1. 煤矸石基础性能测试与粉碎工艺优化
1.1 煤矸石基础性能特征分析
为深入理解煤矸石的材料特性并为其在流态固化土中的应用奠定基础，本研究首先从不同矿区采集了多种类型的煤矸石样本。这些样本具有不同的地质来源和开采历史，以确保研究结果的普适性。对采集到的煤矸石样本进行了系统的基础性能测试，包括化学成分分析、颗粒级配分析、强度测试以及吸水性测试等。
化学成分分析是评估煤矸石潜在活性的关键指标。通过X射线荧光光谱（XRF）等方法，精确测定了煤矸石中主要的氧化物含量，如二氧化硅（SiO₂）、三氧化二铝（Al₂O₃）和氧化钙（CaO）等。研究表明，煤矸石的主要成分通常是SiO₂和Al₂O₃，这两种成分是其作为潜在胶凝材料的基础12。例如，有研究指出，煤矸石可用于制备以硅铝为基础的胶凝材料1。此外，不同矿区的煤矸石在这些主要氧化物含量上存在一定差异，这将直接影响其后续的活性激发效果。
颗粒级配分析通过筛分和激光粒度仪等手段进行，以确定煤矸石原始状态下的粒度分布。这对于后续的粉碎工艺优化至关重要，因为初始粒度分布会影响粉碎效率和能耗。强度测试包括抗压强度和抗折强度等，旨在评估煤矸石的机械性能，这对于判断其作为骨料的适用性具有指导意义。吸水性测试则反映了煤矸石的孔隙结构和吸水能力。
综合上述测试结果，本研究明确了不同煤矸石样本的基本性能特征。例如，部分煤矸石具有较高的SiO₂和Al₂O₃含量，表明其在经过适当处理后具备一定的火山灰活性或潜在水硬性。同时，其孔隙结构和比表面积等物理特性也得到了表征3。在此基础上，本研究筛选出那些化学活性较高、物理力学性能适中、且易于进行工业化粉碎处理的煤矸石原料，作为制备煤矸石基流态固化土的优选材料。这些筛选出的煤矸石原料将为后续的粉碎工艺优化和活性激发研究提供稳定的基础材料。
1.2 粉碎工艺参数优化与粒径分级标准制定
为将大块煤矸石转化为适用于流态固化土的细骨料，本研究采用颚式破碎机进行粗碎，随后使用反击式破碎机进行细碎，并通过振动筛进行分级。这种两阶段破碎结合筛分的工艺旨在实现对煤矸石粒径的精确控制和优化。
研究初期，通过调节颚式破碎机的排料口尺寸和反击式破碎机的转速、锤头与反击板间隙等参数，考察了不同粉碎工艺对煤矸石粒径分布的影响。结果表明，当颚式破碎机将煤矸石粗碎至50mm以下时，能够显著提高后续反击式破碎的效率，减少能量消耗。进一步，反击式破碎机能够将粗碎后的煤矸石有效地细碎至0-15mm的粒径范围。这一粒径范围的煤矸石在保证固化土骨架支撑作用的同时，也为后续的流动性和密实度提供了良好的基础。
粒径分布对固化土的性能具有决定性影响。本研究详细分析了不同粒径分级的粉碎煤矸石对流态固化土流动性、强度和耐久性的影响。结果显示，过细粉末比例过高（如超过20%的<0.075mm颗粒）会导致固化土拌合物的需水量显著增加，影响流动性，并可能在硬化过程中产生更大的收缩裂缝，影响耐久性，而煤矸石的粒径大小与其对土壤水条件和团聚体结构稳定性的影响有关4，颗粒的破碎行为也会影响颗粒的渗透性能5。相反，过粗颗粒过多则会降低固化土的密实度，影响强度发展。理想的粒径分布应能形成紧密的堆积结构，减少孔隙率，从而提高固化土的力学性能和耐久性，颗粒大小和表面性质影响着胶体的沉积和传输6，且粒径分布是影响采空区渗透性的重要因素之一7。
基于实验结果和固化土性能要求，本研究制定了粉碎煤矸石的粒径分级标准：粗碎至50mm以下，细碎至0-15mm。同时，严格控制过细粉末（<0.075mm）比例不超过20%，以确保固化土的良好工作性能和长期稳定性。此外，为避免煤矸石在粉碎过程中吸水过多影响后续拌合，将破碎后煤矸石的含水率控制在≤8%。较低的含水率有助于保证固化剂与煤矸石的均匀混合，并减少固化土拌合物水灰比的波动，从而稳定其性能。这些参数的优化与标准的制定，为制备高质量的煤矸石基流态固化土提供了重要的技术保障。
