酸/碱溶液预降解淤泥有机质的效果与机理讨论

淤泥是一种富含有机质的特殊土。受微生物作用,其有机质会分解出腐殖酸,而腐殖酸又影响有机质降解;同时,腐殖酸还会影响淤泥固化效果。为掌握有机质的降解规律与腐殖酸的释放模式,营造3种酸/碱度的缓冲溶液环境,酸性（pH=4.0）、中性（pH=7.0）和碱性（pH=9.0）,将淤泥分别浸泡其中,观测其有机质含量和pH值的变化过程。结果发现,酸性和碱性缓冲溶液均能加快其有机质的降解速度;但只有碱性缓冲溶液能加快有机质释放腐殖酸,同时也能消耗掉腐殖酸,使溶液呈碱性;有机质分解腐殖酸呈现“释放-消耗-释放-消耗……”的交替过程;当有机质分解完成,腐殖酸也释放结束。淤泥固化土的长期强度表明,经碱溶液浸泡后,淤泥中有机质得到预先加速降解,其长期强度不会发生衰减。由此说明,通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质,可以提升其固化土长期强度。     

碱溶液预降解淤泥有机质的效果与机制讨论

淤泥富含大量有机质,受微生物作用,有机质会逐步分解出腐殖酸;同时,腐殖酸又会影响有机质降解,进而影响淤泥固化效果。为此,通过维持恒定的碱性缓冲溶液环境（pH=9.0）,将淤泥浸泡其中,观测其有机质含量的变化过程。结果表明,碱性缓冲溶液既能加快有机质分解,也能消耗腐殖酸,使溶液保持为碱性状态;当有机质分解完成,腐殖酸也释放结束,降解过程大约持续28 d。通过掺入水泥和石灰固化淤泥,发现含有机质的固化淤泥,其强度随养护时间会先增长后衰减,但预降解有机质的固化淤泥强度不会衰减。由此说明,通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质,可以提升固化土耐久性。     

偏高岭土增强石灰-水泥固化淤泥的耐久性研究

淤泥富含有机质，分解后产生腐殖酸，进而影响淤泥固化效果。仅掺入12%水泥固化淤泥，当标准养护期超过60 d，其强度不增反减。联合掺入3%石灰和12%水泥，固化淤泥的pH值持续180 d处于10.5以上；无侧限抗压强度由750 kPa（养护期28 d）提升到1 500 kPa（120 d），说明借助石灰营造强碱性环境，可以提高水泥固化淤泥的强度；但养护到180 d后，其强度又降到1 250 kPa；钙离子浓度变化规律表明，这是由于腐殖酸溶蚀水泥和石灰的水化胶结物所致。借助偏高岭土卓越的火山灰反应能力，掺入3.0%偏高岭土，提升石灰（3%）?水泥（12%）固化淤泥的耐久性，发现180 d养护期内，其强度始终处于增长趋势，究其原因是偏高岭土富含无定形硅、铝氧化物，具有快速捕获氢氧化钙溶液中钙离子的能力，形成稳定的胶结物，而且不易受腐殖酸的侵蚀作用，证明偏高岭土能够有效提升石灰?水泥固化淤泥长期强度。     

淤泥固化处理中有机物成分的影响

针对有机质对疏浚淤泥固化处理效果产生的影响,研究有机质的主要成分腐殖酸对水泥固化的影响。研究表明,腐殖酸对水泥的水化具有抑制作用,腐殖酸含量对淤泥固化土的无侧限抗压强度和破坏应变的影响存在一个极限含量（3.62 %）,超过这一极限含量,随腐殖酸含量的增加固化土的强度和破坏应变几乎不再变化。同时,研究结果表明,随着腐殖酸含量的增加,固化土塑性增强。     

侵蚀环境中碱渣-矿渣固化淤泥的力学性质

为扩展碱渣和矿渣等工业固体废弃物的资源化利用途径,以碱渣和矿渣为固化剂对淤泥进行固化处理,开展侵蚀环境条件下固化淤泥试样的表观和无侧限抗压强度等性质试验研究,探讨侵蚀溶液对固化淤泥的作用机理。研究表明,自来水和30 g/L的NaCl溶液浸泡时,标准养护28 d的固化土表面完整性较好,试样密度随浸泡时间的增加而增大;15 g/L的MgSO4溶液和NaCl-MgSO4混合溶液浸泡时,固化土表面受到明显侵蚀,随着浸泡时间的增加,侵蚀程度逐渐加深,试样体积、质量和密度呈减小趋势。当浸泡时间从28 d增至42 d时,自来水浸泡试样的无侧限抗压强度增大,溶液浸泡试样的无侧限抗压强度基本保持不变;浸泡导致试样的延性增强,抵抗变形的能力减弱。在浸泡时间相同的条件下,MgSO4和NaCl-MgSO4混合溶液浸泡时固化土强度约为自来水和NaCl溶液浸泡时强度的一半,抵抗变形的能力也较弱。钙矾石、水化氯铝酸钙等水化产物的形成使碱渣-矿渣固化淤泥抗NaCl侵蚀能力强,但由于侵蚀作用形成微观裂隙及疏松结构导致其抗MgSO4侵蚀能力较弱。     

