水泥固化/稳定化场地污染土的效果分析

针对目前原位固化/稳定化技术的长效性以及不同污染场地对固化/稳定化处理效果影响的不确定性,通过对比水泥-粉煤灰固化剂处理的污染土在不同固化剂配比下的强度、pH和重金属的浸出随时间的变化情况,研究对比了其在英国两个实际场地修复项目之间的处理效果。涉及的两个污染场地分别位于英国的密德萨斯地区和Castleford,Yorkshire地区,均不同程度地被重金属(Cu、Ni等)和有机物所污染。通过实测现场固化污染土不同时间点的无侧限抗压强度和两种标准(TCLP和BSEN 12457)下的浸出液污染物浓度,给出了两个项目中水泥-粉煤灰固化污染土的强度和pH随时间变化的曲线;计算得出了不同时间点Cu和Ni的固定效率。现场试验结果表明,两种重金属在所有水泥-粉煤灰固化污染土0.08~17 a间的时间点上的固定效率均超过99.4%;最后,通过比较两个项目中在不同时间点所测得的强度、浸出等数据,验证了水泥固化污染土在工程实例中长达17 a的有效性。     

重金属污染土固化/稳定化研究进展

随着我国对于城市发展定位与发展规划的重新调整,工厂的迁离遗留了大量的重金属污染场地。国家近年相关政策动作不断,显示了对于土壤污染的重视和防治土壤污染的决心。污染土的修复改良处理是一种积极主动的处理方法,在土壤修复改良技术中固化/稳定法既可提高土体强度,又可降低重金属离子的溶出,是重金属污染场地修复处理技术中应用最广泛的方法之一。固化/稳定化材料种类繁多,并通过不同的固化机理作用于污染土体。本文归纳了以往学者的相关研究进展,论述了固化污染土的无侧限抗压强度和重金属浸出浓度的影响因素并介绍了国内外大型污染场地修复案例。     

有机物污染场地浅层异位固化稳定化试验研究

以某化工企业有机物污染浅层土为对象,应用4种固化药剂进行固化稳定化修复对比研究。通过现场异位固化稳定化结合室内无侧限抗压强度、毒性浸出等试验,讨论了固化剂组份、龄期对其物理力学性质和浸出特性影响,并对比分析了其固化稳定化效果及机理。结果表明:随着养护时间增长,修复土p H值、毒性浸出溶液的有机物浓度降低,其中pH值由0 d的12.76~13.11降至28 d时的12.11~12.69,而有机物浸出浓度14d降幅在65%~100%间;干密度及无侧限抗压强度qu则稳步提高,其中干密度28 d增幅达14.4%~23.2%,而强度最大增加到122 k Pa。固化剂3和4修复污染土干密度较大,28 d密度超过1.37 g/cm~3,密实作用明显;添加固化剂会立即显著增大污染土pH值,其中固化剂4(电石渣+凹凸棒土)各龄期pH值明显大于其他剂型;各固化剂对不同有机污染物的稳定效果有所差别,但均能有效固化稳定化苯胺、2-氯酚、萘、苯、甲苯、邻-二甲苯;就污染物总体固化稳定化效果而言,含活性炭组分的固化剂1效果最为突出,其总稳定率接近100%;含水泥组分的固化剂2,3对土体的增强作用较好,其28 d强度可达109 k Pa以上。相较其他药剂,固化剂4在成本、能耗及污染物排放方面表现最优,且能较好满足场地修复对有机物稳定率及强度的要求,综合效果最佳,为优选的最佳剂型。     