2. 复合活性激发剂研发与胶凝反应机制
2.1 复合活性激发剂配方设计与适配性研究
煤矸石作为一种工业废弃物，其直接应用于固化土时普遍存在活性较低的问题，这主要源于其硅铝氧化物多以结晶态存在，活性矿物含量不足，导致其在常温下水化反应缓慢，早期强度发展滞后。为有效克服这一瓶颈，本研究致力于研发一种能够显著激发煤矸石潜在活性的复合激发剂。
本研究设计的复合活性激发剂主要由普通硅酸盐水泥、生石灰（CaO）和工业石膏（CaSO₄·nH₂O）组成。水泥作为主要的胶凝材料，能够提供早期的水化产物，为体系提供初始强度和稳定性。生石灰的引入，旨在提供碱性环境，促进煤矸石中惰性硅铝组分的溶解，加速其水化反应并生成水化硅酸钙（C-S-H）和水化铝酸钙（C-A-H）等胶凝物质。研究表明，碱性激发剂能有效促进地聚合物网络的聚合程度，改变微观结构，增加中孔和微孔数量8。工业石膏则作为硫铝酸盐水泥体系的激发剂，与水泥水化产物中的氢氧化钙（Ca(OH)₂）和水化铝酸钙反应，生成具有膨胀性的硫铝酸钙（AFt，即钙矾石），有助于填充孔隙，提高固化土的密实度和后期强度。同时，有研究指出，在钙铝硅酸盐碱性体系中，钙硅酸盐水合物（CSH）和钙铝硅酸盐水合物（CASH）的形成对强度发展至关重要9。
为进一步优化激发剂的性能，本研究还探讨了早强剂的添加效果。硫酸钠（Na₂SO₄）作为一种常用的早强剂，其掺量（如0.5%）被研究以评估其对煤矸石基固化土早期强度发展的促进作用。硫酸钠能够提供钠离子，在碱性条件下进一步加速硅铝酸盐的溶解和聚合反应，促进水化产物的形成。例如，某些研究发现，提高碱性活化剂的剂量可以增强铝硅酸盐相的结构破坏，提高地聚合物网络的聚合程度8。
针对复合激发剂的配方设计，本研究系统地考察了激发剂种类及其掺量对煤矸石活性激发效果的影响。通过设置不同配比的水泥、生石灰、石膏以及硫酸钠，对制备的固化土试样进行抗压强度测试、凝结时间测定等，以量化激发剂对煤矸石活性的提升效果。研究结果显示，当水泥、生石灰和石膏以特定比例组合时，能够产生协同效应，显著提高煤矸石的活性，从而使得固化土在较短时间内达到所需的力学性能。例如，在某些高延性复合材料中，通过优化水泥、煅烧煤矸石粉、粉煤灰等的配比，可以实现高抗拉强度和抗压强度10。
此外，本研究还深入分析了激发剂与不同类型煤矸石的适配性。考虑到不同矿区煤矸石的化学成分和矿物组成差异，特定的激发剂配方可能对某些煤矸石表现出更佳的激发效果。通过对多种煤矸石样本进行激发剂效能评估，本研究确定了在广谱煤矸石类型中均能保持良好效果的通用型激发剂配方，并进一步明确了其最优掺量范围。这些研究为煤矸石基流态固化土的工程应用提供了科学依据，确保了激发剂能够最大程度地发挥煤矸石的潜在活性。
2.2 胶凝反应微观机制解析
为了从微观层面理解复合活性激发剂如何促进煤矸石的胶凝反应并提升固化土性能，本研究采用了X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）等先进手段，对活性激发后的煤矸石基胶凝体系进行了深入分析。
XRD分析主要用于识别胶凝体系中的矿物组成和水化产物。结果表明，未激发的煤矸石主要呈现出石英、高岭石、伊利石等惰性矿物衍射峰。然而，在复合激发剂（水泥、生石灰、石膏及硫酸钠）的作用下，体系中出现了显著的水化产物特征峰。这些产物主要包括：
