水泥-沸石固化鉛污染土路用性能試驗研究
發(fā)布時間：2021-10-10 10:50
將沸石粉與水泥按質(zhì)量比2∶1混合作為復合固化劑（記作ZC）固化鉛污染土,并探究其作為路基填料的可行性,水泥（記作PC）作為對照固化劑。研究結(jié)果表明:PC固化土無側(cè)限抗壓強度高于ZC固化土,但鉛含量較高時,其優(yōu)勢不明顯;ZC固化土的浸出液鉛離子濃度低于PC固化土,即ZC固化劑較PC固化劑對重金屬離子有更好的固定效果;兩種固化土的回彈模量均隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加先增大后減小,ZC固化土浸出液鉛離子濃度隨干濕循環(huán)的進行其波動不明顯;10%摻量的ZC固化土強度指標和污染物浸出指標均能滿足規(guī)范要求,能夠用作路基填料。
【文章來源】：中外公路. 2020,40(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
10%摻量ZC和PC固化土p-l曲線圖
由圖1可知:在相同齡期和相同鉛含量條件下,兩種固化土的無側(cè)限抗壓強度均隨著固化劑摻量的提高而增大,這主要是因為水泥摻入后與土體中的水接觸發(fā)生水化反應,生成水化硅酸鈣(CSH)、氫氧化鈣(CH)和鈣礬石(AFt)等水化產(chǎn)物,這些水化產(chǎn)物與黏土顆粒發(fā)生離子交換和團�；饔�,使得分散的土顆粒形成較大的土團粒,且CSH具有膠凝作用及硬凝作用,包裹周圍的土團粒,使得固化土的空隙率變小,強度增大,因此隨著水泥摻量的增加,發(fā)生水化反應生成的水化產(chǎn)物也隨之增多,產(chǎn)生更強的膠凝和硬凝作用,固化土的無側(cè)限抗壓強度也得到提高。隨著齡期的增長,兩種固化土的無側(cè)限抗壓強度也隨之增大,這主要是因為隨著齡期的增長,水泥的水化反應時間更長,產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物,硬凝作用也更充分,固化土強度得到提高。分析不同重金屬含量污染土在兩種固化劑作用下的強度測試結(jié)果可知:當鉛含量為1 000 mg/kg時,相同摻量的PC固化土強度均超過ZC固化土強度的2倍,PC固化劑固化效果明顯優(yōu)于ZC固化劑,這主要是因為當鉛含量較低時,對水泥水化反應的抑制作用較小,而相同摻量的PC固化劑中水泥含量是ZC固化劑水泥含量的3倍,因此PC固化土強度明顯高于ZC固化土強度;當鉛含量為10 000 mg/kg時,相同摻量的PC固化土強度雖然仍較ZC固化土大,但其強度優(yōu)勢遠沒有在低污染物含量條件下大,其中10%固化劑摻量下養(yǎng)護28 d的PC固化土強度僅為ZC固化土強度的1.18倍,這是因為高濃度的重金屬離子在堿性條件下會生成氫氧化物沉淀,覆蓋在水泥顆粒表面,阻礙水泥的水化反應及與黏土顆粒的離子交換作用,從而使其固化土的強度發(fā)展受到限制,而ZC固化土由于提前摻入了具有極強的吸附能力、離子交換能力和催化能力的沸石粉,使得部分重金屬離子被吸附,此外沸石粉的高比表面積也使得其與黏土礦物發(fā)生離子交換作用,形成土團粒,而水泥由于受到重金屬離子抑制作用較小發(fā)生較充分的水化反應,使得ZC固化土的強度得到提高。由圖1可以看到:即使鉛含量為10 000 mg/kg的超高濃度污染土,10%摻量下的ZC固化土其28 d的無側(cè)限抗壓強度仍然達到了1.285 MPa,滿足美國環(huán)境保護署(EPA)對于固化穩(wěn)定化廢棄物填埋處理所需無側(cè)限抗壓強度的要求。
