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。     

酸碱盐胁迫环境下水泥固化重金属污染土的长期性能：现状与展望

土壤和地下水常受到工业、农业、海水和生活污水的影响，存在不同种类的腐蚀性离子。采用水泥基材料固化/稳定化修复重金属污染场地时，这些腐蚀性离子会降低水泥基固化土的性能和重金属的固化效果，长期条件下面临二次污染问题。目前采用水泥基材料的土壤固化研究多集中于新型复合固化剂的研发，对环境胁迫下固化体的耐久性问题需要更多关注。针对环境胁迫下因水泥基固化土劣化引起的工程特性和淋滤特性问题，总结国内外研究现状，系统阐述土—水泥—重金属—胁迫环境之间的相互作用机理，明晰基于酸/碱、盐环境胁迫下水泥基固化土性能演化规律及机制，为重金属污染土壤固化修复效果及耐久性提升的研究提供参考。     

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。     

生物炭修复高浓度铅锌污染土的试验研究

将5%、8%和10%的水稻秸秆制成的生物炭作为修复铅锌污染土的固化剂,水泥材料作为对比固化剂,对高浓度铅锌污染土场地进行修复试验。研究结果表明:土体修复完成并养护56 d龄期后,与水泥固化土相比,生物炭固化土的pH值呈中性、且土壤肥力更高;毒性浸出试验中生物炭对重金属固化效果更优;生物炭掺量为8%、10%的固化土,种子发芽率大于80%;试验用各掺量下水泥固化土的种子发芽率均低于80%,即水泥固化土无法使试验用种子发芽。这表明采用生物炭固化重金属污染土,更适合土体的种植再利用。     

低渗透污染土水动力弥散参数试验研究

污染土的治理中通常采用降低渗透性的措施来控制其二次污染。通过获得其水动力弥散参数可以对其二次污染进行评价和预测，但是现有的土柱试验以及求解方法不适用于低渗透污染土水动力弥散参数的测定和求解。针对低渗透污染土水动力弥散参数试验和求解的问题，提出采用改进的柔性壁渗透仪测定其污染物的穿透曲线，根据所获得的穿透曲线，采用数值反演的方法计算污染土的水动力弥散参数。结果表明，采用柔性壁渗透仪和数值反演的方法，能够满足低渗透污染土水动力弥散参数测定的需要。     

固废基软土固化材料的研制及在浅层就地固化工程中的应用研究

研究了固废（矿渣粉、钢渣粉）粒径对其活性及固化土性能的影响,开展了固化剂配合比试验及微观分析,并将固化剂应用于某工程浅表层就地固化试验段。结果显示,固废粒径与其活性及固化土的力学性能呈负相关性,活性与固化土性能呈正相关性;碱激发剂复配固化土性能优于单一效果,总量不变时固化土的早期性能与矿渣粉相对掺量成正比,与钢渣粉相对掺量成反比;确定的试验段用固化剂室内7 d强度为0.17 MPa,至28 d龄期时仍有近30%强度增长;固化剂固化土中产生的大量C-S-H等凝胶胶结了土颗粒成为一个整体;就地固化工程试验段显示,固化剂掺量为4.5%时7d龄期固化土承载力即已达到设计要求的28d无侧限抗压强度0.15 MPa。     

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。     

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。     

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。     

固化/稳定化和软土加固污染土的强度和浸出特性研究

研究了固化/稳定化和软土加固两种土壤搅拌技术修复英国Yorkshire郡的重金属及有机物复合污染土的强度和浸出特性。使用的固化剂为氧化镁和高炉矿渣。选取现场固化/稳定化和软土加固处理后取回实验室分别养护1.5 a和1a的试样,开展了无侧限抗压强度和浸出试验,研究了场地深度对两种技术处理复合污染土的强度和浸出特性的影响。研究结果表明,氧化镁–高炉矿渣可以显著提升污染土强度,固化土无侧限抗压强度均值均超过英国的设计值350 kPa;浸出结果表明修复后除部分样中Ni不达标,Cu和Pb的浸出浓度均达到英国饮用水标准。氧化镁和高炉矿渣联合使用可以有效固化Ni。相较于软土加固技术,固化/稳定化技术修复污染土pH值更高、Ni浸出浓度和有机物浸出浓度更低,在固化重金属和有机物复合污染土方面效果更加显著。场地深度对修复后污染土的性质影响微弱。     

Pb/Cd污染固化底泥的pH特性研究

以水泥、矿渣、生石灰、沸石为固化剂,对重金属污染底泥进行固化处理,通过室内试验,分析了铅、镉离子浓度及龄期对固化土pH值的影响,并得到了固化土pH值的变化规律,有助于解决河道底泥的重金属污染问题。     

新型无熟料碱渣固化土的工程特性

以碱渣、矿渣、粉煤灰等固体废弃物为主要原材料,并掺入适量脱硫石膏及少量复配激发剂,配制新型无熟料碱渣固化剂.该新型无熟料碱渣固化剂物理力学性能基本满足P·C325复合水泥技术要求.将新型无熟料碱渣固化剂或复合水泥(P·C325)按不同掺比（质量比）掺入土中,制成新型无熟料碱渣固化土或复合水泥固化土,然后分析对比新型无熟料碱渣固化土与复合水泥固化土的14,28,90d无侧限抗压强度、抗拉强度、压缩性能、抗剪性能等工程特性,结果表明:新型无熟料碱渣固化剂掺比20%的固化土工程特性基本与复合水泥掺比10%左右的固化土相当.     