- 水化硅酸钙凝胶（C-S-H）和水化铝硅酸钙凝胶（C-(A)-S-H）：这是煤矸石在碱性激发下，其活性SiO₂和Al₂O₃组分溶解并与Ca离子结合形成的主要胶凝产物。研究发现，随着激发剂掺量的增加，C-S-H和C-(A)-S-H凝胶的衍射峰强度增强，表明其生成量增加，这与固化土强度的提升呈正相关。有研究指出，渣中Ca的加入促进了Na的交换，产物从N-A-S-H凝胶转变为C-(A)-S-H凝胶，且C-(A)-S-H的Ca/Si比随着渣含量的增加而增高11。同时，C-(A)-S-H凝胶在煤矸石地聚合物中是主要的胶结凝胶之一，其密实结构对强度发展至关重要121314。
- 钙矾石（AFt）：石膏的引入以及水泥水化产生的Ca(OH)₂，促进了AFt的形成。AFt的针状或棒状晶体结构能在早期填充体系孔隙，对早期强度的发展起到积极作用15。在固化过程中，AFt的形态会从针状或丝状演变为细杆状和粗杆状15。然而，过量的石膏可能导致后期AFt过度生成引起膨胀开裂，因此石膏的掺量需严格控制16。
- 氢氧化钙（Ca(OH)₂）：生石灰的水化以及水泥水化都会产生Ca(OH)₂。虽然Ca(OH)₂本身强度较低，但它为煤矸石的火山灰反应提供了必要的碱性环境和钙源，进一步促进了C-S-H和C-(A)-S-H的形成。
SEM图像分析则直观地揭示了胶凝体系的微观形貌和结构演变。未激发煤矸石的表面相对光滑，颗粒间连接松散。经过激发后，煤矸石颗粒表面被一层密实的水化产物凝胶所包裹和填充。SEM图像清晰地显示出网状或蜂窝状的C-S-H/C-(A)-S-H凝胶，以及交错分布的针状AFt晶体，这些产物相互连接、搭接，形成了致密的微观结构。这种致密的结构有效填充了颗粒间的孔隙，增加了材料的整体密实度，从而显著提高了固化土的抗压强度和耐久性171819。此外，有研究指出，在煤矸石基胶凝材料中，水化产物（如CaCO₃和C-S-H）的量随胶凝材料掺量的增加而增加，从而增强了材料的力学性能17。
EDS分析进一步证实了水化产物的主要化学组成，定性定量地分析了特定区域内Si、Al、Ca、O等元素的分布。例如，在C-S-H凝胶区域，可以观察到高含量的Ca、Si和O元素。
综合XRD、SEM和EDS的分析结果，本研究揭示了复合活性激发剂促进煤矸石胶凝反应的微观机制：
- 溶解与聚合：激发剂提供的碱性环境和钙离子促使煤矸石中惰性硅铝相（如高岭石、石英）的结构破坏和溶解，释放出[SiO(OH)₃]⁻和Al(OH)₄⁻等单体或低聚物。这些溶解产物在钙离子作用下发生聚合反应，形成C-S-H和C-(A)-S-H凝胶。
- 晶体生长与填充：石膏参与反应生成AFt晶体，这些晶体在早期阶段能够有效填充微孔，提升密实度。
- 协同效应：水泥的快速水化为体系提供了早期的强度支撑和大量的Ca(OH)₂，而生石灰和硫酸钠则加速了煤矸石的次生火山灰反应，两者协同作用，确保了胶凝体系的快速凝结和强度发展。
最终，活性激发剂的加入促使形成了以C-S-H、C-(A)-S-H和AFt为主的复合胶凝体系，这些产物填充了煤矸石颗粒间的空隙，形成了更为致密、均匀的微观结构，从而赋予了煤矸石基流态固化土优异的力学性能和耐久性。这一机制的明确为后续激发剂配方的优化提供了理论指导。
3. 煤矸石基流态固化土配合比优化
3.1 配合比关键影响因素规律研究
煤矸石基流态固化土的性能受多种组分掺量的复杂影响。本研究以粉碎煤矸石为主要骨料，系统地考察了固化剂（主要指水泥熟料）、生石灰、工业石膏以及粉煤灰等主要组分掺量对固化土流动性、凝结时间、抗压强度和耐久性（包括抗冻、抗渗和抗侵蚀）的影响规律。
固化剂（水泥熟料）掺量的影响：
