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。     

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。     

复配固化/稳定剂处理复合放射性重金属污染底泥: 以信江流域为例

摘 要：目前,国内外对信江河流域的研究仅限于沉积物重金属及核素污染特征研究,对信江流域疏浚后底泥沉积物中重金属的处理研究甚少。因此本文以信江（鹰潭段）底泥沉积物为研究对象,采用三种稳定剂协同硅酸盐水泥固化/稳定化重金属污染底泥,研究一种河流底泥重金属固化/稳定化技术,可以用于河流底泥重金属修复治理工作。通过开展室内无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验,确定了水泥和三种稳定剂的最优配比,并结合固相形貌特征、矿相组成和固化/稳定化前后的重金属形态变化,据此分析底泥重金属Pb、U的固化/稳定化机制。研究表明：本实验条件下,适用于信江（鹰潭段）底泥重金属的最佳硅酸盐水泥复配固化体掺比配方为:水泥30%、磷酸二氢钾1:1 (磷与重金属摩尔比M(P)/M(重))、膨润土5%、粉煤灰5%。复配试剂处理后底泥中Pb、U两种重金属活性态比例降低约30%,该方法有效地限制了底泥中重金属Pb、U的迁移。扫描电镜(Scanning Electron Microscope)和X射线衍射(X-ray Diffraction)分析表明,固化体中主要水化产物为水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(Aft)和膨润土团块体, 三者相互胶结从而起到提高固化体强度和对重金属进行吸附、包覆的作用。本研究阐明了河流底泥重金属固化/稳定化技术的作用机理,并发现该技术对放射性核素也有较好的稳定效果,能为信江流域疏浚底泥工程及其周边场地土壤治理提供参考依据及技术支撑。     

冻融对固化重金属污染土强度特性的影响

通过室内试验模拟现场回填土受到的冻融循环作用,对冻融条件下水泥固化重金属Pb、Cu及Zn污染土的强度特性进行研究,并通过对比分析讨论了冻融循环、重金属掺量、重金属种类等因素对水泥固化重金属污染土的无侧限抗压强度影响。结果表明:冻融循环会降低水泥固化重金属污染土的强度,且随着冻融循环次数的增多及水泥掺量的减少,固化土的强度显著降低。此外,不同重金属离子对冻融条件下固化土强度影响不同,Pb~(2+)影响较小,Cu~(2+)次之,Zn~(2+)对水化反应阻碍最为显著。     

固化夯土材料强度特性与耐久性能试验

随着生态建筑的大力推广,夯土技术被广泛应用.基于改良夯筑方法,针对含有不同黏土矿物的膨润土、高岭土和天然土的夯土试样,开展以水泥和石灰为固化剂的11种不同配比,4种养护龄期(3、7、28、56d)条件下的无侧限抗压强度(un-confined compressive strength,UCS)试验和吸水试验,研究固化夯土材料强度特性以及耐久性能.研究结果表明:随养护龄期的增加,膨润土试样的强度逐渐增强,高岭土试样的强度先增加而后小幅衰减,而对于天然土试样,仅当水泥和石灰等量配比时,其强度先增加而后减小,其余配比条件下,试样强度逐渐增强;对于同一类试样,水泥在试样耐久性和抗风化能力方面相较于石灰表现出更好的固化作用,但石灰含量的变化对试样强度的影响效果各不相同;整体而言,3种试样中高岭土表现出最优的强度和耐久度,其次是天然土,膨润土试样的强度和耐久度最差.进一步对实验结果进行了拟合并得到固化夯土试样无侧限抗压强度增长函数模型,该函数能良好地描述其夯土材料强度增长规律.     

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.     

