养护龄期和铅含量对磷酸镁水泥固化/稳定化铅污染土的固稳性能影响规律及微观机制

采用磷酸镁水泥（MPC）对铅污染土进行固化/稳定化处理。基于无侧限抗压强度试验、渗透试验和浸出试验,研究了养护龄期和铅含量对污染土固稳性能的影响规律。试验结果表明：固化土的强度随养护龄期增加而增大,渗透系数和浸出浓度减小,7 d龄期的固化土强度和浸出浓度分别为0.36 MPa、1.75 mg/L,均满足环境安全标准;铅含量对固化土的强度及渗透特性的影响均存在临界值,为500 mg/kg。铅含量低于临界值时,固化土的强度随着铅含量的增加而增加,渗透系数随着铅含量的增加而减小。浸出浓度随铅含量的增加而增加,但浸出浓度均低于浸出安全标准。压汞试验结果表明,随养护龄期的增大,固化土孔隙体积减小,铅含量不超过临界值时,固化土孔隙体积随着铅含量的增大而减小。扫描电镜试验结果表明：随着养护龄期的增加,土颗粒团聚化越明显,胶结程度加强;铅含量不超过临界值时,土颗粒团聚体增多。镁钾磷酸盐晶体（MKP）主要通过减少孔径大于0.1 ?m的孔隙体积来影响固化土的渗透特性。     

磷酸镁水泥固化铅污染土的力学特性试验研究及微观机制

采用磷酸镁水泥（MPC）对铅污染土进行固化/稳定化处理。基于无侧限抗压强度试验和渗透试验,研究了MPC添加量、水土比对固化污染土强度及渗透特性的影响规律。结果表明,固化土的强度随MPC添加量增加而增大,渗透系数减小;水土比对固化土的强度及渗透特性的影响均存在临界值,为0.45。低于临界值时,固化土的强度随着水土比的增加而增加,渗透系数随着水土比的增加而减小。压汞试验（MTP）结果表明,随MPC添加量的增大,固化土孔隙体积减小,水土比不超过临界值时,固化土孔隙体积随着水土比的增大而减小。扫描电镜试验结果表明,随着MPC添加量的增加,土颗粒团聚化越明显,胶结程度加强;水土比不超过临界值时,土颗粒团聚体增多。镁钾磷酸盐晶体（MKP）主要通过减少孔径大于1 ?m的孔隙体积来影响固化土的强度和渗透特性。     

水泥固化铅污染土的基本应力-应变特性研究

采用水泥系固化剂,对铅污染土进行了固化处理,对固化后污染土的无侧限压缩变形特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过人工制备而成,并考虑了不同的铅离子浓度和水泥掺量。研究结果表明,随着污染土中铅含量的变化,水泥固化铅污染土的应力-应变特性、破坏应变、变形模量值不同。铅浓度为0.01%、0.1%试样的破坏应变大于不含铅试样,且随着强度的增加、龄期的增长呈幂函数减小。韧性指数可用来定量描述铅离子浓度对固化土样韧性特征的影响程度。固化铅污染土的变形模量与其无侧限抗压强度呈线性关系,线性拟合参数与铅离子浓度和水泥掺量有关。     

固化淤泥重塑土力学性质及其强度来源

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加,固化淤泥的脆性增强,塑性减弱;重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大,随着应变的增加,应力增长缓慢,塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大,而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减,并且水泥量和龄期越大,折减越多;内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用,因此,在固化淤泥重塑土的实际工程应用中,初始固化土的处理强度不应太高。     

工业废渣加固土强度特性

工业废渣的资源化是解决工业废渣环境污染的有效途径之一。以粉煤灰和高炉矿渣为固化剂,石灰为碱性激发剂,对黏土进行加固。通过室内试验的方法,分析固化剂掺入量、养护龄期等对固化土无侧限抗压强度、pH值和饱和度等发展规律的影响。试验结果表明,固化土的无侧限抗压强度随固化剂掺入量的增加而增大,随养护龄期的增加而增大,提出一个综合反映固化剂掺入量、养护龄期和压实度等因素对固化土强度影响规律的综合影响因子,固化土强度与综合影响因子呈负指数函数关系;粉煤灰+石灰和高炉矿渣+石灰可有效改良土体无侧限抗压强度特性;石灰是一种有效的碱性激发剂,可提供工业废渣发生火山灰反应的高碱性环境。试验成果为工业废渣改良不良土质的设计提供试验依据。     

