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。     

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。     

钢渣-水泥固化Cd污染土的强度特性研究

利用钢渣-水泥胶凝系统固化Cd污染土,通过室内试验,研究不同钢渣-水泥掺量、不同Cd~(2+)浓度以及养护龄期对固化土体的强度及变形的影响。结果表明:1固化土体的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增长,且在7~28 d之间强度增长迅速;2掺入钢渣-水泥后,固化土体的强度显著增长,并在掺量为30%时强度最大,变形较小;3 Cd~(2+)浓度对固化土体也有影响,当Cd~(2+)浓度为0.2%时,固化后土体的强度较之其他浓度大。     

冻融作用下水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构

为了解水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构,以凹凸棒土为外掺剂,通过室内试验的方法研究了冻融循环作用下固化土的无侧限抗压强度、质量损失率及T2谱分布曲线.结果表明:养护28 d后,随外掺剂掺量增加,固化土的强度逐渐降低;随冻融循环次数增加,固化土的强度先增长后降低;掺加外掺剂固化土相比无外掺剂固化土,其强度明显降低;掺加外掺剂、无外掺剂和无苯酚无外掺剂三类固化污染土的累计质量损失率随循环次数的增加而增大,且呈相似的变化规律;在冻融循环3次时,固化土的孔隙减小且孔径变小,冻融循环5次和10次时,固化土的孔隙增加且孔径变大.由此可见,凹凸棒土虽使固化土强度降低,但因特殊的性质,对污染物的固化稳定化效果增强;固化土的强度变化与其内部孔隙和孔径有关.     

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。     

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.     

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.     

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。     

电镀行业污染土固化体无侧限抗压强度演化规律

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 d时的UCS即可满足EPA的推荐值。重金属离子会在养护初期(1 d)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为氢氧化物的沉淀之外,还会使其转化为稳定的化合物。     

冻融作用下固化盐渍土的强度劣化及微观机理研究

为探讨固化硫酸盐渍土在冻融循环作用下的强度劣化机理,采用室内正交试验,考虑冻融循环周期、固化剂掺量、含盐量等影响因素,借助三轴试验、XRD衍射试验及电镜扫描试验。对粉煤灰、氯化钙固化硫酸盐渍土在不同冻融循环周期作用下的强度劣化指标及微观结构演化规律进行了研究。结果表明：(1)冻融循环作用对固化硫酸盐渍土强度劣化影响较大,且对黏聚力影响相较内摩擦角更显著。(2)衍射分析表明固化效果越好,固化剂反应物的低矮峰越多,同时电镜扫描分析也表明土体结构越紧密,强度更优。(3)在处理盐渍土地基时,从抑制盐胀及提高土体耐久性效果来看,单掺氯化钙优于单掺粉煤灰,且复掺优于单掺。不同含盐量的最佳配合比：含盐量为2%时,10%粉煤灰+4%氯化钙;含盐量为5%时,10%粉煤灰+6%氯化钙;含盐量为8%时,15%的粉煤灰+6%的氯化钙。固化后土体的强度指标劣化程度较低。本文从微观角度出发对冻融循环下硫酸盐渍土的强度劣化进行研究,旨在为长期冻融的硫酸盐渍土提出理论依据,以减少不必要的经济损失。     

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。     

碳纤维-水泥基复合材料冻融抗压强度的研究

以普通硅酸盐水泥为基体材料,以碳纤维为功能组分,采用压力成型法制备了碳纤维一水泥基导电复合材料。-20℃和70℃冻融循环25次,研究了碳纤维掺量、成型压力及养护方法对冻融性能的影响。结果表明：碳纤维质量分数掺量为0．2％时有较好的抗冻融能力,10MPa压力成型冻融前强度较高,冻融后期强度下降幅度较大,蒸养条件下,材料抵抗冻融破坏的能力强于水中养护。     

不同水泥掺量下非饱和固化淤泥力学特性试验研究

为明晰非饱和固化淤泥的强度特性,通过不同基质吸力、净围压下的三轴固结排水试验、无侧限抗压强度试验,探讨了水泥掺量、基质吸力和净围压对非饱和固化淤泥强度特性的影响.试验结果表明:固化淤泥的土-水特征曲线在基质吸力小于进气值时饱和度变化并不明显,而基质吸力大于进气值时,随着基质吸力的增大,固化淤泥的饱和度降低,低水泥掺量固化淤泥的土-水特征曲线位于高水泥掺量固化淤泥土-水特征曲线的下方;水泥掺量100 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线表现为应变硬化,剪切时表现为体缩,而水泥掺量200、300 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线均表现为应变软化,水泥掺量越高、净围压越小,应变软化趋势越明显.非饱和固化淤泥的无侧限抗压强度和抗剪强度与水泥掺量和基质吸力有关,水泥掺量越高、基质吸力越大,无侧限抗压强度和抗剪强度越大.不同水泥掺量和基质吸力条件下抗剪强度和无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系.     