固化有机质淤泥试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化的一个重要方法。当采用水泥基材料对有机质淤泥固化处理时,淤泥中的有机质严重影响了淤泥固化的效果。对此,笔者进行了固化有机质淤泥的试验研究,在分析有机质对淤泥固化效果影响机理的基础上,掺加不同外加剂改善有机质淤泥的固化效果,试验结果发现,碱性剂的加入会导致有机质的溶解,削弱淤泥的固化效果,粉煤灰的加入削弱了有机质对水泥水化的阻碍作用,有效提高了固化体的强度,采用水泥一粉煤灰一硫酸钠复合固化材料大幅度提高了固化淤泥的短期强度和长期强度,粉煤灰的加入提供了大量的钙离子,其掺量越大,固化淤泥无侧限强度后期增长率越大。     

陆架边缘海环境下金属元素与有机质富集关系探讨

陆架边缘海是“河口—陆架”体系重要的碳汇,黏土矿物作为主要载体将有机质与金属元素吸附于表面或层间,通常表现为粒度、有机质和金属元素含量之间高度正相关。本文通过分析南黄海中部沉积物粒度、总有机碳、主微量元素,探讨三者之间分布特征和相互关系,进一步开展金属元素、有机质与黏土矿物吸附模拟实验,结果表明,酸性条件（pH=4）下适量的金属离子（Zn2+、Ni2+、Pb2+）明显促进伊利石对腐殖酸（有机质主要组成部分）吸附,腐殖酸吸附量达到20.06 mg/g,其中金属离子加入使腐殖酸吸附量提高6.25%;同时碱性条件（pH=8）下金属离子也能够促进伊利石对腐殖酸吸附,腐殖酸吸附量达到15.7 mg/g,金属离子加入使腐殖酸吸附量提高38.9%。金属离子的阳离子键桥作用促进伊利石吸附腐殖酸,且酸性环境下腐殖酸的吸附量高于碱性环境。证实了陆架边缘海背下金属元素的参与对黏土矿物吸附腐殖酸具有明显促进作用,有利于在全球碳循环过程形成边缘海“碳库”,同时海洋酸化可能造成海洋溶解有机质降低和重金属离子浓度升高,对陆架边缘海海洋生态系统平衡构成威胁。     

活性MgO碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀性研究

既有研究表明,活性MgO固化土经CO2碳化几小时后其强度能达到甚至超过28 d的水泥固化土强度,碳化反应生成镁的碳酸化合物能有效降低固化土的含水率和孔隙率,提高土颗粒胶结能力。通过室内试验进一步研究碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀特性。采用硫酸钠溶液、硫酸镁溶液浸泡碳化固化土,对浸泡不同龄期后的碳化固化土进行无侧限抗压强度试验和微观测试（XRD,SEM和MIP）,并与硫酸盐侵蚀后的水泥固化土进行试验对比。结果表明：活性MgO固化粉土碳化3 h,试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,经硫酸盐溶液浸泡28 d后其强度基本保持不变,试样质量变化也不大;而水泥土试样的早期强度（7 d）则有一定增长,随龄期增长,强度大大降低,质量则明显增长。通过对硫酸盐侵蚀前后的碳化土的微观机制分析,发现活性MgO碳化固化土中的镁碳酸化合物的化学成分并未发生明显变化,孔隙结构也未明显改变,从而保证其强度稳定。因此,活性MgO固化粉土碳化后具有比水泥固化土更强的抗硫酸盐侵蚀能力。     

NaCl侵蚀环境下水泥固化铬污染土的强度及淋滤特性EI北大核心CSCD

日益严重的环境污染问题导致土壤中的重金属离子越来越多,这不仅使得土的工程性质受到影响,而且有害重金属离子的渗出也会威胁人类的健康。目前常采用水泥固化技术（S/S法）来处理重金属污染土。但当地下水中富含侵蚀性盐离子时,固化后的重金属污染土会受到影响,进而改变其强度及重金属离子的滤出特性。通过系统的室内试验,对水泥固化铬污染土在NaCl溶液浸泡后的强度特性及重金属离子的滤出特性进行了研究。试验结果表明,水泥固化铬污染土的无侧限抗压强度随NaCl溶液浓度的增加而减小,而随浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7d时最小。毒性特征沥滤试验（TCLP）结果显示,浸出液中Cr3＋浓度随NaCl浓度增加而增大,随浸泡时间增加而减小;而浸出液的pH值随NaCl浓度增加而减小,随着浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7d时最小;浸出液的pH值在4.0～5.5范围内时,Cr3＋滤出量随pH值增大而减小。     

