不同活性氧化镁碳化粉土对比试验

通过室内碳化试验研究了氧化镁(MgO)活性对碳化加固粉土物理化学、力学和微观特性的影响,并且将所测强度与水泥固化粉土进行了对比.结果表明,碳化后高活性MgO-A试样温度为58℃,低活性MgO-B试样温度为50℃左右,且MgO-B试样碳化后存在裂缝.碳化试样强度随MgO掺量和碳化时间的增加而增加,在相同条件下MgO-A试样强度高于MgO-B试样强度和28d水泥固化土强度.MgO-A试样密度增加率较大;碳化土pH值随碳化时间的增加而减小,MgO-A碳化土的pH值较MgO-B碳化土低.MgO-A碳化试样产生的棱柱状水碳镁石晶体和片状水菱镁石/球碳镁石数量较多,碳化产物促进试样强度提高和孔隙数量减少.在相同条件下用高活性MgO比低活性MgO更利于粉土的碳化加固.     

碳化对水泥固化铅污染土物理力学特性的影响及其微观机理

水泥固化重金属污染土在服役过程中会受到周围环境的长期物理化学侵蚀,其中二氧化碳碳化作用是影响水泥材料耐久性的一个重要因素.为确保重金属污染场地二次开发利用的安全性,通过室内加速碳化试验研究了碳化作用对水泥固化铅污染土性能的影响规律.人工配制铅污染土,采用水泥固化后进行加速碳化试验,测试碳化后试样的碳化深度、含水率、密度、强度和孔隙溶液pH值等指标,分析碳化作用对固化土各物理力学特性的影响规律,并对比分析碳化与否时固化土的矿物成分和微观结构特征.试验结果表明,固化土的碳化深度与碳化时间平方根呈近似线性关系;碳化反应消耗一定量的水分,生成碳酸钙填充于孔隙,导致碳化后试样的含水率和孔隙率降低,干密度增加;碳化作用还导致孔隙溶液pH值从11～12降低到8～9;碳化后固化土的无侧限抗压强度和变形模量均得到增长,强度增加约6%～40%,试样无侧限抗压强度与基质干密度近似线性相关,变形模量与无侧限抗压强度也呈近似线性关系,变形模量约为无侧限抗压强度的75～100倍.TGA、XRD和SEM试验从矿物成分变化和微观结构特征方面证实了碳化作用后水泥水化产物水化硅酸钙、钙矾石和氢氧化钙等向碳酸钙转化的现象,这也是固化土孔隙率降低和强度增加的主要原因.     

水泥固化铅污染土碳化深度变化规律及预测方法

为评价碳化作用下固化/稳定化的耐久性,人工配制铅污染土,采用水泥固化后进行加速碳化试验,分析水泥固化铅污染土碳化深度和CO2扩散系数的变化规律,并提出了碳化深度的预测方法.试验结果表明:水泥固化铅污染土碳化深度与碳化时间平方根成线性关系;碳化系数随干密度、含水率或水泥掺入量的增加而减小,随着铅质量分数增加略有增大;CO2扩散系数随孔隙比或气隙率的增加而增大,随饱和度的增加而减小.基于非饱和土气体渗透模型,得到CO2扩散系数与气隙率的幂函数经验关系,水泥固化土的气隙率介于0.04～0.36之间,孔隙曲折度参数为1.0.联合CO2扩散系数经验公式和Papadakis碳化模型,可预测水泥固化铅污染土的碳化深度,据此可评价碳化作用下水泥固化重金属污染土的长期耐久性.     

水泥固化铅污染土的碳化机理及碳化度评价

为了探究水泥固化处理重金属污染场地在碳化作用下的微观结构演变规律及碳化度表征指标,选取典型加速碳化7d后的铅污染土试样进行分析.采用X射线衍射、电镜扫描和热重分析等测试方法,分析了碳化作用对矿物成分、铅的赋存形态、孔隙分布特征及孔隙溶液pH值的影响规律.结果表明:固化重金属污染土中Pb主要以硅酸盐、氢氧化物等化学沉淀的形式被固定;碳化作用下水泥水化产物氢氧化钙和水化硅酸钙逐渐转化为摩尔体积更大的CaCO3和含硅凝胶,导致固化土总孔隙体积减小;固化污染土碳化度随试样深度的增大而减小,碳化部分的碳化度介于24％～28％之间,未碳化部分的碳化度介于0～3％之间;碳化度与孔隙溶液pH值成良好的线性关系.测量孔隙溶液pH值可间接评价水泥固化铅污染黏性土的碳化度.     