SPB和SPC固化稳定化镍锌污染土的强度及环境特性研究

以某汽配厂搬迁遗留电镀车间的镍(Ni)、锌(Zn)复合污染土为研究对象,研究2种新型固化剂SPB和SPC固化稳定化污染土的强度及环境安全特性。通过室内试验研究2种固化剂修复污染土的无侧限抗压强度(qu)、干密度(rd)、酸碱度(pH)、酸缓冲能力(ANC)及重金属浸出毒性、重金属形态分布等参数随固化剂掺量和养护龄期的变化规律。室内试验结果表明,污染土经固化剂SPB和SPC处理后q_u和rd显著提高,相同固化剂掺量、反应稳定(28 d)后,SPC固化土qu略高于SPB固化土,2种固化土rd基本相同;固化剂SPB和SPC使活性形态重金属转化为较稳定形态,重金属浸出浓度显著降低,但2种固化剂对重金属的固化稳定化效果存在差异,固化剂SPC固化稳定化Ni的效果优于固化剂SPB,而固化剂SPB固化稳定化Zn的效果更优;固化土pH显著提高,其中固化剂掺量10%、反应稳定后,SPB和SPC固化土pH分别为9.51和9.07;SPB和SPC固化土ANC均显著提高。另外,小试试验结果表明,SPC固化土pH低于PC固化土;固化剂SPC在短期养护(7 d)的固化效果优于PC。研究结果可以为固化剂SPB和SPC在实际工程的现场应用提供参考和建议。     

磷酸镁水泥固化铜污染土的冻融稳定性研究

为研究重金属污染土的固化强度和长期稳定性,以磷酸镁水泥固化铜污染土为研究对象,进行基于冻融循环次数、磷酸镁水泥掺量、铜离子浓度等因素的强度和扫描电镜试验,给出冻融循环作用下固化铜污染土的无侧限抗压强度特征以及微观机制。研究表明:随着冻融循环次数增多、铜离子浓度的提高及磷酸镁水泥掺量的减少,固化土的无侧限抗压强度逐渐降低。3和12次冻融循环下固化污染土的无侧限抗压强度降低率最小,无侧限抗压强度降低率在冻融循环次数为6～9次时达到峰值。磷酸镁水泥固化低浓度重金属铜污染土的抗冻稳定效果显著,随金属离子浓度的增加固化土的冻融稳定性能降低。基于扫描电镜试验得到固化污染土的微观孔隙结构,当铜离子浓度0.5%且冻融6次时,磷酸镁水泥掺量从5%到20%,微观统计孔隙所占百分比减小17.43%,验证了强度变化机制。研究成果为我国冻土地区的重金属污染场地固化处理的长期稳定性评价提供参考,具有理论指导意义和工程应用价值。     

低碳固化剂修复重金属污染黏土的水动力参数测评

低碳修复剂研发与修复污染土的安全利用是推行污染场地绿色可持续修复的有效途径。以新型低碳钢渣基固化剂修复重金属镍（Ni）、锌（Zn）污染土为研究对象,通过柱状柔性壁渗透试验,采用溶质浸出质量比法测评了污染土修复前后的土水动力弥散系数。结果表明：固化土样渗透液重金属浓度显著低于污染土样,满足IV类地下水环境质量要求;与污染土相比,固化土的水动力弥散系数降低约2个数量级。研究成果为新型低碳钢渣基固化剂的固化稳定化效果评价及固化土作为土工材料安全性评估提供指导。     

碱激发粉煤灰固化/稳定化铬污染土壤的研究

通过无侧限抗压强度和铬浸出毒性试验,研究了碱激发粉煤灰胶凝材料与FeCl_2对铬污染土壤(CCS)的固化/稳定化效果。结果表明:随碱激发粉煤灰掺量增加,CCS固化体强度提高,Cr~(6+)和总Cr浸出浓度则下降,但仍保留较高的浓度;FeCl_2显著降低CCS的Cr~(6+)和总Cr浸出浓度。碱激发粉煤灰胶凝材料和FeCl_2复合固化/稳定化CCS,可使CCS同时具有较高的强度和较低铬浸出浓度,28 d无侧限抗压强度近10 MPa,Cr~(6+)和总Cr浸出浓度低至0.5、1.0 mg/L以下,是一种潜在的资源化利用CCS的方法。     