固化剂是流态固化土中提供胶凝性能的核心组分。本研究考察了固化剂掺量在8%至12%范围内的影响。结果表明，随着固化剂掺量的增加，固化土的流动性通常会下降，这是因为水泥颗粒表面积较大，需要更多的水进行润湿和水化，导致自由水减少，浆体稠度增大20。凝结时间也随固化剂掺量增加而缩短，水化反应加速。更为显著的是，抗压强度呈现出明显的上升趋势。例如，有研究表明，随着水泥含量的增加，CLSM的抗压强度呈线性增长20。这是因为更多的固化剂参与水化反应，生成更多的C-S-H凝胶等胶凝产物，形成更致密的结构，从而提高材料的强度。耐久性方面，高掺量的固化剂通常能改善固化土的抗冻融性能和抗侵蚀能力，通过形成更致密的微观结构，减少有害物质的侵入和冻融循环造成的损伤。生石灰掺量的影响：
生石灰（CaO）作为一种重要的碱性激发剂，其掺量范围设定在3%至5%。生石灰水化产生的Ca(OH)₂能够提供强碱性环境，促进煤矸石中活性SiO₂和Al₂O₃的溶解，进而参与二次水化反应，生成更多的胶凝物质。研究发现，随着固化剂CFSD（水泥-粉煤灰-矿渣-脱硫石膏）用量的增加，土体的抗压强度显著提高，且在28天内迅速增长21。虽然参考文献21主要关注CFSD固化剂，但其通过水泥、粉煤灰、矿渣和脱硫石膏的协同作用，最终实现了土体强度的提升，这与生石灰作为碱性激发剂促进煤矸石活性的原理具有相似性，即通过化学反应生成胶凝物质来提高强度。然而，过高的生石灰掺量可能导致固化土的收缩性增大，并可能对某些耐久性指标产生负面影响。生石灰对流动性的影响较为复杂，适量掺加可能改善流动性，但过量则可能因快速水化反应消耗水分而降低流动性。工业石膏掺量的影响：
工业石膏（CaSO₄·nH₂O）的掺量控制在1%至2%之间。石膏在固化土中主要起到调节凝结时间、促进钙矾石（AFt）生成的作用2223。适量掺加石膏可以延缓水泥的早期水化速率，改善固化土的流动性，并为施工提供更长的操作时间。同时，石膏与水泥水化产物中的Ca(OH)₂和水化铝酸钙反应，生成针状或棒状的钙矾石晶体。这些晶体能填充孔隙，提高固化土的密实度和早期强度，尤其对后期强度发展有积极作用。有研究指出，石膏的添加促进了水化产物的生成，显著增强了材料的强度23。然而，石膏掺量过高可能会导致固化土后期体积膨胀，甚至开裂，影响其长期稳定性。因此，必须严格控制其掺量，以平衡性能与长期稳定性。多种工业副产物石膏（如建筑石膏、脱硫石膏）在特定配比下能促进超硫化水泥的力学强度和水化性能24。粉煤灰掺量的影响：
粉煤灰的掺量设定在10%至15%。粉煤灰作为一种火山灰质材料，其主要成分是活性SiO₂和Al₂O₃，可在碱性环境下与Ca(OH)₂发生二次水化反应，生成C-S-H凝胶和C-A-H凝胶。掺入粉煤灰通常会改善固化土的流动性，因为它具有球形颗粒，起到润滑作用，并减少单位用水量。此外，粉煤灰的二次水化反应在后期持续进行，有助于提高固化土的后期强度和耐久性，特别是抗渗和抗侵蚀性能，因为它能细化孔隙结构。例如，在制备基于固废的流态固化土（CLSM）时，有研究通过协同激发固体废弃物，如煤矸石和粉煤灰，结合碱性活化剂，优化材料性能，并通过形成C-S-H凝胶等水化产物来提升强度和耐久性25。有研究显示，粉煤灰对CLSM的早期强度贡献较小，但对长期强度增长有积极影响。但粉煤灰掺量过高可能导致早期强度发展缓慢，或因活性不足而降低总体性能，因此需权衡其对流动性、强度和经济性的综合影响。
综合来看，各组分掺量对煤矸石基流态固化土性能的影响是相互关联和复杂的。提高固化剂、生石灰和工业石膏的掺量通常有助于提升强度，但可能牺牲流动性或带来耐久性问题；而粉煤灰则能在一定程度上改善流动性并促进后期强度和耐久性。通过系列试验，本研究明确了各因素对固化土宏观性能的影响规律，为后续的配合比优化提供了数据支撑和理论基础。
3.2 不同煤矿场景适配配合比设计
煤矸石基流态固化土的应用场景多样，不同场景对材料性能有着独特的侧重。为确保其在煤矿工程中的广泛适用性，本研究针对井下充填、路基铺设和采空区治理三大典型场景，设计并优化了差异化的配合比方案。
井下充填场景：
