为提高工业废渣的利用率, 选用磷石膏、高炉矿渣、硅酸钠代替部分水泥并对土样进行固化处理。通过D-最优混料设计, 得出3与7 d的无侧限抗压强度回归方程, 并计算得到最优质量配合比。使用最优配方固化土样, 测得3和7 d无侧限抗压强度分别达4.88和5.84 MPa。通过因素间交互分析结果, 得出固化材料的最优掺量范围。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对固化土微观机理进行分析, 结果表明最优固化土相比水泥固化土水化反应更完全, 颗粒间连接更密实, 结构更稳定。最后通过对最优配方进行环境效益与经济性评价, 得出该配方在强度、环境效益、经济性等方面均要优于水泥。

为解决传统砂石骨料供应不足、工业固废煤气化炉渣大量堆存的问题，本文利用煤气化炉渣、砂砾土制备路面基层材料，探究煤气化炉渣、水泥剂量与砂砾土掺配最佳比例，从力学性能、路用性能及耐久性能方面研究了水泥稳定煤气化炉渣路面基层材料在公路工程中应用的可行性。研究结果表明：最佳配比为煤气化炉渣和砂砾土的质量比为40%∶60%、水泥剂量7%，该配比下水泥稳定煤气化炉渣路面基层材料7 d无侧限抗压强度超过3.0 MPa，劈裂强度超过0.5 MPa，弯拉强度超过1.5 MPa，具有良好的抵抗竖向变形能力；经过5次冻融循环试验后，试件抗压强度损失比B均在90%以上，质量变化率小于5%，且水稳定性良好；经过180 d干缩试验，A组(煤气化炉渣掺量35%、水泥剂量6%)和C组(煤气化炉渣掺量40%、水泥剂量7%）试件累积干缩量均小于2.5 mm，具有较好的干缩应变。采用SEM、XRD观测煤气化炉渣路面基层材料的水化产物种类及空间分布特征，提出煤气化炉渣强度形成机理，得出主要水化产物为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、Ca(OH)2，有利于基层混合料强度的形成。

泥浆广泛存在于河道疏浚、灌注桩、顶管等工程中,其处理是长期困扰工程界的问题。本文以原状煤矸石、高炉矿渣、粉煤灰等多元固废地聚物为基础固化60%(质量分数)含水率的泥浆,研究固化土的力学性能、耐久性和微观机理,评估固化土作回填料的可行性。结果表明,增加固体废弃物和碱性激发剂掺量都可提高固化土强度,固废掺量为20%(质量分数)时固化土7 d黏聚力c为60 kPa,内摩擦角φ为19°,强度可达400 kPa,满足回填土的性能要求; 同时地聚物固化土的抗冻融性能明显优于同掺量的水泥固化土; 地聚物固化土的胶凝产物主要为水化硅酸钙和斜方钙沸石,其水胶凝产物黏结土颗粒,填充孔隙结构,从而强化土体性能。

为进一步提升低碱再生骨料植生混凝土在海绵城市各使用场景中设计与运营规划的合理性, 通过压汞试验测定了天然骨料、再生混凝土骨料、再生红砖骨料的孔径分布, 利用三种类型骨料配制低碱植生混凝土并分别测量其在吸水与返水状态下的吸水率-时间曲线和含水率-时间曲线, 建立了低碱再生骨料植生混凝土吸返水特性的表征模型, 并结合Pearson相关性系数揭示了植生混凝土吸返水特性的微观机理。结果表明: 幂函数与双指数函数可较为精确地拟合各类型植生混凝土的吸水率-时间曲线(拟合优度R2不小于0.95)和含水率-时间曲线(拟合优度R2不小于0.99), 其中幂函数吸水模型包括初始吸水系数与增量吸水系数两个参量, 双指数返水模型包括初始含水系数、初始返水系数以及残余含水系数三个参量; 骨料类型显著影响低碱植生混凝土的吸返水特性, 这种差异主要来自骨料本身的孔隙结构, 骨料100 nm 以上孔隙越多, 植生混凝土的初期吸水速率越大, 饱和吸水率越高, 持续返水能力越强, 骨料100 nm 以下的孔越多, 返水后的残余含水率越高。此外, 由于 100 nm 以下的孔可通过毛细作用持续吸水, 而部分孔隙结构存在小孔(孔径100 nm以下)与大孔(孔径100 nm 以上)串联的情况, 形成了毛细孔吸水、大孔储水的虹吸结构, 故植生混凝土的持续吸水能力与 100 nm 以上及 100 nm 以下的孔均有显著关系。