水泥固化/稳定锌污染土的强度和变形特性试验研究

在不同水泥掺量不同和龄期条件下对不同Zn2+浓度的水泥固化/稳定重金属污染土(CHMS)进行了无侧限抗压强度试验。分析了CHMS的应力-应变关系和强度发展随Zn2+浓度的变化特性;采用参数（qu/qu,Zn0）对CHMS的无侧限抗压强度随龄期发展规律进行了评价;讨论了Zn2+浓度对破坏应变和变形模量的影响。结果表明,锌离子浓度对CHMS的无侧限抗压强度、破坏应变和变形模量的影响均存在“临界浓度”（0.05%）。低于“临界浓度”时,锌离子对CHMS的强度和变形发展影响不明显;高于“临界浓度”时,CHMS的强度和变形发展规律受锌离子浓度影响显著     

土性对工程泥浆固化强度影响规律及微观机理

本文开展了一系列不同液限高分子吸水树脂固化工程泥浆无侧限抗压强度试验, 探讨了泥浆土液限对固化效率的影响规律, 对比研究了掺入高岭土对泥浆固化强度的改进程度, 最后基于XRD和SEM试验揭示了液限和高岭土对固化泥浆强度影响的微观机理。结果表明: 随着泥浆土液限的增大, 固化泥浆土强度逐渐降低, 固化效率随着泥浆土液限增大显著衰减, 当液限增加10%, 固化泥浆土强度qu平均减少48.2%。然而高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的强度, 并且强度增长率随着龄期逐渐增大, 对于龄期为90天时, 增加40%高岭土能够提升固化泥浆土强度qu 1.17倍。微观结构试验表明泥浆土液限变化对水化产物产量的影响较小, 固化泥浆土强度随泥浆土液限减小主要是由于固化泥浆土孔隙随着泥浆土液限增大而增多, 使得微观结构松散从而导致强度降低。高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的水化产物产量, 增强了固化泥浆土胶结强度, 从而提升了固化泥浆土强度。因此, 在实际工程中, 一方面可以通过调配泥浆土液限来提高固化效率; 另一方面可以通过掺入高岭土或者一些高岭土基废弃物(如高岭土尾矿)来提高固化强度, 实现“以废制废”绿色环保的理念。     

冻结水泥土无侧限抗压试验研究

城市地铁盾构进出洞及联络通道施工中常常采用水泥土预先加固辅以人工冻结法补充加固的施工工艺,为掌握冻结水泥土的力学性能及相关设计参数,开展了系列冻结水泥土无侧限抗压性能室内试验研究,研究结果表明:水泥土无侧限抗压强度随温度的降低、水泥掺入比的增加呈线性增大,随养护龄期的增加呈对数增大;水泥土的抗压强度和弹性模量随着温度的降低基本呈线性增大,在常温下随水泥掺入比呈线性增大,在-10℃下随水泥掺入比呈指数增大,并随着养护龄期的增加呈对数增大;温度、水泥掺入比和龄期三个因素中温度对水泥土抗压强度的影响最大;随水泥掺入比、龄期的增加,冻结水泥土与常温水泥土强度及弹性模量差异呈指数规律减小,最终趋于稳定比值.     

水泥-粉煤灰固化/稳定重金属污染土的电阻率特性试验研究

固化/稳定法修复重金属污染土固化机制的研究方法多基于力学测试和化学分析,因而提出无损、快捷方便且经济有效的物理评价方法是目前亟待解决的关键问题。通过系统的室内试验,利用电阻率法研究了水泥-粉煤灰固化重金属污染土的微观作用机制,并建立了基于电阻率的固化铅污染土无侧限抗压强度预测模型。试验结果表明,随着养护龄期的增加,试样电阻率、孔隙水电阻率、结构因子、形状因子均显著增大,而各向异性系数则随之减小。而增加重金属离子浓度,电阻率、孔隙水电阻率以及平均形状因子明显减小,各向异性系数A则逐渐增大。扫描电镜分析结果与电阻率参数变化规律吻合,进一步验证了电阻率法揭示水泥-粉煤灰固化重金属污染土微观作用机制的可行性。此外,电阻率与无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系,可作为评价固化土体力学性能的指标。     