活性MgO碳化固化土的冻融循环特性试验研究

采用室内三轴碳化装置研究了活性Mg O碳化固化土的冻融耐久性能,对冻融循环作用下碳化固化土的无侧限抗压强度等进行了测试分析,并与水泥固化土进行了试验比较.结果表明:活性Mg O固化粉土碳化3 h试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,粉质黏土碳化24 h试样可达4.5 MPa左右;冻融循环作用下,碳化试样和水泥土试样的密度和干密度基本不变;碳化试样与水泥土试样在冻融循环中的无侧限抗压强度和E50表现出类似的变化趋势,即先略有降低,后又逐渐提高.碳化固化土经6次冻融循环后,其强度由5 MPa左右降低到4.5 MPa左右,而水泥土试样经4次冻融循环后其强度由1.6 MPa降低到1.4 MPa左右,二者均具有较好的抗冻融性能.微观测试分析表明,活性Mg O碳化固化土生成的镁碳酸化合物经冻融循环后没有发生明显变化,但试样内部0.1~1.0μm的孔隙减少,1~30μm的孔隙增加,累计孔隙体积略有增加,这也是导致强度略有降低的原因.     

MgO改性淤泥固化土压缩特性试验

将低碳、环保的活性MgO引入淤泥固化处理,通过一维压缩固结试验开展系列探索性研究。对不同MgO掺量和不同养护龄期的淤泥固化土进行分析。研究结果表明:入掺活性MgO对淤泥固化土的压缩特性具有明显改良作用。随着MgO掺量和养护龄期增加,淤泥固化土压缩性呈逐渐减小趋势,而固结屈服应力逐渐增大;对于所研究淤泥,当MgO掺量为6%时,淤泥压缩性发生突变,由高压缩性土体演变为低压缩性土体。从压缩模量角度研究固化淤泥压缩性状,发现压缩模量随应力演化过程受MgO掺量等因素影响;当MgO掺量达到6%左右时,模量-应力关系曲线出现明显峰值现象;这种现象与土体结构性的形成密切相关,且该发现与淤泥压缩性分析结果相吻合;峰值模量与压缩指数变化趋势大致服从幂函数关系模型。     

碳化作用对固化污染土中铅运移特性的影响

为了研究碳化作用对固化污染土中重金属污染物的溶出机理与运移行为的影响,以铅污染土为研究对象,采用半动态淋滤试验测得污染物溶出质量浓度随淋滤时间的变化规律,计算污染物的扩散系数.结果表明:碳化作用下固化土试样浸出液中铅的溶出质量浓度增大;随淋滤液pH值的降低,铅的溶出质量浓度增大.铅累积溶出量的常用对数与淋滤时间的常用对数之间近似成斜率为0.5的线性关系;碳化试样与未碳化试样的63d铅累积溶出量的比值介于1.13～1.64之间.铅通量的常用对数与归一化平均淋滤时间的常用对数之间近似成斜率为-0.5的线性关系.水泥固化铅污染黏性土中铅的溶出是一个扩散控制的过程;水泥固化土中铅扩散系数的范围为1.4×10-18～2.6×10-14m2/s,碳化作用下固化污染土中铅的扩散系数增大.     

水泥固化重金属污染土的强度及环境特性：试验及数值模拟

为了探究碳化作用下水泥固化/稳定化重金属污染土的强度、环境特性,开展碳化作用下水泥固化污染土在重金属种类、重金属含量、水泥掺量、含水率、养护龄期等条件下的强度试验;并用固化土作地基加固桩,通过COMSOL软件模拟桩体在运营期间Zn~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)的对流-弥散过程。强度试验表明,Pb~(2+)影响较小,而Cu~(2+)和Zn~(2+)延长了水泥水化、初凝和终凝时间,并显著降低强度。重金属含量的减少和水泥掺量的增大,提高了固化污染土的强度。在早期碳化作用中,形成的碳酸盐沉淀具有骨架作用,提高了固化土的强度;后期沉淀附着在水泥水化产物表面,阻碍碳化反应发生,固化土强度降低。模拟结果表明,前期运移速率Pb~(2+)Zn~(2+)Cu~(2+),后期Cu~(2+)Zn~(2+)Pb~(2+)。复合桩体材料使地下水体中污染物浓度显著降低。     

