固化重金属铜镉污染底泥渗透特性试验研究

采用固化剂对含复合重金属铜镉污染底泥进行固化处理,对其渗透特性进行了研究。结果表明:在渗透液pH相同的条件下,重金属渗出量随着养护龄期的增加而减少;在相同的养护龄期条件下,Cu~(2+)在酸性条件下的渗出量大于在中性条件下的渗出量;Cd~(2+)在C—S—H凝胶固化中与HCO_3~-作用生成难溶于酸的Cd(HCO_3)_2化合物,使其渗出量较少。研究了不同污染物掺量对渗透系数k与污染物渗出总量的影响,得到Cu~(2+)掺量的质量分数小于等于0.75%,Cd~(2+)掺量的质量分数小于等于0.225%时,试样渗透系数k与污染物渗出总量同污染物掺量呈正相关;Cu~(2+)掺量的质量分数大于0.75%,Cd~(2+)掺量的质量分数大于0.225%时,其渗透系数k随着污染物掺量的增加反而减小。并通过扫描电镜分析了不同的污染物浓度对试样微观结构的影响,随着重金属浓度的提高,结构表面形成蜂窝状的重金属水化产物。     

偏高岭土-水泥固化Cd污染土的工程特性

采用偏高岭土-水泥体系对Cd污染土固化/稳定处理。通过无侧限抗压强度试验和毒性浸出试验,探讨Cd2+含量和偏高岭土掺量对固化污染土强度和浸出特性的影响。结果表明:固化土体的无侧限抗压强度随着养护龄期的增加而呈不同程度的对数增长趋势;掺加偏高岭土后,固化土体随着Cd2+含量的增加,强度逐渐减小,无明显临界效应;各种Cd2+含量下,偏高岭土的掺入对固化土体的强度均有提高,且掺量达到2%时出现峰值;毒性浸出试验结果表明掺入偏高岭土对污染土中Cd2+具有更优异固化稳定效果;无论从固化效果还是从经济性出发,偏高岭土的最佳掺量均在2%左右,且可适当减少固化剂用量。     

磷酸镁水泥固化铜污染土的工程特性

为研究不同水泥固化重金属污染土的处理效果和工程特性,取掺重金属铜的高岭土作为研究对象,考虑磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)掺量、养护龄期、初始铜离子浓度三种因素,研究了MPC固化后重金属铜污染土的固化效果及特性.基于无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,分析了三种因素对固化铜污染土的强度和微观结构的影响,并得到固化土抗压强度与内部孔隙所占百分比之间的关系.无侧限强度试验结果表明,MPC固化铜污染土的效果显著;随着MPC掺量的增多和养护龄期的增长,固化土的抗压强度增大;随着初始铜离子浓度的增大,固化土的抗压强度减小,且当污染土中铜离子浓度过高时,固化效果降低.微观试验结果表明,固化过程中既有物理包覆又有化学反应,随着MPC掺量的增多、养护龄期的增长,固化土的孔隙百分比降低,结构变得更加致密,随着初始铜离子浓度的增大,孔隙所占百分比增大,土体结构变得疏松,固化土体强度降低.     

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。     

水泥固化锌污染黄土力学特性试验研究

聚焦于重金属污染黄土而劣化的实际工程问题,探究水泥固化重金属污染黄土的强度、应力-应变特性,以水泥固化锌离子污染黄土为研究对象,考虑水泥掺量和养护龄期的影响,进行无侧限抗压强度的系列试验,分析其应力-应变曲线、无侧限抗压强度、破坏应变、变形模量的变化规律,进而构建水泥固化锌离子污染黄土在无侧限条件下的应力-应变本构模型。研究表明,经水泥固化后的锌离子污染黄土应力-应变曲线为强软化型,试样呈脆性破坏,可分为弹性、弹塑性、应力下降、残余稳定4个阶段;随着养护龄期、水泥掺量的增加,无侧限抗压强度增大,破坏应变基本呈现减小趋势;变形模量与无侧限抗压强度呈现非线性关系;构建的考虑养护龄期、水泥掺量影响的应力-应变本构模型,可准确描述水泥固化锌离子污染黄土单轴压力下的变形全过程。     