活性氧化镁−微生物固化黄土试验研究

以活性氧化镁和微生物共同作用固化的黄土试样为研究对象,通过含水率、无侧限抗压强度、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等试验,研究了活性氧化镁掺量、养护龄期和初始含水率对固化试样含水率、无侧限抗压强度、固化产物和微观结构等的影响。结果表明：固化试样含水率随氧化镁掺量增加和养护龄期增长而降低;无侧限抗压强度随活性氧化镁掺量（5%～20%）增加而增大,随龄期发展总体上不断增大,但当氧化镁掺量为10%和15%时,后期强度稍有降低;当氧化镁掺量为5%和10%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加而减小,而当氧化镁掺量为15%和20%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加先增大后减小。XRD和SEM结果显示,随着氧化镁掺量增加,水化后未进一步反应的氢氧化镁越多;反应生成的水合碳酸镁具有膨胀性和胶结性,对土颗粒间缝隙进行填充,并将土颗粒胶结在一起。     

冻融循环对固化铅污染土强度与孔隙特征影响的试验研究

水泥基固化剂封闭是近年来重金属污染修复治理的主要技术手段之一。冻融循环作用是影响水泥固化重金属污染土力学特性的重要外营力。本文以人工制备的铅污染土为研究对象,结合冻融实验和室内土工试验,研究冻融循环作用对铅污染土无侧限抗压强度的影响。结果表明:随着水泥掺量的增大,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度增大,破坏应变减小;随着铅离子掺量的增大（污染程度升高）,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u降低,应力-应变曲线变化趋势更加相似;水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u随冻融频次的增大而降低;相同冻融频次条件下,随着水泥掺量的增加,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u损失率降低。基于SEM图像对固化铅污染土进行微观结构定量分析,表明随着冻融次数的增加,试样中细颗粒（< 1 μm）和细孔隙（< 2 μm）所占比例均提高。冻融作用对土体结构的破坏可能是导致土样无侧限抗压强度q_u降低的主要原因。     

CaO对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土的影响

为研究CaO的赋存形态及含量对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果的影响,采用高铝水泥提供AlO2-,纯石膏或磷石膏提供SO42-,高铝水泥、石膏、普通硅酸盐水泥或生石灰提供CaO,制备不同组分固化剂配比的固化土,测试试样强度和孔隙溶液pH值等宏观物理力学指标,通过醋酸缓冲溶液法测试试样的铅溶出量,对比分析不同固化剂固化土的矿物成分与微观结构特征。结果表明,钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果显著;钙矾石对孔隙的填充作用带来的增强效果不能代替水化硅酸钙胶结土颗粒的胶结作用,普通硅酸盐水泥对试样的强度更有利,但其后期强度增幅不大,而生石灰有利于固化土强度的持续增长;生石灰较普通硅酸盐水泥对钙矾石的形成、稳定和重金属Pb2+的固化/稳定化更有利;磷石膏和纯石膏对试样的pH值、无侧限抗压强度及钙矾石固化/稳定化重金属Pb2+的效果影响较小;固化土体微观结构特征表明,CaO含量对钙矾石生成形态及作用效果影响显著。当CaO含量较低时,早期生成的钙矾石将向单硫型硫铝酸钙转化。研究成果可丰富重金属污染场地原位处理技术,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥试验研究

在传统水泥固化处理方法的基础上,提出用水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥的方法,以期达到以废治废,将废弃高含水率疏浚淤泥经济合理转化为良质土资源的目的。系列室内试验的结果表明,磷石膏对疏浚淤泥固化土的增强效果显著,并存在一最佳掺量,最佳掺量随淤泥初始含水率增大而增大,水泥-磷石膏双掺固化土的应力-应变曲线表明,其破坏应变一般在2%～3%左右,变形系数E50与抗压强度近似呈线性递增关系。     

