0. 07 t,该数值显着小于水泥熟料的生产过程（ 能耗 5000 MJ,CO20. 95 t） .
该过程几乎不需要从自然界额外获取不可再生资源，并处理了一吨多工业废渣，是一种典型的绿色固化剂。在英国，GGBS 主要应用在混凝土领域，用于部分替代混凝土中间的波特兰水泥，替代比例可高达40 % ~ 70 % ,英国每年消耗约 200 万吨 GGBS.本世纪以来，GGBS 在我国也得到了大量应用，主要用在商品混凝土中替代部分水泥以及生产特种混凝土，并制定了国家标准 《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（ GB/T 18046-2008） .目前，国内 GGBS的价格约为普通硅酸盐水泥的 60 % ~80 %[17].
自 1862 年德国学者 Emillangen 发现经水淬后的粒化高炉矿渣具有潜在的水硬性后，将高炉矿渣作为水泥的活性混合材料使用已经有许多年的历史。高炉矿渣也是我国水泥材料生产中主要的活性混合料[18].粒化高炉矿渣还可用作生成高性能水泥和无熟料高性能碱矿渣混凝土材料。粒化高炉矿渣不仅在水泥、混凝土等工业生产领域有着广泛应用，近年来在岩土工程建设中也逐渐开展应用。易耀林等[19]通过室内试验研究了粒化高炉矿渣和 MgO 混合，作为固化土体的固化剂，并将此项土体固化技术应用于地基处理中的搅拌桩技术，取得了巨大的经济效益和社会效益。
虽然粒化高炉矿渣在岩土工程中具有广阔的应用前景，可固化土体、作为混凝土添加剂等，但是其在实际应用中仍存在一定的问题。粒化高炉矿渣用于固化土体时，需要碱性激发剂的加入才能激发矿渣的活性，进而与土体中 相关矿物发生固化反应，当缺少激发剂或激发剂使用不当时，粒化高炉矿渣的加入不仅不具有提高土体工程性质的作用，甚至会改变天然土体原有的基本性质。
5 结语
（ 1） 工业废渣的种类繁多、储量丰富，在岩土工程建设中具有广阔的应用前景。合理、高效地利用工业废渣，是岩土工程可持续发展的重要方面之一。
（ 2） 不同工业废渣具有不同的组分，应用于岩土工程建设时应明确其作用原理、合理选择应用对象。
（ 3） 工业废渣中的重金属、硫化物等成分在应用于工程建设时，可能会造成环境的 “二次污染”,相应的处置措施应紧随应用的步伐。
（ 4） 建立工业废渣应用的相关规程，使得废渣资源的应用更为合理、规范。
参考文献（ References） :
[1] 刘松玉，张涛，蔡国军，等。 生物能源副产品木质素加固土体研究进展 [J]. 中国公路学报，2014,27 （ 8） : 1 -10.
Liu S Y,Zhang T,Cai G J,et al. Research progress of soil stabilizationwith lignin from bio-energy by-products [J]. China Journal of Highway andTransport,2014,27 （ 8） : 1 - 10.
[2] 张建国，陈环，闫澍旺。 工业废渣的分类 [J]. 岩土工程学报，1997,19 （ 3） : 113 - 115.
[3] 马国清，李兆乾，裴重华。 电石渣的综合利用进展 [J]. 西南科技大学学报，2005,20 （ 2） : 50 -52.