矿渣与水泥固化广州南沙软土试验研究

利用矿渣与水泥混合固化剂对广州南沙软土进行固化处理。通过直剪试验、无侧限抗压试验对固化土样进行了力学性能研究,得出固化土体的内摩擦角、黏聚力、无侧限抗压强度随固化剂中矿渣掺入比及龄期的变化关系。通过电子显微镜观测和X射线衍射技术研究不同配比下固化土样的矿物组成及微观结构特征。研究结果表明:固化土的内摩擦角、黏聚力和无侧限抗压强度均随矿渣占固化剂比例的增大而增大,其中黏聚力增长最明显;混合固化剂的最优配比为矿渣占固化剂比例为60%;矿渣占固化剂比例越高,固化土的后期强度增长越快。这与加固土体的微观结构和矿物组成成分中的水化产物有关。     

佛山市汾江河疏浚淤泥固化试验研究

汾江河疏浚淤泥的含水率和有机质含量均较高,为了使其达到填埋要求,研究了水泥、石灰和高炉矿渣的单一或组合固化效果.结果表明,随着固化时间的延长,固化淤泥的含水率降低,无侧限抗压强度(UCS)升高;当采用单一固化材料时,水泥和石灰对淤泥的固化效果显著,而高炉矿渣的固化效果不明显;当水泥和石灰的掺入量均为5％、高炉矿渣的掺入量为15％～20％时,固化淤泥的含水率及无侧限抗压强度能达到填埋要求.另外,通过测定浸出液中的重金属浓度发现,水泥、石灰和高炉矿渣复合固化剂对淤泥中的重金属具有一定的固定效果.     

赤泥基固化剂固化/稳定铅锌镉污染土的强度及浸出特性研究

采用赤泥–磷石膏–水泥(RPPC)、赤泥–磷石膏–生石灰(RPCA)两种赤泥基固化剂以及普通水泥(PC)对人工制备的铅、锌、镉污染土进行固化/稳定化,进一步优化赤泥基固化剂的配比。对养护7和28d后的试样开展无侧限抗压强度、毒性浸出试验和pH梯度试验。研究发现,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,赤泥基固化剂固化样的无侧限抗压强度逐渐增加,且强度间差值逐渐增加。三种固化剂的固化样浸出液pH值均分布在7～9范围内。28 d养护龄期后,15%掺量的赤泥基固化剂均有较好的强度和固化效果。相较而言,RPPC固化剂比RPCA固化剂具有更好的固化/稳定化效果,其无侧限抗压强度较高,重金属浸出浓度较低。pH梯度试验结果表明,pH=8时RPPC固化样的重金属浸出浓度最低。不同的浸提剂pH值下,浸出浓度仍满足随掺量增加而增加的趋势。     

水泥加固酸污染土无侧限强度特征

污染土是利用水泥固化处理后,土体的强度得到提高。针对该项技术,采用水泥固化法处理酸污染土,通过两种试验方案,对水泥加固酸污染土的无侧限抗压强度特性进行研究。试验所用酸污染土用浓硫酸配置人工制备而成,并考虑了不同水泥掺量、不同硫酸浓度和不同龄期对水泥加固酸污染土强度的影响。试验表明:水泥固化酸污染土的强度与水泥掺量和硫酸含量有密切关系,二者共同作用决定其强度的变化。在一定硫酸浓度(2~16g/kg)条件下,伴随硫酸含量的升高,水泥掺量较低时,无侧限抗压强度整体呈明显下降的趋势;水泥掺量较高时,无侧限抗压强度呈缓慢上升的趋势。随着水泥掺量提高,土样的无侧限抗压强度达到峰值时所对应的硫酸含量也逐渐变大。     

矿渣-粉煤灰-金矿渣基地聚物固化湖区软土的强度试验研究

针对湖区软弱土特殊的工况,拟采用矿渣-粉煤灰-金矿渣基地聚物替代水泥作为新型绿色固化剂处治湖区软土.通过固化剂掺量、矿渣-粉煤灰-金矿渣比例、养护龄期等因素对地聚物固化土无侧限抗压强度的影响展开研究.结果表明:固化土的无侧限抗压强度随着固化剂掺量和龄期的增长而有所提高;固化剂掺量相同时,地聚物固化土强度更高,且其掺量宜...     

