碱激发矿粉固化连云港软土试验研究

 为了减轻使用波特兰水泥作为软土固化剂存在的高能耗、CO2排放和不可再生资源消耗等环境问题,通过室内配合比试验初步研究碱激发矿粉对连云港软土的固化效果,并与水泥固化进行对比。结果表明：Na2CO3对矿粉固化土的激发效果非常有限;NaOH激发矿粉的效果最好,7 d,28 d,90 d无侧限抗压强度最高,但是在90 d后会发生一定的强度衰减;矿粉+电石渣固化土的7 d,28 d强度比水泥固化土低,而90 d,180 d强度比水泥固化土高。Na2CO3,NaOH和Na2SO4能够加速矿粉+电石渣固化土的强度增长速率,其中,Na2CO3的效果最弱,虽然可以在90 d内提高矿粉+电石渣固化土的强度,但180 d强度反而略低;NaOH激发的矿粉+电石渣固化土强度在7 d,28 d,90 d龄期均有较大的提高,但从90 d到180 d会发生强度衰减;Na2SO4激发矿粉+电石渣的效果最好,可以在实际工程中进行应用,不仅可以减小水泥生产过程带来的环境影响,还能提高软土固化效果,降低工程造价。     

淋滤条件下水泥固化铅污染高岭土的强度及 微观特性的研究

通过半动态淋滤试验,研究淋滤液初始pH=2,4,7时水泥固化铅污染土的强度、微观和钙溶出特性。无侧限抗压强度试验及钙溶出率（CFR_Ca）结果表明：半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度（q_u）较标准养护39 d试样降低了1%～42%;淋滤液初始pH=2时,CFR_Ca为pH=4或7时的2～7倍,而pH=4与7时q_u及CFR_Ca差别均不明显;水泥掺量由12%提高到18%时,q_u增大了35%～98%,CFR_Ca降低了40%～58%;固化铅污染土较固化未污染土,其q_u小50%～68%,而CFR_Ca大29%～175%。试样无侧限抗压强度比q_r（淋滤后试样q_u/标准养护39 d试样q_u）与CFR_Ca在双对数坐标下呈现良好线性关系：随CFR_Ca增大,q_r减小,说明钙的溶出是控制固化污染土/未污染土强度的主要因素之一。X射线衍射、扫描电镜及压汞试验结果表明,高浓度铅抑制水泥水化/火山灰反应,固化铅污染土与固化未污染土孔隙分布分别呈单峰和双峰特征,固化铅污染土中铅形成Si-O-Pb结合体、PbAl₂O₄、CaPbO₃等沉淀是铅固化稳定化的主要机理之一。     

碱激发矿渣固化土压平衡盾构渣土的试验研究

利用碱激发高炉矿渣对土压平衡盾构渣土进行固化,考察了矿渣掺量、液固比、碱激发剂、成型压力、养护温度等因素对固化土力学性能的影响,分析了固化反应的主要产物及固化土的微观结构,研究了固化土的抗酸抗盐侵蚀能力。结果表明：碱激发高炉矿渣对土压平衡盾构渣土具有较好的固化能力,在配比范围内,随着高炉矿渣掺量的增加,固化渣土抗压强度和表观密度增大;固化渣土强度的主要来源是碱激发高炉矿渣生成的C-S-H和C-A-S-H;氢氧化钠和水玻璃的复合激发相对于单一激发固化效果更好,液固比、成型压力和养护温度对于固化渣土的抗压强度有一定影响;硫酸钠对所制备的固化渣土的侵蚀作用较小,而硫酸和盐酸的侵蚀作用相对较大。     