NaCl侵蚀环境下水泥固化铬污染土的强度及淋滤特性

日益严重的环境污染问题导致土壤中的重金属离子越来越多,这不仅使得土的工程性质受到影响,而且有害重金属离子的渗出也会威胁人类的健康。目前常采用水泥固化技术（S/S法）来处理重金属污染土。但当地下水中富含侵蚀性盐离子时,固化后的重金属污染土会受到影响,进而改变其强度及重金属离子的滤出特性。通过系统的室内试验,对水泥固化铬污染土在NaCl溶液浸泡后的强度特性及重金属离子的滤出特性进行了研究。试验结果表明,水泥固化铬污染土的无侧限抗压强度随NaCl溶液浓度的增加而减小,而随浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7 d时最小。毒性特征沥滤试验（TCLP）结果显示,浸出液中Cr3+浓度随NaCl浓度增加而增大,随浸泡时间增加而减小;而浸出液的pH值随NaCl浓度增加而减小,随着浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7 d时最小;浸出液的pH值在4.0～5.5范围内时,Cr3+滤出量随pH值增大而减小。     

固化疏浚淤泥做堤防填筑材料的试验研究

固化疏浚淤泥作为堤防填筑材料,既解决淤泥的处置,又可解决堤防建设中填土的缺乏。用灰渣胶凝材料（HAS）固化淤泥并测试固化淤泥土的主要物理力学性质,发现掺6 %灰渣胶凝材料固化后的淤泥土,在自然堆积28 d后的液塑限达到60 %,有机质含量降低到2 %,淤泥由原来的有机质高液限黏土（CHO）变成高液限粉质黏土（MH）,其28 d的无侧限抗压强度普遍大于1.4 MPa,凝聚力c≥100 kPa,内摩擦角?＞35°,渗透系数小于10-6 cm/s,远高于提防填筑材料的标准,表明灰渣胶凝材料固化改性淤泥成为堤防填土是可行的。     

湖底淤泥固化土的环境耐久性研究

为了评价淤泥固化土的环境耐久性,采用矿渣体系的碱激发胶凝材料(矿渣粉、偏高岭土、石灰和水玻璃)和普通硅酸盐水泥为固化剂,通过开展无侧限抗压、冻融循环、Na2SO4及NaCl浸泡侵蚀、扫描电镜和EDS-Mapping试验,分析了侵蚀环境下固化淤泥土的典型水化产物、强度演变规律、质量损失率和微观结构特征,结果表明,碱激发固化淤泥内部生成的水化硅铝酸钠凝胶(N-A-S-H)能有效提高强度,但是冻融循环和浸泡侵蚀均会导致固化土强度劣化;水泥固化淤泥受硫酸盐侵蚀后,钙矾石会呈现簇状发展而产生膨胀开裂,导致强度下降;碱激发固化剂的抗氯离子能力优于硫酸根离子,综合环境耐久性优于普通硅酸盐水泥。     

滇池固化淤泥重塑土的重塑时机及强度恢复特性试验

采用无侧限抗压强度试验和直剪试验,从单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角的角度探求了淤泥固化土重塑时导致的强度折减和重塑后土的强度恢复特性,并分析了重塑前养护龄期（T_前）、重塑后养护龄期（T_后）、水泥掺灰比（a_c）的影响。试验结果表明,重塑时机的选择对淤泥固化土的强度折减程度有显著的影响：T_前越长,破碎过程带来的强度折减越严重,且大致满足a_c越大、强度折减越严重的规律。从强度恢复特性来看：小水泥掺灰比的固化淤泥土经过T_后,其强度恢复较好;大掺灰比的重塑土其强度则较难恢复至固化土的水平,T_前越长,强度恢复越不利。从而得出了大掺灰比固化土宜早重塑,小掺灰比的重塑时间可适当延长的规律。     

基于固结-固化复合技术对温州淤泥加固的试验研究

为了对软弱淤泥土进行加固,使之满足工程建设所需的一定承载力,在试验基地采用固结-固化复合技术对淤泥进行加固研究。试验时,将一定厚度淤泥分为浅层固化加固层和深层固结加固层;浅层（≤1 m）淤泥采用固化技术进行加固,使之形成高强度硬壳层;对于深层（＞1 m）淤泥,采用真空预压技术进行加固,以提高深层淤泥的承载力并控制加固土体的后期沉降量。试验结果表明,当固化剂掺量为0.6%～5.0%时,浅层固化淤泥承载力特征值在109～330 kPa;固结-固化复合技术对土体加固效果突出,分层加固土体整体的承载力特征值在89～230 kPa;浅层淤泥经过固化处理后,土体强度较高,对地表荷载起到了明显的扩散作用,有效地减小了地表荷载在下卧层土体中产生的附加应力;多数试验单元浅层固化土的应力扩散角在19.474°～26.303°之间。     