污泥固化土填埋处置中降解规律的研究

污泥固化土中的微生物能够将其中的有机物降解,影响污泥固化土的压缩沉降特性。针对这种问题,开展了7组有机物降解试验,分别从水泥添加量、隔离大气环境、暴露于大气的环境、渗滤液等角度研究污泥固化土的降解规律,获得了有机物降解的动力学模型。结果表明:污泥经固化处理后,其有机物的降解显著降低;水泥添加量相同情况下,有机物在暴露于大气的环境比隔离大气环境中更容易降解;往污泥固化土中添加渗滤液,可以加速有机物的降解。     

渗透型涂层混凝土的抗碳化性能

以水泥基渗透结晶型涂层和有机硅涂层为研究对象,研究了混凝土水灰比、混凝土基材湿润状况和涂层涂刷遍数对渗透型涂层混凝土抗碳化性能的影响规律.结果表明:渗透型涂层能够对混凝土的抗碳化能力起到一定程度的改善作用,且水泥基涂层混凝土的抗碳化效果一般要优于有机硅涂层混凝土;潮湿的混凝土基材对水泥基涂层的抗碳化效果最为有利,而对有机硅涂层的影响较小;随着混凝土水灰比的减小,渗透型涂层对混凝土抗碳化能力的改善程度降低;增加涂层的涂刷遍数对有机硅涂层混凝土的抗碳化能力改善更为有效,对水泥基涂层混凝土则不甚明显.     

粉煤灰混凝土碳化试验研究

随着环境的恶化,空气中的CO_2浓度越来越高,混凝土碳化现象越来越严重,导致混凝土耐久性不断下降,造成巨大的经济损失。通过快速碳化试验,研究了水胶比、水泥用量和粉煤灰掺量这三个指标对粉煤灰混凝土碳化深度的影响,并采用灰关联法分析了三个因素对碳化深度的影响程度。结果表明:随着水胶比和粉煤灰掺量的增大,碳化深度增大;一般情况下,水泥用量越多,碳化深度越小;在混凝土碳化过程中,粉煤灰掺量对碳化深度的影响最大。     

冻融循环下磷酸镁水泥固化铜污染土的淋滤特性研究

将自制磷酸镁水泥用于铜污染土的固化稳定,研究其淋滤特性和微观结构。以磷酸镁水泥固化铜污染土为研究对象,研究冻融循环条件下磷酸镁水泥掺量、初始铜离子浓度等因素对固化后重金属铜污染土的淋滤特性及固化稳定性的影响。结果表明:冻融循环和磷酸镁水泥掺量会影响磷酸镁水泥固化铜污染土的浸出液中铜离子浓度和上清液pH,随着冻融循环次数和铜离子浓度的减少及水泥掺量的增多,铜离子浓度显著降低;浸出液的pH随冻融循环次数的增多而降低,随磷酸镁水泥水泥掺量的增多而提高,随铜离子浓度的增大而降低。最后与扫描电镜试验结果结合解释了水分迁移对固化机制的影响。     

水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法

针对污染土的水泥固化稳定法修复技术,对水泥固化稳定重金属铅污染土的强度预测方法进行了研究.水泥固化含铅污染土强度由室内无侧限抗压强度试验所得,试验所用污染土通过人工制备而成,考虑了1.0×102,1.0×103,1.0×104,3.0×104mg/kg四种质量比和5%,7.5%,10%三种水泥掺量.结果表明:不同龄期水泥固化含铅污染土的无侧限抗压强度间大致呈线性关系,而2个不同水泥掺入比水泥固化含铅污染土的无侧限抗压强度比值与水泥掺入比呈幂函数关系;通过对不同配合比、不同龄期试样强度的进一步拟合分析,得到了根据某一龄期强度预测另一龄期强度的经验公式和根据某一水泥掺量的强度预测另一水泥掺量强度的经验公式,以上公式同时适用于普通水泥固化土和含铅水泥固化污染土.     