高含水率疏浚淤泥固化的力学性质试验研究

基于以废治废有效利用大掺量粉煤灰治理淤泥的思路,使用水泥和生石灰作为粉煤灰的激发剂,同时使用高吸水树脂内供水进行固化土内养护,进行固化土无侧限抗压强度试验和含水率试验.水泥加高吸水树脂、水泥加粉煤灰及水泥加生石灰双掺固化试验发现,各掺量下固化土的强度随龄期的增长而增长,在水泥掺入比一定时各种固化材料存在最佳掺量;以此为基础的四种材料的正交试验得出了固化淤泥的最佳的配比组合并分析固化机制,可以为低掺量水泥处理高含水率疏浚淤泥的实际工程提供参考.含水率试验得出粉煤灰和生石灰能快速降低固化土的含水率,高吸水树脂能够延缓固化土含水率的降低,能够通过内供水的方式保证水化反应环境,继而促使水化反应更大程度地进行.     

复合土壤胶结料的性能试验研究

通过大量的室内实验,分析讨论了复合土壤胶结料材料的性能,以及掺量、固化对象、养护条件等因素对材料性能的影响,并对比分析了胶结料固化土和水泥土的抗压强度及微观结构.研究结果表明:复合土壤胶结料与土壤拌合后,发生水化作用并形成具有胶凝性的水化产物使土粒固结,形成板体结构.复合土壤胶结料具有较强的适应性、较高的固结强度和良好的水稳定性.     

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.     

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.     

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.     

MC固化高浓度锌铅镉污染土的浸出和强度特性

为了研究新型固化剂MC处理某高浓度Pb、Zn、Cd污染土的固化稳定化效果,通过开展MC固化污染土室内酸碱度试验、醋酸缓冲溶液法和硫酸硝酸法毒性浸出试验以及无侧限抗压强度试验,研究MC固化污染土的pH值、浸出毒性及强度特性,同时探讨其特性间相互关系,并结合改进BCR多步提取法分析其作用机理.试验结果表明,MC固化土pH值随龄期先快速增长后缓慢降低,其28 d pH值在8.93~9.03间;同时MC能够显著降低污染土的重金属浸出浓度值;MC能有效降低重金属弱酸提取态含量,增加其残渣态含量;MC固化土养护28 d的qu值在620.63~1 004.76 kPa间,显著高于未固化土,且其随固化土pH值增长而增长;而醋酸缓冲溶液法及硫酸硝酸法浸出液pH值与其重金属浸出浓度间呈现良好负相关性;固化土弱酸提取态的重金属提取率显著高于2种毒性浸出方法,且其差异性随MC掺量增加而增大.     

一种自修复固化土的抗拉强度试验

固化土在道路工程上运用广泛,其抗压强度高但抗拉强度低,且易产生干缩裂缝导致强度降低.介绍一种具有强度自修复功能的固化剂,并对其开展抗拉(劈裂)强度试验研究.通过室内试验及电镜扫描试验发现,相较于传统的水泥固化土,添加自修复固化剂后,劈裂强度和水稳定性显著提升.养护3d和7d后破坏,水泥土和自修复固化土均具备一定的劈裂强度自修复能力,养护14 d后破坏,自修复效果大部分来源于自修复固化剂,且自修复强度随自修复固化剂掺量的增加而增加.水泥水化反应生成水化硅酸钙胶体(C-S-H),自修复固化剂中的水性聚合物经固化形成均匀的分子网络结构,两者相互搭接,形成了强度更高、孔隙率更小的交互空间结构.     

固化Zn、Cl污染砂土的强度及浸出特性

为研究新型固化剂固化稳定复合Zn、Cl污染砂土的效果,依托某企业搬迁遗留场地修复工程开展现场中试试验,并结合室内无侧限抗压强度试验、pH测试以及毒性浸出等试验,探讨修复土物理力学、浸出等特性与固化剂成分、养护龄期的变化规律,分析比较了不同固化剂的固化稳定化效果.试验结果表明,固化土干密度较污染素土增加,增幅达11%~12%;固化土强度随养护龄期和固化剂掺量增加而增长,其中28 d龄期6%KMP掺量的固化土无侧限抗压强度较未固化土高6.17倍;掺加固化剂会显著提升污染土pH值,其中掺加GGBS-Mg O的固化土各龄期pH值均略大于掺加KMP的固化土;2种固化剂对Zn、Cl离子的稳定效果有所差别,总体而言,2种固化剂均能有效地稳定土壤中的Zn、Cl离子.     