掺加钢渣的半刚性基层材料性能

为了实现固体废弃物钢渣在半刚性基层材料中的合理利用,首先选用C-B-3型骨架密实型级配进行击实试验,根据7 d无侧限抗压强度结果优选出适宜的水泥掺量和钢渣掺量组合。其次,对优选组合的混合料进行了无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量以及抗收缩和抗冲刷性能测试。最后,分析不同养护龄期下水泥掺量和钢渣掺量对基层材料性能的影响,揭示水泥和钢渣在基层材料中的强度形成机理。研究结果表明:水泥掺量一定时,钢渣基层材料无侧限抗压强度随钢渣掺量的增加呈现先增大后减小的趋势。水泥掺量(质量分数,下同)为5%时,与未掺钢渣基层材料相比,养护7、14、28 d的45%钢渣掺量基层材料抗压强度分别提高6.8%、9.6%、6.0%;65%钢渣掺量基层材料则分别提高11.3%、15.4%、12.1%。5%水泥掺量下,养护28 d的45%和65%钢渣掺量基层混合料较未掺钢渣基层混合料冲刷质量损失率减小0.031%和0.046%;6%水泥掺量下则分别减小0.034%和0.041%。5%水泥掺量下,65%钢渣掺量的混合料较未掺钢渣时干缩系数减小52.4%,温缩系数提高26.9%;6%水泥掺量下则分别减小49.4%和提高31.6%。因此,在合理掺量下,钢渣基层力学性能和抗冲刷性能明显优于普通水泥稳定碎石,钢渣在一定程度上可改善基层材料的抗干燥收缩性能,但却不利于抗温度收缩性能。     

干湿循环条件下碱渣-钢渣-电石渣固化疏浚淤泥的强度性质

为扩展固体废弃物的资源化利用途径,以碱渣和钢渣作为固化剂、电石渣作为激发剂,对高含水率疏浚淤泥固化处理,研究固化淤泥在干湿循环条件下的强度性质。正交试验表明,碱渣对固化淤泥强度的影响随养护龄期的增加而增强,固化污泥养护28 d时,碱渣对强度的影响显著,而钢渣和电石渣对强度的影响不显著。在干湿循环条件下,固化剂掺量较少的试样在第3次浸水时破坏;其他试样经5次干湿循环整体仍完整,1次干湿循环使固化淤泥的强度降低约1/2,后续干湿循环对强度的影响不大;增加固化剂掺量有助于提高固化淤泥的干湿循环耐久性。固化淤泥的水化产物主要有水钙沸石和钙钒石,钙钒石随养护龄期和固化剂掺量的增加而减少。与碱渣-矿渣-电石渣固化淤泥相比,碱渣-钢渣-电石渣固化淤泥中胶结力较强的水化产物偏少,而钙钒石具有膨胀性,使试样端部破损形成薄弱带,故后者的强度较低和干湿循环耐久性较差,但仍能满足对强度要求较低的一般填土工程的需要。     

龄期及水泥掺量对水泥稳定风化砂抗剪指标的影响

文章以湖北省宜昌市的风化砂为研究对象,在风化砂中掺入不同用量的水泥,在不同养护龄期7、14、21、28d后进行标准直接剪切试验,研究了不同养护龄期以及不同水泥掺量对水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响规律。室内试验研究表明:水泥可以显著提高风化砂的抗剪强度;在相同的龄期状态下,水泥稳定风化砂的黏聚力随着水泥掺量的增加而迅速增大,内摩擦角随着水泥掺量的增加先增大后减小;在相同的水泥掺量下,水泥稳定风化砂的黏聚力随着龄期的增长缓慢增大,内摩擦角随龄期的增加逐渐增大,速度先快后慢;增加水泥稳定风化砂的养护龄期,也可以提高其抗剪强度。     

碱渣固化铅污染土淋滤特性试验研究

以人工制备的铅污染土为研究对象,选用碱渣作为固化剂,利用毒性浸出试验(Toxicity characteristic leaching procedure)评价了碱渣固化/稳定铅污染土的修复效果.通过分析Pb2+初始浓度、碱渣掺量及养护龄期对浸出液中Pb2+质量浓度及pH值的影响,探讨了碱渣固化土体中Pb2+的滤出特性.试验结果表明,增加土体中Pb2+含量可导致Pb2+滤出质量浓度增大,而增加碱渣掺量和养护龄期可有效降低浸出液中Pb2+质量浓度.此外,浸出液pH值的变化主要受碱渣掺量和养护龄期的影响.     

矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥稳定粉土的强度及固化机理

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循环强度试验探究固化剂掺量和养护龄期对固化粉土强度的影响规律,确定固化剂的最优掺量;其次,针对最优固化剂掺量的固化粉土,开展不同龄期固化粉土的渗透性试验,同时结合核磁共振测试、矿物成分分析以及电镜扫描,揭示固化粉土的矿物成分及微观结构的演化规律。研究结果表明：矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥固化粉土的最优掺量为干燥粉土质量的10%;固化粉土的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石晶体(AFt);水化产物的粒间胶结和填充作用使土颗粒间形成致密结构,增强了固化粉土的力学强度、水稳性和抗渗性能。     

电镀行业污染土固化体无侧限抗压强度演化规律研究

电镀行业在生产过程中会对周边区域的土壤造成严重的重金属污染。以电镀行业重金属复合污染土壤为研究对象,选用水泥作为固化/稳定化胶凝材料对污染土进行固化稳定化处理,以污染土固化体的无侧限抗压强度(UCS)为目标,通过对固化材料配比的优化,在实验室中对不同养护龄期重金属污染土固化体的UCS进行了测试,并通过X射线衍射分析,探讨了重金属对固化体强度的影响及水泥对重金属的稳定化机理。结果表明：材料配比优化后的重金属污染土固化体在养护3天时的UCS即可满足EPA的推荐值;重金属离子会在养护初期(1天)对水泥的水化形成明显的阻滞作用,从而使固化体在养护初期的UCS显著降低;此外,重金属离子会使水泥的水化向次级反应进行,生成强度较低的钙钒石,并降低固化体在整个养护期内的UCS;水泥的水化反应对于重金属Pb的稳定化作用除了会使其转化氢氧化物的沉淀之外,还会使其转化为稳定的化合物。     

水泥固化重金属污染膨胀土物理性质试验研究

重金属污染对生态环境和工程安全均造成严重不利影响,而对重金属污染膨胀土的固化研究还处于初级阶段。采用南阳地区膨胀土,通过室内添加硝酸铅和硝酸镉溶液分别配制3种不同浓度的重金属污染膨胀土,并采用水泥进行固化。在不同的水泥固化剂掺量下,对固化的重金属污染膨胀土进行击实、液塑限和自由膨胀率试验研究。比较分析干密度、自由膨胀率和液塑限随重金属浓度、水泥掺量的变化规律。试验表明,随着重金属Pb、Cd浓度的增加,污染膨胀土的干密度和自由膨胀率增大,而液塑限降低;掺入水泥后,污染膨胀土的干密度和自由膨胀率随着水泥掺量的增加而降低,液塑限提高,并且水泥对铅污染膨胀土的固化效果优于镉污染膨胀土。     

固化/稳定化重金属污染土力学及浸出特性试验研究

为解决传统固化剂在固化/稳定化法处理重金属复合污染土和重度污染土方面存在的不足,研发了一种新型固化剂。以人工制备的Pb、Cd、Cu复合重金属污染土壤为研究对象,开展了室内无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验。在此基础上分析了固化体力学特性、浸出特性等随养护龄期、污染土粒径、重金属污染水平的变化规律。以某金矿区三处重金属污染土壤为治理对象,开展了相关测试,验证了新型固化剂对于重金属污染土的固化效果。研究表明：新型固化剂对于复合重金属污染土和重度污染土的效果较好;固化体无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增大,随重金属污染水平、污染土粒径的增加而降低,固化体强度达17.35-33.45 MPa,均能满足固废填埋标准及建筑材料强度要求;重金属浸出浓度随养护龄期的增加而降低,随着污染土粒径和污染水平的增加而增加,浸出浓度均远低于（<0.1%）浸出安全标准限值,固化率>99.99%。所研发的高效重金属污染土固化剂,可用于重金属污染场地的固化修复及资源化利用。     