重金属污染场地原位固化稳定化修复试验研究

以甘肃省某铅锌冶炼厂高浓度铅(Pb)、锌(Zn)和镉(Cd)复合污染场地为对象,开展新型固化剂SPC原位固化稳定化(S/S)技术修复现场试验研究。进行含水率、p H值、浸出毒性和重金属形态分布和动力锥贯入试验,以考察修复前后污染土理化、浸出及强度特性变化,评价SPC原位S/S技术的修复效果,并初步探讨相关机制。试验结果表明SPC原位S/S技术能显著降低污染土含水率,提高其p H值;修复后Pb,Zn和Cd浸出浓度值显著降低,且均能满足相应限值要求;SPC修复能够有效降低土中重金属弱酸提取态含量,并将其转化为残渣态,同时显著提高土层贯入阻力值。提高SPC掺量可进一步增强其对污染土的修复效果。     

新型固化剂GSC固化软土的力学性能试验研究

利用脱硫石膏及钢渣-矿渣复合胶凝材料(简称GSC)固化软土,既可以充分利用工业废渣,减少二次污染,又可以节约矿产资源,保护自然生态.通过研究在不同掺入比、不同水灰比和不同龄期时GSC固化土的无侧限抗压强度试验结果,分析了掺入比、水灰比、龄期对固化土强度的影响;同时引入似水灰比对GSC固化土后期强度进行预测.研究结果表明,GSC掺入比越大,对软土的固化效果越好,GSC固化土无侧限抗压强度随龄期的增长规律与水泥土一致但早期强度比水泥土低,当GSC掺入比高于水泥掺入比3％,在龄期达到28 d后,如果GSC的水灰比小于水泥的水灰比时,GSC固化土的强度高于水泥土的强度,因此用GSC替代水泥作为软土固化剂可以满足固化土强度要求.     

活化钢渣在固化稳定化工业重金属污染土中的应用

针对钢渣基可持续型固化剂在工业重金属污染土固化稳定化的应用效果进行了试验研究,以重金属固定效率为评价标准,得到了磷酸盐活化钢渣的工艺参数。结果表明,磷酸二氢钾活化可以明显改善钢渣对重金属铅锌镉的固定效果。磷酸二氢钾和钢渣质量比为2%~4%时,通过湿法拌合、20℃风干制得的活化钢渣对重金属铅锌镉的固定效果最佳。并进一步以非活化钢渣作为对比,分析了活化钢渣固化铅锌镉污染土的环境安全及强度特性。结果表明,活化钢渣添加可以显著降低重金属铅锌镉的浸出浓度,提高污染土的pH值。活化钢渣的添加可以提高污染土的无侧限抗压强度,并随着固化剂的掺量的增加而增长;与未活化钢渣相比,钢渣的活化过程会削弱固化土的强度增加,而且固化剂掺加量越大削弱程度越大。     

碱激发水泥固化稳定重金属污染土的强度和浸出特性试验研究

以固化重金属工业污染土为研究对象,采用两种碱激发水泥固化剂(A、B)对重金属污染土进行固化稳定处理。选用pH值、无侧限抗压强度试验、浸出和形态提取试验分别研究固化剂掺量和养护龄期对固化土强度、浸出及赋存形态的影响规律。强度和浸出试验结果表明:由火碱、偏高龄土或由消石灰、泡花碱组成的两种碱激发剂与普通硅酸盐水泥构成的固化剂(A、B)均可以改善污染土的强度特性,降低重金属Cd、Pb、As、Zn的溶出,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,固化土A和B的强度、浸出及赋存形态均明显改善。但相同掺量和养护龄期条件下,固化土A的强度、溶出均好于固化土B。赋存形态试验结果表明:固化土A中Cd、Pb、As、Zn形态稳定性明显优于固化土B中的同类重金属,固化剂A可将污染土中的Cd、Pb、As、Zn从弱酸态向可氧化态和残渣态转化,而固化剂B可将污染土中的Cd、Pb、As、Zn从弱酸态向可还原态转化。固稳机制不同是固化土A、B的强度、浸出及赋存形态差异的根本原因。     

