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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

土壤有机质对铅污染土固稳特性的影响规律及微观机理

为了研究有机质对水泥固稳铅污染土特性的影响规律及其作用机制,开展了不同有机质含量(0%,0.5%,1%,2%,5%)铅污染土的固稳试验.通过无侧限抗压强度、渗透和溶出特性试验,探讨了有机质对水泥固稳铅污染土特性的影响规律.结果表明,随着有机质含量的增加,固化土的渗透性和浸出液pH增大,而抗压强度和铅浸出质量浓度降低.通过扫描电镜试验和压汞试验分析了有机质对铅污染土固稳特性影响的微观机制.结果表明,有机质通过阻滞水泥水化反应而使固化土胶结程度减弱,固化土的孔隙增大,渗透性增大且抗压强度降低.重金属与有机质发生络合等化学作用,改变了重金属的赋存形态,降低了重金属的迁移性,这是固化土中铅溶出质量浓度降低的本质原因     

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。     

GLP对混凝土微观结构及抗碳化性能影响机理

本文研究磨细石灰石粉(Ground Limestone Powder,GLP)等量替代水泥对混凝土微观结构及抗碳化性能的影响机理。通过pH值试验测试了不同GLP用量的混凝土浆体内部孔隙溶液碱储备量,采用压汞试验(MIP)分析了GLP混凝土内浆体水化产物孔结构分布特征,并对GLP混凝土进行碳化试验。结果表明:GLP等量替代水泥,会影响混凝土浆体内部孔隙溶液的pH值,GLP用量越多,孔隙溶液pH值越低,单位体积混凝土碱储备量的减小削弱了混凝土的抗碳化能力。GLP等量替代水泥改变了混凝土浆体内部孔级配分布特征,50~200nm级有害孔孔隙率及其分孔隙百分率显著增大,浆体的总孔隙率明显增大,进一步弱化了混凝土的抗碳化能力。可通过增大GLP比表面积或降低混凝土水胶比提高混凝土抗碳化能力。     

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.     

不同矿物掺合料对轻骨料混凝土抗碳化性能的影响

利用Ⅱ级粉煤灰、超细粉煤灰、磨细矿粉以及钢渣粉等量取代水泥,制备了轻骨料混凝土．并采用加速碳化试验和混凝土孔溶液pH值测试技术,研究了其碳化特性,分析了不同矿物掺合料对轻骨料混凝土抗碳化性能的影响机制．研究结果表明,掺II级粉煤灰和钢渣粉的试样各龄期碳化深度均高于基准样,且不同深度处的混凝土孔溶液pH值也低于基准样;而...