圖2為鉛含量為1 000、10 000 mg/kg的重金屬污染土在不同固化劑、不同固化劑摻量及不同養(yǎng)護齡期下的重金屬浸出測試結(jié)果。由圖2可知:相同齡期下,兩種固化土的浸出液鉛離子濃度均隨著固化劑摻量的增加而減小,說明固化劑摻量的增加能有效抑制重金屬離子的浸出,這主要是因為水泥水化產(chǎn)生的水化產(chǎn)物及沸石粉均具有較強的吸附和包裹能力,能將重金屬離子固化在土壤中,固化劑摻量越多,固化土中具有吸附和包裹能力的物質(zhì)越多,從而能更有效地將重金屬離子固定在土壤中;無論污染物含量高低、養(yǎng)護齡期長短及固化劑摻量多少,ZC固化土的浸出液鉛離子濃度均低于PC固化土的浸出液鉛離子濃度;而當污染物濃度較低時,兩種固化土的重金屬浸出量差距不大,濃度均為3～9 mg/L;而當污染物濃度較高時,ZC固化土的浸出液鉛離子濃度明顯低于PC固化土的浸出液鉛離子濃度,其中摻量同為10%養(yǎng)護28 d的PC固化土鉛浸出量是ZC固化土鉛浸出量的4.7倍,說明污染物濃度較低時,ZC固化劑和PC固化劑的固化效果差距不大,而當污染物濃度較高時,ZC固化劑的固化效果明顯優(yōu)于PC固化劑,這主要是因為,鉛離子濃度較低時,對水泥水化反應的抑制作用較弱,而當鉛含量較高時,高濃度的鉛離子會在堿性條件下生成大量氫氧化物沉淀,附著在水泥顆粒表面,影響水泥水化反應的進行,從而導致PC固化劑的固化效果不佳,而ZC固化劑中的沸石粉能有效吸附重金屬離子,并發(fā)生離子交換作用,使得鉛離子對水泥水化反應的抑制作用減小,從而能更有效地將重金屬離子固化在土體中。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]石灰粉煤灰黃土工程性質(zhì)試驗研究[J]. 宋學慶. 中外公路. 2017(05)
[2]水泥固化重金屬污染土干濕循環(huán)特性試驗研究[J]. 查甫生,劉晶晶,許龍,崔可銳. 巖土工程學報. 2013(07)
[3]水泥固化重金屬污染土的強度特性試驗研究[J]. 查甫生,許龍,崔可銳. 巖土力學. 2012(03)
[4]城市工業(yè)污染場地:中國環(huán)境修復領(lǐng)域的新課題[J]. 廖曉勇,崇忠義,閻秀蘭,趙丹. 環(huán)境科學. 2011(03)
[5]中國水泥工業(yè)能效現(xiàn)狀和節(jié)能潛力報告[J]. 李濤平. 水泥工程. 2004(04)
[6]天然沸石對土壤及養(yǎng)分有效性的影響[J]. 李長洪,李華興,張新明. 土壤與環(huán)境. 2000(02)
博士論文
[1]新型磷酸鹽固化劑固化高濃度鋅鉛污染土的機理及長期穩(wěn)定性試驗研究[D]. 魏明俐.東南大學 2017
碩士論文
[1]重金屬污染土的固化修復及長期穩(wěn)定性研究[D]. 許龍.合肥工業(yè)大學 2012
本文編號：3428232
【文章來源】：中外公路. 2020,40(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
10%摻量ZC和PC固化土p-l曲線圖
由圖1可知:在相同齡期和相同鉛含量條件下,兩種固化土的無側(cè)限抗壓強度均隨著固化劑摻量的提高而增大,這主要是因為水泥摻入后與土體中的水接觸發(fā)生水化反應,生成水化硅酸鈣(CSH)、氫氧化鈣(CH)和鈣礬石(AFt)等水化產(chǎn)物,這些水化產(chǎn)物與黏土顆粒發(fā)生離子交換和團�；饔�,使得分散的土顆粒形成較大的土團粒,且CSH具有膠凝作用及硬凝作用,包裹周圍的土團粒,使得固化土的空隙率變小,強度增大,因此隨著水泥摻量的增加,發(fā)生水化反應生成的水化產(chǎn)物也隨之增多,產(chǎn)生更強的膠凝和硬凝作用,固化土的無側(cè)限抗壓強度也得到提高。隨著齡期的增長,兩種固化土的無側(cè)限抗壓強度也隨之增大,這主要是因為隨著齡期的增長,水泥的水化反應時間更長,產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物,硬凝作用也更充分,固化土強度得到提高。