针对红黏土特殊工程性质以及磷石膏固废资源的浪费现象, 通过固结试验, 以水泥为固化剂, 研究不同配合比下磷石膏稳定红黏土的压缩特性, 并基于微观结构和矿物组成分析压缩模量变化的机理。结果表明, 素红黏土为中压缩性, 磷石膏稳定红黏土为中、低压缩性。混合料压缩模量随磷石膏掺量增加先增大后减小, 水泥与磷石膏质量比为1∶3时压缩模量最大。各因素对混合料压缩模量的影响程度依次为竖向荷载>水泥掺量>磷石膏掺量。混合料压缩模量与水泥掺量、磷石膏掺量可通过二元三次函数关系拟合。随着磷石膏掺量增加, 水泥的水化反应、吸附作用以及钙矾石的生成使混合料孔隙率降低, 当水泥与磷石膏质量比为1∶3时, 孔隙率最小。当磷石膏掺量继续增大, 溶液呈酸性, 钙矾石溶解, 游离氧化铁减少, 团聚体内的胶结作用与咬合作用降低, 压缩模量减小。

钢渣和矿渣是常见的两种工业废渣，大量堆放且资源化利用困难。以钢渣粉和矿渣粉为基础材料，电石渣粉作为激发剂，可对淤泥质土进行固化处理。通过开展无侧限抗压强度试验，分析固化淤泥质土的强度特性和应力-应变关系，利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等微观测试，探索电石渣激发钢渣-矿渣固化淤泥质土的作用机理。结果表明，电石渣粉质量掺量为6%时，电石渣-钢渣-矿渣固化淤泥质土无侧限抗压强度最大，28 d固化淤泥质土强度与同龄期水泥土相当，且具有较好的延性。电石渣可以提供碱性环境和大量钙离子，有效激发钢渣和矿渣的水化活性，促进C-S-H凝胶的大量生成，同时促进离子交换和团粒化作用，使固化淤泥质土强度显著提高。

为实现固废资源大宗利用及“以废治废”的目的，将磷石膏与铜尾矿砂拌和制备成混合料，外掺水泥用于公路路基填筑。通过对混合料进行土工性能试验，探索磷石膏与铜尾矿砂的质量比对混合料土工性能的影响，结合现代分析测试方法，对混合料的硬化机理及微观变化进行研究。结果表明：磷石膏液限较高而铜尾矿砂强度特性较低，两者都无法单独作为路基填筑材料使用，当磷石膏与铜尾矿砂按质量比4∶6混合使用时，混合料的土工性能较佳；混合料硬化是水泥水化导致的，水化产物中的钙矾石、C-S-H凝胶等能够填补混合料颗粒间隙，形成紧密集合体，致使混合料硬化。

为实现商混站强碱性废泥的资源化利用, 以实验室模拟的商混站强碱性废泥为对象进行人造石制备研究,探究了偏高岭土掺量及水灰比对人造石强度的影响规律及机理, 并借助XRD和SEM分析了人造石的物相组成及微观形貌。结果表明: 添加偏高岭土可以显著提高人造石的固结强度, 当偏高岭土掺量为6%(质量分数)时抗压强度增幅最大, 相对于对照组, 14 d、28 d强度增长率分别为18.2%、20.3%; 随着水灰比的增加, 人造石抗压强度呈先增大后减小的趋势, 14 d、28 d的抗压强度分别在水灰比为0.44、0.46时达到最大, 分别为44 MPa、46 MPa。

为研究玄武岩纤维对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响, 本文对4种玄武岩纤维体积掺量(0%、0.2%、0.4%、0.6%)下5个粗骨料质量替代率(20%、40%、50%、60%、80%)的再生混凝土及1组普通混凝土进行了电通量试验, 并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和压汞法(MIP)从水泥水化和孔结构的角度探究了玄武岩纤维对再生混凝土抗氯离子渗透性能影响的微观机理。结果表明, 玄武岩纤维显著提高了再生混凝土抗氯离子渗透性能, 其中玄武岩纤维掺量为0.2%, 粗骨料质量替代率为50%时改善效果最好且优于普通混凝土。基于FTIR发现玄武岩纤维是通过改变再生混凝土水化产物C-S-H的聚合度和CaCO3的生成而改善其抗氯离子渗透性能。通过MIP得出最优组合掺量下, 再生混凝土的孔径分布得到优化, 孔隙率最小, 进而提高了其抗氯离子渗透性能。

研究了掺镁掺铁铌酸锂晶体的紫外、可见及红外光谱,首次发现当掺镁量超过通常所说的阈值(第一阀值)时,Fe3+离子和部分Fe2+离子的晶格占位由锂位变为铌位,但仍有部分Fe2+离子留在锂位. 晶体缺陷化学分析表明,继续增加掺镁量,占锂位的Fe2+离子数将逐渐减少;当掺镁量达到另一个适当的值(第二阀值)时,全部Fe2+都占铌位,晶体的抗光折变能力空前提高,这种现象称作双阈值效应.