水泥—磷尾渣复合材料修复铅、镉污染土壤的再溶出特性研究

为了解决Pb、Cd污染土壤修复难的问题,选用水泥—磷尾渣对Pb、Cd污染土壤进行修复处理.利用短期溶出试验(醋酸溶出法、硫酸—硝酸溶出法)和长期溶出试验(半动态溶出试验)评估了水泥—磷尾渣修复后Pb、Cd污染土壤的再溶出特性.结果表明：水泥—磷尾渣对Pb、Cd有极好的固定效果,可大幅度降低污染土壤中Pb、Cd的溶出特性.醋酸溶出试验和硫酸—硝酸溶出试验结果表明水泥—磷尾渣修复后污染土壤具有较强的耐侵蚀能力,且当水泥—磷尾渣组分比为9.4∶0.6时,Pb、Cd的醋酸溶出浓度和硫酸—硝酸溶出浓度均低于我国地表水Ⅴ类标准值,当水泥—磷尾渣组分比为9∶1时,Pb、Cd的醋酸溶出浓度和硫酸—硝酸溶出浓度均低于我国地表水Ⅱ类标准值.半动态溶出试验结果表明：水泥—磷尾渣修复后污染土壤Pb、Cd长期溶出风险较低,在半动态试验周期内Pb、Cd最大溶出浓度均低于我国地表水Ⅳ类标准值.水泥修复Pb、Cd污染土壤具备进行二次利用的潜力.     

一般工业固废复合固化重金属污染土的力学及电化学性能

针对中国一般工业固废大量堆存问题,以工业固体废物赤泥、电石渣和磷石膏的有效利用为导向,以处理铜污染土为目的,制备复合固化剂并对铜离子污染土进行固化处理。通过研究固化土的无侧限抗压强度性能,对比分析了纯水泥固化剂与添加工业固废复合固化剂对铜污染土的固化效果。通过研究固化土的电化学阻抗谱特性,建立了固化土的等效电路模型,并着重从物理力学性能和微观结构特性揭示工业固体废物之间的相互作用效果及其对铜污染土的固化机理。结果表明：固化土的无侧限抗压强度均随龄期逐渐增大,且固化土的浸出毒性均满足国家相关标准要求。在一般工业固废作用下,固化土强度高于相应纯水泥固化土。固化土电化学Nyquist曲线在高频区随养护龄期增加逐渐出现容抗弧,且其半径逐渐增大;低频区为斜直线,且斜率随养护龄期逐渐增大。此外,固化土的强度与电化学参数R_ct1之间存在良好线性关系,可采用R_ct1对固化土强度的发展进行无损预测。借助微观测试手段发现固化土在养护过程中生成了凝胶物质和针状物质,水化产物的生成是固化土强度发展的主要缘由,且其对铜离子有一定的吸附、包裹和离子置换作用。     

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。     

压实时间对固化土强度影响试验

以固化土压实时间、水泥掺量和养护龄期为控制变量,通过无侧限抗压强度试验研究上述变量对固化土强度的影响。结果表明:压实时间过长一方面使得固化土便于压实,另一方面又会损失压实时间内的胶结强度;对其进行机理分析,发现重塑固化土强度与试样干密度相关,并通过试验数据拟合出线性公式。建议固化土拌和后应尽早使用,以求更好地发挥水泥的胶结作用,否则必须提高其压实度,才能达到设计要求。     

赤泥的掺入对水泥土电阻率与强度性能的影响

通过在水泥固化土中掺入不同量的赤泥来研究赤泥的固化效果和固化过程中土体的微观结构变化,分别测试固化土的电阻率和无侧限抗压强度。通过在水泥土中掺入不同量的赤泥,制备成不同赤泥掺量的固化土试样,测试不同电流频率和养护龄期下的固化土电阻率,分析固化过程中土体的微观结构变化;同时测试了不同养护龄期下固化土无侧限抗压强度,分析赤泥在水泥土中的固化效果;并且找出了最佳的赤泥掺入量,可供从事利用赤泥固化土研究的相关人员借鉴参考。     

粉煤灰水泥土力学特性试验研究

针对上海苏州河区域的软土特点,将粉煤灰和水泥作为固化材料加固饱和软黏土,研究粉煤灰对水泥土力学特性的影响.通过无侧限抗压强度试验,研究了不同粉煤灰掺量、水泥掺量以及不同龄期对水泥土强度和变形特性的影响;通过Matlab数据拟合,提出了水泥粉煤灰固化土的强度预测方法.随着龄期的增长和粉煤灰掺量的增加,固化土的应力应变关系由塑性破坏转变成脆性破坏.当粉煤灰掺量过高时,水泥土中易发生耦合反应,影响固化效果.因此,水泥掺量与粉煤灰掺量比例为1∶1,且粉煤灰最佳掺量为14%~18%.