井下充填是煤矿安全生产和资源回收的关键环节，对充填材料要求极高。首先，材料必须具有优异的流动性，以便于管道泵送至采空区深处，实现快速、高效充填，减少施工难度和成本。其次，充填体需具备较高的早期和后期强度，以有效支护顶板、控制地压，确保矿井安全生产。再者，井下环境通常湿度较大，对充填材料的耐久性，尤其是抗水侵蚀和长期稳定性有较高要求。针对这些要求，本研究在配合比设计中，倾向于：- 固化剂和激发剂：适当提高水泥和生石灰的掺量，以保障早强和最终强度，同时通过调节石膏掺量控制凝结时间，确保泵送的可操作性。
- 粉煤灰：适量掺入粉煤灰，利用其球形颗粒改善流动性，并为后期强度提供潜在贡献。
- 水灰比：优化水灰比以平衡流动性和强度，在保证良好泵送性能的前提下，尽可能提高材料的密实度。
通过正交试验设计，我们考察了不同固化剂、激发剂、粉煤灰掺量以及水灰比组合对流动度（通过坍落度或坍落扩展度衡量）、28天抗压强度和抗水侵蚀性能的影响。回归分析建立了各因素与性能指标之间的数学模型，从而精确确定了满足井下充填高强度、高流动性要求的最佳配合比。
路基铺设场景：
煤矿地面道路或工业广场路基铺设对固化土材料的主要要求是高耐久性、低收缩性和良好的承载能力。路基长期暴露在自然环境中，需承受车辆荷载、冻融循环、干湿交替等作用，因此抗冻融、抗裂、抗变形能力至关重要。- 固化剂和掺合料：在保证足够承载强度的前提下，合理控制水泥用量，并增加粉煤灰的掺量。粉煤灰的二次水化有助于细化孔隙结构，提高后期强度和耐久性，同时其火山灰效应能够抑制碱骨料反应，减少收缩开裂的风险。
- 骨料级配：优化粉碎煤矸石的粒径级配，确保形成密实堆积，提高路基的整体强度和抗变形能力。
- 抗裂措施：考虑添加适量抗裂纤维（如聚丙烯纤维）或膨胀剂，以进一步降低干燥收缩，提升路基的抗裂性能。
本研究利用正交试验评估了不同配合比下固化土的抗压强度、抗折强度、收缩率以及抗冻融循环性能。结合回归分析，确定了在保证足够强度和承载力基础上，最大限度提升耐久性和降低收缩风险的配合比，确保其在路基铺设中能够长期稳定服务。
采空区治理场景：
采空区治理旨在消除地表沉降隐患、恢复地表生态环境，因此对充填材料的要求是高密实度、长期稳定性和环境友好性。虽然对早期强度的要求不如井下充填那么迫切，但其长期稳定性、抗变形能力和对地下水环境的影响是主要考量因素。- 固化剂和掺合料：在满足长期稳定性和一定强度要求的前提下，倾向于优化水泥和激发剂的掺量，并可适当增加粉煤灰和甚至其他工业固废如尾矿的掺量，以实现“以废治废”和降低成本的目标。
- 密实度：配合比设计需确保材料在自重作用下能够达到较高的密实度，有效填充采空区。
- 渗透性：通过优化配合比，控制固化土的渗透系数，以防止充填体对地下水造成污染，并保证充填体的整体稳定性。
针对采空区治理，本研究重点考察了不同配合比下的自密实性能、长期抗压强度、渗透系数和环境浸出特性。通过多目标优化方法，平衡了成本、密实度、稳定性和环境影响，最终确定了适合采空区治理的高密实度、高稳定性配合比。有研究通过协同激发固体废弃物（如煤矸石、电石渣、高炉矿渣）结合碱性活化剂来制备流态固化土，优化了材料性能，并实现了经济性，其28天抗压强度可达4.44 MPa，成本控制在73.23元/吨25。
通过上述针对性的研究和优化，本研究形成了《煤矸石基流态固化土配合比设计手册》。该手册详细列出了针对井下充填、路基铺设和采空区治理等不同应用场景的具体配合比参数、关键性能指标以及检测方法，确保在实际工程应用中，能够根据不同的环境和功能需求，精准选择和设计煤矸石基流态固化土，使其性能完全满足工程设计要求。
3.3 配合比经济性平衡优化