GGBS固化土在不同龄期下的无侧限抗压强度研究

湖积软土在合肥滨湖新区较为常见,进行工程建设时需要充分考虑湖积软土影响,对其采取科学化的固化处理。以GGBS(Ground Granulated Blastfurnace Slag,粒化高炉矿渣)作为固化剂固化合肥湖积软土,通过对合肥滨湖地区软土进行物理力学试验,并将不同掺入比(8%GGBS,14%GGBS)的GGBS固化土养护不同龄期(3d,7d,28d)后测其无侧限抗压强度,分析GGBS固化土在不同养护龄期下其无侧限抗压强度的变化规律。结果表明GGBS的加入使得固化土的抗压强度有了显著的提高,并且在一定范围内随着GGBS掺入比的提高、养护时间的增加,其抗压强度也会大大提高。     

水泥固化法处理重金属污染土的强度特性研究

通过室内无侧限抗压强度试验,对水泥固化稳定后的重金属镍污染土的强度特性进行了研究,并对不同镍离子浓度、水泥掺入量和龄期对水泥固化土强度特性的影响进行了分析,对比分析了不同重金属离子对水泥固化土强度特性的影响,最终得到了水泥固化土强度预测公式。     

污染场地测试评价与处理技术

针对中国工业污染场地开发利用的岩土工程关键问题,全面总结了笔者及其课题组多年来的研究成果。主要包括5个方面:(1)污染场地土体工程性质变化基本规律和污染场地分类评价方法,阐明了重金属污染土和有机污染土的基本物理力学特性,在总结国内外已有污染场地风险评价和工程分类的基础上,提出了基于层次分析原理的污染场地指数分类法;(2)基于多功能孔压静力触探(CPTU)的污染场地原位测试方法,包括污染土的电阻率基本特征,基于电阻率CPTU的污染场地原位测试方法,基于CPTU的污染场地水力传导参数测试评价方法;(3)重金属污染场地固化/稳定化处理技术,揭示了重金属污染土固化/稳定化机理,阐明了水泥系固化剂固化/稳定重金属污染土的有效性与不足,提出了磷酸盐系固化剂和碱激发矿渣固化剂固化/稳定高浓度重金属污染土的方法,从工程与环境安全二方面提出了固化/稳定法的施工工艺;(4)有机污染场地曝气法处理技术,采用研发的一维二维曝气模拟装置,揭示了曝气法修复有机污染场地的气相运动规律、修复机理与效果,建立了基于集总参数的污染物去除效果评价方法,提出了曝气法工艺设计方法;(5)污染场地竖向隔离技术,提出了土–膨润土系竖向隔离墙材料设计关键参数确定方法,揭示了土–膨润土系竖向隔离墙的长期防渗防污性能和化学相容性特征,比较了隔离施工技术的特点,对SMC工法的效果进行了分析评价。研究成果对中国污染场地再开发利用和城市可持续发展具有重要意义。     

铁尾矿基地聚物固化盐渍软土的试验研究

为探究铁尾矿等固体废弃物规模化、高值化应用于沿海地区盐渍软土道路基层硬化的可能性,基于铁尾矿、粉煤灰、高炉矿渣和石粉等固废多动力源耦合重构,制备盐渍软土低碳环保固化剂。研究不同固化剂掺量对固化土无侧限抗压强度、冻融循环的影响。并采用X射线衍射、扫描电镜对20%固化剂掺量和原状土的微观结构进行分析,揭示了固化剂对盐渍土力学性质的影响机理。结果表明：固化剂掺量为10%时,7 d无侧限抗压强度达到0.88 MPa,满足一级公路路基设计标准;固化剂掺量为20%时,7、28 d抗压强度分别达到2.44、2.99 MPa,实现强度与经济性最优化。通过SEM分析技术,发现固化土中C-S-H和AFt充填土体颗粒之间,从而有效改善盐渍土的稳定性和强度。