以碱渣为添加剂水泥固化/稳定化生物脱毒底泥的初步研究

以固化体强度、增容比、浸出液pH值以及重金属浸出率为指标,通过无侧限抗压强度和毒性浸出试验,考察以碱渣为添加剂辅助水泥固化/稳定化处理生物脱毒底泥的效果。结果表明,脱毒底泥经碱渣预调理后（泥渣比=10∶0.8）,在0.2—0.4kg/kg不同水泥掺入量下形成的底泥固化体的无侧限抗压强度均可达140kPa以上（龄期14d）,增容比仅为1.17—1.31,固化体浸出液pH值在11.3—11.7之间,Zn、Cu和Cr等重金属浸出得到明显控制（浸出率均≤2.2%）.与固化前相比,底泥固化体环境风险大大降低,且满足填土材料与填埋处置要求.从固化效率角度考虑,生物脱毒底泥固化/稳定化实际应用中较为合适的水泥掺入量为0.2kg/kg,即碱渣∶水泥∶底泥=6∶17∶77.     

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。     

高含水率软土固化剂材料的性能研究

以上海高含水率的淤泥质粉质黏土为研究对象,通过试验方法分析不同固化剂的固化性能。试验中采用石灰、石膏、矿渣微粉、超细水泥等部分替代水泥以组成不同配比的固化剂,以固化软土的UCS为主要指标,研究不同配比固化剂对高含水率软土早期固化效果和破坏特点。研究结果表明:(1)当高含水率软土中固化剂总掺入比为20%时,超细水泥对固化土的抗压强度性能影响最大;(2)随着超细水泥掺量的增加,固化软土抗压强度逐渐增大,但对于含水率50%的固化土由于二次水化反应的不充分抗压强度增长缓慢,超细水泥掺量存在一定的阈值。     

固化淤泥长期强度和变形特性试验研究

采用INSTRON 5500R 4206-006型微机控制电子万能试验机,对基于水泥、石灰和低钙粉煤灰的固化淤泥进行无侧限抗压强度试验和间接抗拉强度试验,得到标准养护360 d淤泥固化土的应力-应变关系、破坏强度和破坏应变.研究结果表明:固化剂掺入导致固化土破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和抗拉强度明显增大,且破坏模式由塑性破坏逐渐向脆性破坏方向发展;从长期强度和经济成本角度,石灰-低钙粉煤灰固化剂完全可取代同配比水泥-低钙粉煤灰固化剂;淤泥固化土的无侧限抗压强度与抗拉强度之比为10左右;掺加适当配比粉煤灰的设计固化材料可考虑用作低强度交通负载公路路基材料.     

有机污染土固化强度及电阻率特性

为揭示污染物含量及养护龄期对水泥固化有机物污染土的影响,以腐殖酸、风积沙及水泥模拟固化污染土,通过一系列室内试验,分析其无侧限抗压强度及电阻率的变化规律。研究发现：固化污染土电阻率及抗压强度随污染物含量增大而减小,随养护龄期增大而增大;电阻率与污染物含量及养护龄期分别呈良好的三次函数与对数函数关系;固化土抗压强度随电阻率增大而增大,呈现明显的相关关系,利用二次函数拟合,效果较好。可见固化污染土电阻率及无侧限抗压强度与腐殖酸含量的相关性,主要由于腐殖酸有较强吸水性,使得孔隙增加,以及有机物中主要官能团中H⁺与水泥水化反应产物碱性阳离子(Ca²⁺、Al³⁺)进行交换,产物包裹水泥颗粒,抑制水泥水化反应。