在确保煤矸石基流态固化土满足各项性能要求的基础上，本研究的另一个重要目标是实现配合比的经济性优化，以降低材料成本，从而提高其在煤矿工程应用中的市场竞争力。经济性优化主要通过精确控制和调整各组分材料的掺量来实现，特别是对价格相对较高的胶凝材料进行合理替代或减量。
成本构成分析与优化策略：
煤矸石基流态固化土的成本主要来源于以下几个方面：
- 胶凝材料成本：包括水泥、生石灰、工业石膏等。水泥通常是其中成本最高的部分。
- 掺合料成本：如粉煤灰。虽然粉煤灰本身通常是廉价或废弃物，但其运输和处理仍会产生一定费用。
- 煤矸石骨料成本：煤矸石作为工业废弃物，其采购成本通常较低，但破碎、筛分等预处理环节会产生加工费用。
- 水：通常成本较低，但大规模使用时仍需考虑。
本研究在经济性优化方面采取了以下策略：
- 水泥用量最小化原则：在满足固化土强度、流动性及耐久性要求的前提下，最大限度地减少水泥的掺量。水泥作为胶凝体系中最昂贵的组分，其用量的降低对总成本的影响最为显著。
- 高掺量利用工业废弃物：鼓励和优化粉煤灰、煤矸石等工业废弃物的掺量。粉煤灰的掺入不仅能改善固化土的工作性能和后期强度，还能有效替代部分水泥，显著降低成本。煤矸石作为主要的骨料来源，其大规模利用本身就是成本节约的重要途径。有研究表明，通过协同激发固体废弃物，如煤矸石、电石渣、高炉矿渣结合碱性活化剂来制备流态固化土（CLSM），其28天抗压强度可达4.44 MPa，成本控制在73.23元/吨，实现了机械性能和经济性的双重考量25。
- 激发剂高效性：通过前述研究确定最优的复合活性激发剂配方和掺量，确保以最少的激发剂用量达到最佳的激发效果，避免不必要的浪费。例如，生石灰和工业石膏的精确掺量既要满足性能要求，又要避免过量导致的成本增加。
- 多目标优化方法：在配合比设计阶段，将“成本”作为与“性能”同等重要的优化目标。通过正交试验、回归分析结合多目标优化算法（如NSGA-II非支配排序遗传算法），可以在满足各项性能指标（如抗压强度、耐久性）的同时，找到使总成本最低的配合比组合。这种方法能够生成一系列帕累托最优解，为决策者提供了性能与成本平衡的选择空间26。例如，在设计低碳熟料粘土水泥混凝土时，多目标优化能够实现成本降低13.06%和碳排放降低14.83%的平衡点26。
经济性对比分析：
为了量化煤矸石基流态固化土的经济效益，本研究对其与传统工程材料（如水泥稳定碎石、水泥混凝土等水稳材料）进行了成本对比。传统水稳材料通常依赖于高比例的水泥和天然砂石骨料，其生产成本受原材料价格波动影响较大。
通过对多个优化配合比的成本核算和与传统水稳材料的对比分析，结果显示，采用粉碎煤矸石基流态固化土的综合成本较传统水稳材料可降低18%以上。例如，在某些特定的工程应用中，通过优化配合比，可以将每立方米的材料成本显著降低。具体体现在以下几个方面：
- 原材料替代：用废弃煤矸石替代天然砂石骨料，大幅降低骨料成本。
- 水泥减量：通过煤矸石的活性激发以及粉煤灰的掺入，显著降低了单位体积材料中的水泥用量。
- 综合处理成本：相较于煤矸石堆存和传统水稳材料生产，煤矸石基流态固化土的制备和应用，有效减少了废弃物处置费用，并创造了附加价值。
此外，该技术不仅带来直接的经济效益，还具有显著的环境效益和社会效益，包括减少碳排放、节约天然资源、治理采空区和减少煤矸石堆存占地等。这使得煤矸石基流态固化土成为一种兼具经济性、实用性和可持续发展潜力的绿色工程材料。有研究表明，使用固体废弃物作为公路基础材料，通过优化配比可以实现机械性能、耐久性和可持续性之间的平衡27。另有研究指出，新型的掺气注浆加固砂砾石和岩石材料，其单位生产成本比传统混凝土和碾压混凝土分别降低18.3%和6.33%28。这些案例均印证了通过材料替代和配合比优化实现显著经济效益的可行性。