水泥固化重金属铅污染土的强度特性研究

污染场地中开挖出来的污染土利用水泥固化处理（S/S法）后,其污染物质的淋滤特性和土体的强度得到改善,可用于场地的回填和堤坝的填筑等。针对该项技术,对水泥固化稳定后的重金属铅污染土的强度特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过将硝酸铅溶液加入干土中人工制备而成,并考虑了不同铅离子含量和水泥掺量对水泥固化污染土强度特性的影响。试验结果表明：水泥固化污染土的无侧限抗压强度随着水泥掺量以及龄期的增长而提高;与常规水泥土（不含重金属污染物）强度相比,污染土中铅离子含量较低时,强度略有提高,铅离子含量较高时,强度显著降低;不同铅含量水泥土试样的应力应变关系均表现为强度越高,破坏应变越小;试样28 d龄期的变形模量与强度呈较好的线性对应关系。     

矿渣-水泥固化碱渣土的工程特性

以天津港北疆港区的废弃碱渣为研究对象,提出了利用高炉矿渣微粉(GGBS)、水泥对高含水率碱渣进行固化处理的方法,并对基于模糊评价法得到的优选配合比固化碱渣土的压缩特性进行了研究.结果表明:同等固化剂掺量下,混掺固化剂的固化碱渣土的强度要高于单掺固化剂的固化碱渣土;基于优选配合比(3%水泥+8%GGBS)的固化碱渣土压缩系数及压缩指数随龄期的延长不断降低,而结构屈服应力不断增大.固化碱渣土的压缩性能在屈服前后变化很大,建议工程中应确保上部荷载不能超出其结构屈服应力,以免发生突然破坏.     

水泥固化锌污染高岭土强度及微观特性研究

采用水泥作为固化剂对锌污染高岭土进行固化稳定处理,对固化后养护7 d和28 d的人工锌污染土的液塑限特性,无侧限抗压强度和变形模量特性,土样pH特性,以及微观机理进行了研究.结果表明,液塑限随锌离子浓度增加而降低.随锌离子浓度增加,固化污染土的无侧限抗压强度值总体均呈下降趋势;随试样pH值升高,无侧限抗压强度值增大;变形模量E₅₀均随锌离子浓度增大而减小;水泥的主要水化产物的数量均随锌离子浓度的增加而减少,且由成熟形态向早期形态退化,并最终消失.随着锌离子浓度的增加,试样中的直径1～10 μm的孔隙数量明显增加,并且伴随着直径0.01～1 μm的孔隙数量的减小.     

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。     

碱激发矿渣净浆对氯离子的固化作用

为研究氯盐浸泡液pH值、激发剂种类对碱激发矿渣(AAS)净浆氯离子固化量的影响规律,采用氯盐暴露-平衡法、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA-DSC)、扫描电镜(SEM)等分析了AAS净浆在氯盐浸泡前后的水化产物种类及微观形貌,同时对AAS净浆固化氯离子中的物理吸附和化学结合作用进行了量化评价.结果 表明:AAS净浆的氯离子固化量随着氯盐浸泡液pH值的增大而降低;水玻璃激发矿渣(WAS)净浆固化氯离子的能力大于NaOH激发矿渣(NAS)净浆;AAS净浆对氯离子的固化作用不仅包括物理吸附作用,还包括少量化学结合作用;氯离子固化过程中的物理吸附作用在NAS、WAS和普通硅酸盐水泥净浆中均占50％以上.     

水泥固化铅污染土的电阻率特性与经验公式

为探讨电阻率法在水泥固化重金属污染土性能评价中的应用潜能,室内配制人工铅污染土,采用水泥固化后测试其电阻率和无侧限抗压强度,分析固化土电阻率的变化规律,建立固化铅污染土的电阻率公式,并探讨电阻率与无侧限抗压强度的相关关系。试验结果表明,固化土电阻率随铅含量增大而减小,随着水泥掺入量和养护龄期的增加而增大,随着孔隙率和饱和度的减小而增大。提出了一个能够综合反映铅含量、水泥掺入量和养护龄期等因素对固化土电阻率影响规律的表征参数(nt·Pb100ew)/(aw·T0.5),用该参数替换Archie电阻率公式中的孔隙率,得到了水泥固化重金属污染土的电阻率经验公式,将Archie电阻率公式扩展应用到固化重金属污染土领域。固化土电阻率与强度之间近似服从幂函数关系。电阻率法是一种有效的重金属污染土固化效果评价方法,且其具有快捷、无损等优势,可推广应用。     