离子类土壤固化剂对高温冻土工程性质改良试验研究

为了研究离子类土壤固化剂对青藏高原高温冻土工程性质的改良效果,分别选用酸性和碱性离子类土壤固化剂对冻结青藏粉质黏土进行了改良测试。塑性指数测试表明,两种固化剂的最优含量为0.2%。固化剂含量小于0.3%时,冻结温度相对原状土样没有明显的下降。对不同含量碱性和酸性固化土力学性质进行了测试,无侧限单轴抗压强度相对原状土样整体增大,碱性和酸性固化土抗压强度最大分别提高了78.7%和46.6%,最优配比（0.2%）的碱性和酸性固化土体积压缩系数随养护龄期增大而减小,两种固化土的体积压缩系数相对原状土样最大分别下降了80.0%和38.5%,固化效果明显。碱性固化土力学性质变化更显著,说明其更适合对青藏黏土进行改良。     

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。     

玄武岩—水相互作用的溶解机理研究

在常温常压排除大气干扰的封闭体系条件下,将一定粒度的玄武岩样品浸泡在不同酸度的水溶液里,研究玄武岩－水相互作用过程中元素释放和溶液酸度的变化情况。结果发现：（１）经过一段时间后,溶液中主要元素的浓度趋向平衡;（２）溶液酸度发生明显变化,即不论反应初始溶液是碱性的还是酸性的,最终都将趋于中性,我们把此现象称为溶液的中性化效应。根据溶液中溶解组分的浓度和样品表面组成的ＸＰＳ测定结果,提出玄武岩在碱性和酸性溶液中不同的溶解机理。     

用固化剂GX08加固杭州海湖相软土的强度特性研究

为了验证固化剂GX08加固杭州海湖相软土的效果及考察有机质对水泥固化的不利影响,对固化土的强度特性进行了试验研究。结果表明,有机质的添加会显著阻碍固化土强度的增长,而固化剂GX08能有效增强固化土的强度;固化土强度与有机质含量存在二次函数关系,与水泥掺量呈线性关系,与固化剂GX08掺量和龄期都以对数函数的形式相关;将总灰水比C/W用于固化土强度模型的建立,通过对试验数据的分析与整理,建立了同时考虑固化土中有机质含量、水泥掺量、固化剂掺量和龄期影响的固化土综合强度预测模型。最后对模型进行了推广使用,验证了模型的适用性。     

气泡混合轻质土干湿循环和硫酸钠耐久性试验研究

采用水泥和地聚合物作为固化剂制备气泡混合轻质土,测试水泥轻质土（LCSC）和地聚合物轻质土（LGSC）在干湿循环和硫酸钠长期浸泡环境下的无侧限抗压强度和质量变化率,并相互进行对比,分析干湿循环级数和硫酸钠浸泡环境对其强度特性的影响规律。结果表明,标准养护地聚合物轻质土强度约为水泥轻质土的2倍;干湿循环后地聚合物轻质土强度随干湿循环级数衰减较快且破坏程度逐渐增大,水泥轻质土强度未出现明显衰减,与水泥轻质土相比,地聚合物轻质土抗干湿能力较差;硫酸钠溶液浸泡120 d后,地聚合物轻质土强度出现小幅下降,约为标准养护28 d试样的80%;水泥轻质土出现开裂破坏,与水泥轻质土相比,地聚合物轻质土抗硫酸钠侵蚀能力较强。     

低温条件下长石溶解模拟实验研究

为了研究有机酸和无机酸对长石的溶解能力以及不同有机酸对长石溶解能力的差异,笔者等在80℃条件下,在不同pH值（4、6和8）的分别含有盐酸、乙酸和草酸的溶液中,对碱性长石和斜长石进行了溶解模拟实验研究。实验结果表明：酸性(pH=4)和弱酸性(pH=6)条件下,乙酸对两种长石的溶解能力大于草酸,碱性条件(pH=8)下草酸的溶解能力最大,无论在酸性或碱性条件下,有机酸对长石的溶解能力均高于无机酸,酸性(pH=4)条件下,斜长石与碱性长石溶解量差别不大,在弱酸性(pH=6)和碱性(pH=8) 条件下,斜长石的溶解量高于碱性长石。