再生骨料碳化改性及其减碳贡献分析

利用再生骨料与二氧化碳的碳化反应,可以提升再生骨料的性能,同时固定二氧化碳。阐明了水泥基材料固碳对于碳中和的重要性,总结了再生骨料碳化改性原理。基于菲克定律建立了混凝土服役、拆除后生产再生骨料贮存、再生骨料再利用三阶段固碳模型,并进行了案例分析。基于再生骨料不同的碳化处理方式建立了再生骨料碳化减碳贡献模型,并针对2020~2060年内我国预计产生的再生骨料量,核算了不同固碳方式的减碳效果,结果表明加速碳化方法可释放再生骨料巨大的减碳潜能,是实现再生骨料快速减碳,助力碳中和的重要举措。     

养护围压对固化土固化效果影响的试验研究

固化技术在国内外已有广泛应用,但养护围压对固化土的影响还少有研究.为了探究养护围压对不同种类固化土固化效果的影响,进行了不同养护围压下的无侧限抗压强度试验和标准固结试验.试验结果表明,对于水泥固化淤泥,随着养护围压的增大,固化土的无侧限抗压强度和结构屈服应力都随之增大;对于水泥-石膏固化淤泥,养护围压可以更好地发挥石膏的作用,提升固化效果;对于固化污泥,养护围压对固化污泥固化效果的改善作用并不明显.     

基于相对结构度的水泥固化压实土力学与变形特性研究

由于胶结作用和孔隙结构的影响,结构性土的力学与变形特性显著区别于重塑土.为了解结构性土的特性,采用人工制备水泥固化压实土,并通过固结试验和固结排水剪切试验对其相对结构度及其衰变规律展开研究.详细分析了胶结作用和初始孔隙比对水泥固化压实土压缩特性与剪切特性的影响,并根据压缩试验结果建立了适用于水泥固化压实土的相对结构度发展式,最后采用所提出的相对结构度发展式对水泥固化压实土的剪切特性进行分析.研究结果表明,相对结构度的衰变速率随着水泥掺量的增大而减小,但初始孔隙比并不影响水泥固化压实土变形过程中相对结构度随塑性体应变的衰变速率;水泥固化压实土的峰值应力与相对结构度有关,并随着相对结构度的降低而减小.     

水分对钢渣碳化的影响

应用加速碳化技术处理钢渣,固化储存温室气体二氧化碳,通过SEM-EDS,XRD,DTA-TG等测试手段,研究分析水分对钢渣碳化的影响及原因,阐述碳化反应的部分机理,并最终确定出钢渣微粉、钢渣粗粉及钢渣粗颗粒的最佳碳化水分掺加量分别为w=9.75%、w=8.35%和w=6.20%.由此钢渣微粉制备出碳化增重率10.79%,强度40.81MPa,安定性合格的碳化钢渣试样.     

原位固化/稳定污染土不同深度下强度和浸出特性

采用原位固化/稳定化技术处理Yorkshire郡的重金属及有机物复合污染土.使用的材料包括水泥、粉煤灰、氧化镁及改性黏土等,选取固化/稳定化1.5年后的试样开展了无侧限抗压强度和浸出试验,研究了场地深度对固化/稳定化复合污染土的强度和浸出特性的影响.研究结果表明,各组分固化剂处理的污染土的无侧限抗压强度均满足英国设计规范限值,场地深度对修复后污染土强度的影响微弱;而浸出结果表明Cu,Zn和Pb均达到英国饮用水标准,部分Ni不达标;通过对比不同固化剂的处理效果发现改性黏土修复Ni效果好,但是其处理大分子有机物的能力未达预期.     

混凝土综合碳化速率系数模型与服役寿命分析

为准确分析混凝土结构的碳化耐久性,提出了综合碳化速率系数的基本模型。通过综合考虑环境因素、二氧化碳的扩散系数随时间衰减特性及材料配合比参数等,收集标准实验条件下混凝土配合比参数与碳化速率系数数据,基于相关系数法和最小二乘法建立了混凝土标准碳化速率系数的多因素预测模型,并据此建立了基于综合碳化速率系数的混凝土碳化耐久性服役寿命预测方法。     

混凝土碳化因素及预防措施

混凝土碳化是影响混凝土耐久性的主要因素之一,碳化进行的速度和程度受诸多因素的影响,其中主要有环境中CO2的浓度、施工质量及养护方法、外界环境温湿度、水泥品种及用量、水灰比、集料品种等。我们可以通过优化配比、严格控制施工质量、重视混凝土养护条件等方式方法来尽可能的避免混凝土碳化的发生和发展。