水泥改性聚乙烯醇固化轻质土的强度特性

为改善水泥固化轻质土存在的不足,采用水泥-改性聚乙烯醇(SH)对轻质土进行固化.分析探讨了水泥-SH固化轻质土的受压破坏方式、应力-应变曲线类型以及龄期、养护环境、SH掺量、土质成分对水泥-SH固化轻质土无侧限抗压强度的影响.结果表明:水泥-SH固化轻质土受压破坏没有出现明显的破裂面,且破坏应变较大,有较高的残余强度;室温养护下水泥-SH固化轻质土的无侧限抗压强度显著高于恒温恒湿养护;SH固化剂显著提高水泥固化轻质土无侧限抗压强度的最低掺量为4.5%(质量比);SH固化剂可以减小土质成分对水泥固化轻质土无侧限抗压强度的影响.     

微生物对固化/稳定化污泥长期强度的影响研究

固化/稳定化污泥中的微生物通过降解其中的有机质获得能量,同时产生有机酸和无机酸,酸能够分解固化/稳定化处理过程中生成的水化产物,对固化/稳定化污泥的强度产生影响。针对这种问题采用生物反应器强化微生物活性,获得反映微生物活动的有机质降解动力学模型,同时建立有机质降解量同强度损失量之间的关系。通过上述模型和关系可以评价微生物活动对固化/稳定化污泥强度的影响。研究结果表明,微生物对固化/稳定化污泥强度存在一定影响,随着固化/稳定化处理水平的提高,这种影响在逐渐减小。     

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。     

酸雨作用下含磷固化剂处理铅锌镉复合污染土的半动态浸出试验研究

酸雨pH可显著影响固化重金属污染土的浸出量。定量评价固化污染土在暴露条件下(例如酸雨)对周边水土体环境的影响,需要明确固化污染土的有效扩散系数和阻滞因子这两个关键参数。现有研究多集中在固化污染土的浸出特性和表观扩散系数,有关有效扩散系数和阻滞因子的研究很少。本次研究旨在研究改进的KMP固化剂固化重金属Pb、Zn、Cd复合污染土在酸雨作用下的有效扩散系数和阻滞因子。解吸附试验表明,随着污染土中重金属Pb、Zn、Cd浓度增加,固化污染土的解吸附量增大,且解吸附曲线满足Freundlich平衡吸附/解吸附方程。半动态浸出试验结果表明,污染土中重金属Pb、Zn、Cd浸出机制主要由扩散控制,且拟合曲线斜率分别为0.60,0.56和0.61,表观扩散系数Dobs为1.05×10~(-16),7.84×10~(-13)和2.11×10~(-12) m~2/s。结合解吸附试验和半动态浸出试验结果可知,Pb、Zn、Cd的阻滞因子Rd分别为17165.6,254.6和109.3,有效扩散系数De分别为1.82×10~(-12),1.96×10~(-10),2.34×10~(-10) m~2/s。与其他学者结果相比,固化污染土中Pb的有效扩散系数低于其他学者的两个数量级,而Zn和Cd的求算结果与其他学者一致。     

水泥砂浆固化土物理力学特性试验研究

为了解水泥砂浆固化土的掺砂量与强度之间的关系,找出具有工程应用前景的配比,在不同掺砂量不同龄期条件下对水泥砂浆固化土进行了无侧限抗压强度试验,研究了水泥砂浆固化土的强度和变形特性,分析了掺砂量和龄期对水泥砂浆固化土的强度和变形特性的影响。研究结果表明:在水泥土中掺入一定量的砂,可有效提高水泥土强度;一定水泥掺入比下,存在一个最佳掺砂量,使水泥砂浆固化土强度(qu)最高,变形系数(E50)最大;水泥砂浆固化土与水泥土的应力应变曲线均有明显的峰值,应力应变关系属加工软化型,其残余强度随着掺砂量的增加而增加;采用水泥砂浆搅拌桩加固软弱地基时,即使采用较高的掺砂量和置换率,加固体本身重量增加有限,下卧层附加应力增加也很小。     