防膨型土壤固化剂制备及固化机理研究

为了确定防膨型土壤固化剂的最佳配合比，以固化土自由膨胀率为指标，最终确定防膨型固化剂的配合比为m（水性环氧树脂）∶m（碱激发剂）∶m（稳定剂）∶m（偶联剂）∶m（分散剂）∶m（氯化物）∶m（水）=25∶20∶1.5∶0.3∶0.3∶0.04∶52.86，此时固化土的自由膨胀率最小，为11%。XRD和SEM分析可知，固化机理主要有水泥水化水解反应，碱激发剂与水泥水化产物反应增强作用，稳定剂抑制膨胀土的水化膨胀、分散运移，水性环氧-偶联剂复合物水解聚合反应胶结、增强作用，氯化物抑制土的水化膨胀。路基试验段测试结果表明，养护7 d后路基固化土压实度可达92%～96%，弯沉平均值为104.5 mm，无侧限抗压强度为2.26 MPa，水稳定系数为84.1%。     

水泥固化重金属污染土的淋滤特性试验研究

固化稳定法是目前处理重金属污染土场地的常用方法之一。经过处理后的污染土,不仅在强度上有所提高,而且重金属污染离子亦能被有效固化稳定下来。目前,这方面的研究成果主要集中在固化污染土的工程性质变化方面,而对固化土中的重金属离子的滤出特性研究较少。通过系统的室内试验,以经水泥固化后的铅和锌污染土为研究对象,着重研究固化污染土中重金属离子的淋滤特性。试验结果表明:水泥固化重金属污染土后,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,重金属的滤出率显著降低,并最终趋于稳定。在污染物掺量较低时,水泥对Pb2+的固化效果好于对Zn2+的固化效果;随着污染物掺量的增加,滤出液中Pb2+浓度的增幅要大于Zn2+浓度增幅。在污染物掺量较高时,水泥对Zn2+的固化效果好于对Pb2+的固化效果。     

水泥固化重金属污染土的淋滤特性试验研究

固化稳定法是目前处理重金属污染土场地的常用方法之一。经过处理后的污染土,不仅在强度上有所提高,而且重金属污染离子亦能被有效固化稳定下来。目前,这方面的研究成果主要集中在固化污染土的工程性质变化方面,而对固化土中的重金属离子的滤出特性研究较少。通过系统的室内试验,以经水泥固化后的铅和锌污染土为研究对象,着重研究固化污染土中重金属离子的淋滤特性。试验结果表明:水泥固化重金属污染土后,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,重金属的滤出率显著降低,并最终趋于稳定。在污染物掺量较低时,水泥对Pb2+的固化效果好于对Zn2+的固化效果;随着污染物掺量的增加,滤出液中Pb2+浓度的增幅要大于Zn2+浓度增幅。在污染物掺量较高时,水泥对Zn2+的固化效果好于对Pb2+的固化效果。     

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。     

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。     

水泥固化稳定重金属污染土的工程性质试验研究

随着社会的快速发展,因工业生产以及人类活动引起的地基土重金属污染现象越来越严重。地基土受到重金属污染后,其工程性质会发生改变。固化稳定法是处理重金属污染土地基的常用方法之一。以人工制备的铅或锌重金属污染土为研究对象,通过系统的室内试验,着重研究水泥固化稳定重金属污染土的工程性质。试验结果表明,土体受到污染后,其强度降低;掺入水泥固化稳定的重金属污染土的强度随水泥掺入量以及养护龄期的增加显著增大。通过试验还发现,较低浓度重金属离子的存在可以促进水泥固化土抗剪强度的提高。     

新型磷基固化剂固化稳定化电镀工业污染黏土现场试验研究

针对某电镀工业重金属污染黏土固化稳定化修复工程开展了现场试验研究,分析养护1d、7d、28d后固化黏土的重金属浸出毒性、酸碱度(pH)、干密度(ρd)、贯入指数(DCPI)及回弹模量(EPFWD)等特性,并与水泥(PC)固化黏土进行比较,研究新型磷基固化剂SPC固化污染黏土的工程和环境特性。结果表明,SPC和PC能显著降低污染黏土重金属的浸出浓度,并满足地下水IV类质量标准(GB/T 14848-2017)的限制要求;相同龄期下SPC固化黏土的重金属浸出浓度低于PC固化黏土。SPC和PC能改善固化黏土的酸碱度,SPC固化黏土的pH值低于PC固化黏土;养护28d后,固化剂SPC和水泥固化黏土的pH分别为7.99和9.76。SPC和PC能显著提高污染黏土的强度和动态回弹模量,而SPC固化黏土的强度和动态回弹模量低于PC固化黏土。     

矿渣硫铝酸盐水泥流态固化土的力学性能与固化机理

疏浚工程产生的大量淤泥含水率高且含有重金属等有害物质,对环境构成严重威胁。使用固化剂固化淤泥制备流态固化土是资源化利用淤泥的有效方法。目前常用的普通硅酸盐水泥（Ordinary Portland Cement,OPC）固化淤泥存在强度低、能耗高、碳排放高等问题,而矿渣硫铝酸盐水泥（Slag Calcium Sulfoaluminate Cement,G-CSA）是一种低碳高强的新型胶凝材料,在固化淤泥方面具有潜在的应用前景。采用G-CSA制备流态固化土并设置OPC流态固化土对照组,研究高贝利特硫铝酸盐水泥（High Belite Sulfoaluminate Cement,HB-CSA）熟料对G-CSA流态固化土力学性能的影响,并进行水化产物与孔结构表征,进而深入分析G-CSA的固化机理。结果表明,G-CSA流态固化土的强度随着HB-CSA熟料掺量的增加呈先增大后减小的趋势,在掺量为10%时G-CSA流态固化土力学性能达到最优,其28 d抗压强度和抗折强度分别为OPC流态固化土的2.35倍和2.06倍;G-CSA中的柱状AFt形成了骨架结构,C-S-H凝胶则将土颗粒粘结成一个整体,从而...