分析不同重金屬含量污染土在兩種固化劑作用下的強度測試結(jié)果可知:當鉛含量為1 000 mg/kg時,相同摻量的PC固化土強度均超過ZC固化土強度的2倍,PC固化劑固化效果明顯優(yōu)于ZC固化劑,這主要是因為當鉛含量較低時,對水泥水化反應的抑制作用較小,而相同摻量的PC固化劑中水泥含量是ZC固化劑水泥含量的3倍,因此PC固化土強度明顯高于ZC固化土強度;當鉛含量為10 000 mg/kg時,相同摻量的PC固化土強度雖然仍較ZC固化土大,但其強度優(yōu)勢遠沒有在低污染物含量條件下大,其中10%固化劑摻量下養(yǎng)護28 d的PC固化土強度僅為ZC固化土強度的1.18倍,這是因為高濃度的重金屬離子在堿性條件下會生成氫氧化物沉淀,覆蓋在水泥顆粒表面,阻礙水泥的水化反應及與黏土顆粒的離子交換作用,從而使其固化土的強度發(fā)展受到限制,而ZC固化土由于提前摻入了具有極強的吸附能力、離子交換能力和催化能力的沸石粉,使得部分重金屬離子被吸附,此外沸石粉的高比表面積也使得其與黏土礦物發(fā)生離子交換作用,形成土團粒,而水泥由于受到重金屬離子抑制作用較小發(fā)生較充分的水化反應,使得ZC固化土的強度得到提高。由圖1可以看到:即使鉛含量為10 000 mg/kg的超高濃度污染土,10%摻量下的ZC固化土其28 d的無側(cè)限抗壓強度仍然達到了1.285 MPa,滿足美國環(huán)境保護署(EPA)對于固化穩(wěn)定化廢棄物填埋處理所需無側(cè)限抗壓強度的要求。
圖2為鉛含量為1 000、10 000 mg/kg的重金屬污染土在不同固化劑、不同固化劑摻量及不同養(yǎng)護齡期下的重金屬浸出測試結(jié)果。由圖2可知:相同齡期下,兩種固化土的浸出液鉛離子濃度均隨著固化劑摻量的增加而減小,說明固化劑摻量的增加能有效抑制重金屬離子的浸出,這主要是因為水泥水化產(chǎn)生的水化產(chǎn)物及沸石粉均具有較強的吸附和包裹能力,能將重金屬離子固化在土壤中,固化劑摻量越多,固化土中具有吸附和包裹能力的物質(zhì)越多,從而能更有效地將重金屬離子固定在土壤中;無論污染物含量高低、養(yǎng)護齡期長短及固化劑摻量多少,ZC固化土的浸出液鉛離子濃度均低于PC固化土的浸出液鉛離子濃度;而當污染物濃度較低時,兩種固化土的重金屬浸出量差距不大,濃度均為3～9 mg/L;而當污染物濃度較高時,ZC固化土的浸出液鉛離子濃度明顯低于PC固化土的浸出液鉛離子濃度,其中摻量同為10%養(yǎng)護28 d的PC固化土鉛浸出量是ZC固化土鉛浸出量的4.7倍,說明污染物濃度較低時,ZC固化劑和PC固化劑的固化效果差距不大,而當污染物濃度較高時,ZC固化劑的固化效果明顯優(yōu)于PC固化劑,這主要是因為,鉛離子濃度較低時,對水泥水化反應的抑制作用較弱,而當鉛含量較高時,高濃度的鉛離子會在堿性條件下生成大量氫氧化物沉淀,附著在水泥顆粒表面,影響水泥水化反應的進行,從而導致PC固化劑的固化效果不佳,而ZC固化劑中的沸石粉能有效吸附重金屬離子,并發(fā)生離子交換作用,使得鉛離子對水泥水化反應的抑制作用減小,從而能更有效地將重金屬離子固化在土體中。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]石灰粉煤灰黃土工程性質(zhì)試驗研究[J]. 宋學慶. 中外公路. 2017(05)
[2]水泥固化重金屬污染土干濕循環(huán)特性試驗研究[J]. 查甫生,劉晶晶,許龍,崔可銳. 巖土工程學報. 2013(07)
[3]水泥固化重金屬污染土的強度特性試驗研究[J]. 查甫生,許龍,崔可銳. 巖土力學. 2012(03)
[4]城市工業(yè)污染場地:中國環(huán)境修復領(lǐng)域的新課題[J]. 廖曉勇,崇忠義,閻秀蘭,趙丹. 環(huán)境科學. 2011(03)
[5]中國水泥工業(yè)能效現(xiàn)狀和節(jié)能潛力報告[J]. 李濤平. 水泥工程. 2004(04)
[6]天然沸石對土壤及養(yǎng)分有效性的影響[J]. 李長洪,李華興,張新明. 土壤與環(huán)境. 2000(02)
博士論文
[1]新型磷酸鹽固化劑固化高濃度鋅鉛污染土的機理及長期穩(wěn)定性試驗研究[D]. 魏明俐.東南大學 2017
碩士論文
[1]重金屬污染土的固化修復及長期穩(wěn)定性研究[D]. 許龍.合肥工業(yè)大學 2012
本文編號：3428232
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