水泥固化重金属污染土干湿循环特性试验研究

水泥固化/稳定法是修复污染土地基的常用方法,修复后的固化土在外界环境干湿循环作用下的稳定性如何是事关修复成败的关键所在。通过系统的室内试验,着重研究了水泥固化Pb²⁺、Zn²⁺污染土在干湿循环作用下的强度特性、淋滤特性以及微结构变化规律,揭示了水泥固化重金属污染土的微观作用机制。试验结果表明,固化土体的强度及淋滤特性随着水泥掺量的增加得到了显著改善。固化重金属污染土的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加先增大,达到峰值后,随干湿循环次数的继续增大而减小。污染物掺量较低时,重金属离子的滤出浓度在干湿循环作用初期略有降低,此后则有所增加,但变化幅度较小;高污染物掺量时,滤出液中的重金属离子浓度较高,且随着干湿循环次数的增加而不断增大。低污染物掺量下,水泥对Pb²⁺及Zn²⁺固化效果相差不大;高污染物掺量下,水泥对Zn²⁺的固化效果较好。经过干湿循环作用后的固化土的扫描电镜试验结果与与其宏观力学及淋滤特性指标变化规律一致,从微观角度揭示了固化土工程性质的变化机制。     

铅污染土固化体冻融循环效应和微观机制

为了研究冻融循环对铅污染土固化体工程特性的影响规律及其作用机制,开展了不同压实度试样(90%,96%)的冻融循环试验。通过对经历不同冻融循环次数(0,3,6,10次)作用后的试样进行无侧限抗压强度、渗透和溶出特性试验,探讨了冻融循环作用对铅污染土固化体工程特性的影响规律。试验结果表明,冻融循环作用对不同压实度试样有着不同的影响规律。随着冻融循环次数增加,90%压实度试样的抗压强度降低、渗透性增大、铅浸出浓度增大,而96%试样呈现出相反的规律,即冻融循环对高压实度试样影响不大。为了探索冻融循环作用对铅污染土固化体工程特性影响的微观机制,开展了不同冻融循环作用下试样微观结构试验。试验结果表明,冻融循环对高压实度(96%)试样微观结构影响不大,随着时间的延长,试样内颗粒团聚,孔隙减小,试样内孔隙以颗粒间和团粒内孔隙为主;而冻融循环作用使低压实度试样(90%)孔隙增大,试样内颗粒团聚,团粒间大孔隙占主要比重,这是导致低压实度铅污染土固化体工程特性的劣化的根本原因。     

酸溶液淋溶作用下重金属污染土固化体浸出特性及机理

采用KH_2PO_4—水泥复合材料对铅污染土进行固化/稳定化处理,为了研究酸雨淋溶对铅污染土固化体浸出特性的影响规律及其机理,开展了不同KH_2PO_4添加量、浸出时间和淋溶液pH对Pb浸出行为的影响规律试验研究。探讨了铅污染土固化体浸出机理。结果表明,KH_2PO_4对铅污染土有良好的稳定作用。酸溶液淋溶作用下固化体中Pb的释放行为与pH直接相关,强酸作用下Pb的溶出量大。固化体中Pb的浸出也与浸出液pH相关,强碱性有利于Pb的迁移。浸出液pH与固化体中的碱性水化产物释放量有关。对于pH=2和5溶液,Pb的累积浸出率随时间呈线性变化,而对于pH=3溶液,Pb的累积浸出率随时间呈两阶段线性变化。固化体在pH=2溶液浸泡下,Pb的释放机理为溶解控制;对于pH=3溶液浸泡,机理则为先溶解控制再表面冲刷;而对于pH=5溶液浸泡,Pb的释放机理为扩散控制。     

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。