离子固化淤泥土的强度特征与破坏模式

为了使废弃的淤泥获得工程价值,提高淤泥土的强度,通过对不同掺量的水泥和离子固化剂的配比,研究固化后淤泥在不同龄期下无侧限抗压强度,分析了水泥掺量和离子固化剂掺量对固化土抗压强度的影响,确定了离子固化剂的最佳掺量,得出了淤泥离子固化土的两种破坏形态。结果表明:淤泥固化土的抗压强度与水泥掺量成明显的线性递增关系,当离子固化剂的掺量达到0.02%时抗压强度不再明显的增加,甚至会降低;离子固化剂固化淤泥土有利于提高早期强度;当6%水泥和0.02%离子固化剂掺量时可达到工程要求,可见淤泥离子固化土的研究具有重要的工程意义。     

水泥基复合固化剂对镉和锌混合污染土的固化试验研究

为了研究水泥基复合固化剂对重金属混合污染土的固化稳定效果及其与单一重金属污染土的固化效果差别,探究锌和镉离子之间是否有协同或拮抗作用,采用水泥、石灰、粉煤灰和蒙脱石等作为复合固化剂,通过开展无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验、X射线衍射分析（XRD）以及电镜扫描分析（SEM）,研究锌镉混合污染土在不同固化剂掺量下的强度特性与浸出毒性、pH值与浸出毒性间的关系、重金属混合污染土与单一重金属污染土的固化效果差异,并通过XRD和SEM分别对固化产物的成分和形貌进行微观分析,进而分析固化机理。试验结果表明：用生石灰、粉煤灰、海泡石、蒙脱土替代等量水泥可使固化产物的强度提高;Zn²⁺与Cd²⁺之间不存在拮抗作用,Cd²⁺的存在还会有助于Zn²⁺的固定;重金属离子的浸出浓度随浸出液pH值的增大而明显降低;固化效果好的样品相较于固化效果差的样品有更多的针状、网状等较为致密的结构。     

电石渣/偏高岭土固化铜污染土淋滤特性试验

针对不同配比的电石渣/偏高岭土固化铜污染土,进行毒性浸出试验(TCLP淋滤试验),分析固化剂掺量对淋滤特性的影响规律,优选确定了电石渣和偏高岭土固化铜污染土的最佳配比,对类似实际工程具有借鉴意义.结果表明,电石渣掺量增加会使浸出液pH增加而Cu~(2+)浓度下降,但当电石渣掺量超过9%以后滤出液的Cu~(2+)浓度则无明显改变;偏高岭土掺量增加会使滤出液pH略微下降,而Cu~(2+)浓度先下降后上升.基于试验结果,优选电石渣掺量为10%、偏高岭土掺量为5%时,地聚合物对2%铜污染土的固化/稳定化效果最好.     

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。     

冻融循环作用下玄武岩纤维混凝土抗压和抗折性能分析

通过掺加纤维的方法可有效改善混凝土在寒冷或者低温地区的冻害情况.基于此,本文通过控制变量法设计了5组不同冻融循环作用次数和4种玄武岩纤维掺量下的正交试验,并以此探究了不同冻融循环作用和不同玄武岩纤维掺量下混凝土的力学性能.研究结果表明：1)掺加玄武岩纤维可有效提高混凝土抗压强度、抗折强度以及抗冻融性能,且当掺量为2 kg/m³时其强度提高幅度最大;2)随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土抗折强度提高率增大,而抗压强度提高率则先增大后减小;3)当玄武岩纤维掺量为2 kg/m³时,不同冻融循环作用下混凝土抗折强度降低率随着冻融次数的增加而增加,抗压强度降低率则不明显.     

考虑3种因素影响的硫氧镁水泥固化土修正邓肯-张模型

为了研究初始含水量(w)、固化剂掺量(Wg)和龄期(T)对硫氧镁水泥固化土力学特性的影响规律,开展不同初始含水量、固化剂掺量和龄期下硫氧镁水泥固化土的不排水三轴试验,并根据试验结果建立邓肯-张模型参数K,c,φ与w,Wg,T关系的经验公式,提出考虑初始含水量、固化剂掺量和龄期影响的硫氧镁水泥固化土的修正邓肯-张模型,通过算例分析验证修正模型的准确性。研究结果表明:硫氧镁水泥固化土的破坏形式主要分为侧向鼓胀破坏和斜向剪切破坏,应力-应变关系主要分为加工硬化型和软化型2种形式。随着初始含水量的减少、固化剂掺量的增大和龄期的增长,硫氧镁水泥固化土的强度和刚度(初始切线模量)显著提高,修正邓肯-张模型准确可靠。     

水泥砂浆固化土抗压强度特性试验

为论证水泥砂浆固化土工程应用的可行性,通过设置不同掺砂量、含水率、砂料粒径和养护龄期条件,对水泥砂浆固化土进行无侧限抗压强度试验.试验结果表明:(a)掺砂可提高水泥砂浆固化土的抗压强度,尤其是早期强度.一定水泥掺入比条件下,当掺砂量处于最优掺砂率(10％左右)时水泥砂浆固化土的强度特性改善幅度最大,掺砂量超过最优掺砂率后水泥砂浆固化土的抗压强度无显著提高.(b)水泥砂浆固化土的抗压强度随原料土含水率的增加而减小,当原料土的含水率较低或养护龄期较短时,水泥砂浆固化土的抗压强度下降幅度均较大,当含水率较高时水泥土掺砂难以达到预期的固化效果.(c)砂料粒径变化对水泥砂浆固化土的抗压强度影响较小,水泥砂浆固化土强度随着粒径的增大略有提高;砂料粒径变化对水泥砂浆固化土变形系数的影响较大,两者近似成正比关系,在实际工程中无需对砂料进行筛分而直接运用即可获得较好的处理效果.(d)水泥砂浆固化土无侧限抗压强度试验的破坏模式多为脆性张裂破坏和塑性剪切破坏.随着养护龄期的延长以及掺砂量的增加,脆性张裂破坏更为显著.