挥发性有机物污染泥浆固化稳定化试验研究

针对有机污染场地修复施工过程中出现的冒浆现象,选取2种典型有机污染泥浆,通过多组室内试验,对比分析了4种固化剂的固化稳定效果。结果表明：4种固化剂均有较好的减水效果,典型泥浆I的含水率28 d降幅可达45%,而典型泥浆II的28 d减水效果以固化剂A（5%水泥）最优,其含水率降幅为37%;固化土样孔隙水电导率EC随龄期先升高后降低,其峰值出现在3 d或7 d;固化土样pH值总体随龄期而增大,且典型泥浆II的pH值明显高于典型泥浆I;泥浆固化后qu值随龄期发展而快速增长,且典型泥浆I强度远高于典型泥浆II,并以固化剂A、C固化增强效果最佳,28 d时固化剂C固化的典型泥浆I、II的qu值分别达到233、48 kPa;添加固化剂尤其是含凹凸棒土的固化剂B、D能有效降低有机污染物的浸出,其28 d龄期对典型泥浆I、II的稳定率超过81%。固化泥浆EC、pH值与qu值关系具有明显规律,可反映其强度生长状况。     

固化铅污染土的干湿循环耐久性试验研究

在商用高岭土、膨润土与商业黄砂混合物中加入硝酸铅溶液,添加水泥和石灰两种固化剂,采用室内压实制样方法获得固化的铅污染土试样。进行干、湿循环试验,测试固化体的质量损失和无侧限抗压强度等参数随干、湿循环次数的变化规律,评价固化铅污染土的干、湿耐久性。测试结果表明,本试验8种配比的试样都满足干、湿循环的要求;黏土矿物为膨润土的试样干、湿循环耐久性比黏土矿物为高岭土的试样要差;水泥固化土的干、湿循环耐久性要略优于石灰固化土;加入 8 000 mg/kg的铅可略增大土体的抗干、湿循环耐久性。水泥和石灰固化/稳定化重金属污染土时,土体中含水率是保证加固效果的关键参数之一。土体中含水率应能满足固化剂充分水化、水解、火山灰和碳酸化反应之需要。     

Amendments affect lead mobility and modulated chemo-speciation under different moisture regimes in normal and salt-affected lead-contaminated soils

The total lead content in the soil itself is insufficient as a measure to indicate the actual environmental risks related to the presence of lead in the soil. Understanding the mobility of lead and its chemical speciation in soil solution is of great importance for accurately assessing environmental risks posed by lead. Therefore, a laboratory study was carried out to evaluate the effect of inorganic amendments (gypsum, rock phosphate and di-ammonium phosphate) on lead mobility and chemical speciation under different moisture regimes (flooding regime and 75 % field capacity) in normal and salt-affected lead-contaminated soils. After 2, 7, 15, 30, 100 and 110 days of incubation, pore water samples were collected by using Rhizon soil moisture samplers. In order to estimate the chemical speciation of lead in pore water, Visual MINTEQ 3.0 modeling approach was used. The results showed that presence of free Pb²⁺, PbCl⁺, Pb(SO₄) ₂ ^2? , and PbH₂PO₄ ⁺ was significantly (P ≤ 0.05) affected by the soil moisture regime, incubation time and applied amendments in lead-contaminated soils. The Visual MINTEQ 3.0 predicted free Pb²⁺ species concentration was found higher in lead-contaminated soils, while PbCl⁺ was more pronounced in salt-affected soils. Gypsum increased the occurrence of Pb(SO₄) ₂ ^2? , while di-ammonium phosphate and rock phosphate enhanced the PbH₂PO₄ ⁺ species formation and decreased free Pb²⁺ species in pore water. Thus, gypsum is the most effective in reducing lead and free Pb²⁺ species concentrations in the pore water under different soil moisture regimes and incubation times in normal and salt-affected lead-contaminated soils.     

水泥固化重金属污染土的强度特性试验研究

土体受到重金属离子污染后,会引起土的工程性质的改变,重金属离子的渗出也会给周围环境带来严重的危害。在国外,目前常采用水泥固化技术来处治重金属污染土;而在我国,这方面的研究成果还很少。主要通过系统的室内试验和理论分析,研究了在不同污染物掺量、污染物类型、水泥掺量以及养护龄期条件下固化污染土的强度特性。试验结果表明,金属污染物的存在会导致土体无侧限抗压强度较小幅度的降低,但随着水泥掺入量及养护龄期的增加,土体强度会有显著提高。试验结果还发现,不同的污染物类型及掺入量对固化污染土强度存在不同的影响,NaCl能促进水泥固化土早期强度的提高,而CuCl2和AlCl3则会阻碍水泥与土的固化反应。