吹填泥浆固化及长期力学性能试验研究

利用粉末固化剂对天津滨海新区高含水率吹填泥浆进行固化试验,分析了含水率、龄期、固化剂掺量对吹填泥浆固化土强度的影响,基于试验结果确定了满足强度要求且经济合理的固化剂掺量为3%。以养护60 d的泥浆固化土无侧限抗压强度为基准,建立了无侧限抗压强度随水灰比和龄期变化的预测公式。通过三轴蠕变试验,对含水率为160%、养护28 d的泥浆固化土进行了长期特性分析,发现其蠕变特征与结构性软黏土接近,并利用等时曲线确定了其长期强度,在此基础上求得泥浆固化土在长期荷载作用下的抗剪强度指标,为吹填固化土的安全应用提供理论支持。     

泥水盾构隧道废弃泥浆改性固化及强度特性试验

泥水盾构隧道施工产生大量的废弃泥浆,可能带来环境污染、侵占土地等问题,影响城市的正常运转。本文以厦门市某隧道施工现场产生的废弃泥浆为研究对象,采用化学固化技术处置泥浆,测试不同影响因素（固化剂种类、固化剂掺入比、泥浆初始含水率）对改性固化后泥浆抗压强度、pH值、含水率等特性的影响,分析固化机理并解释相关现象,获取最优固化剂种类、掺入比、泥浆初始含水率。对比试验结果表明最优固化剂种类为CERSM泥浆固化剂Ⅱ,掺入比为10%,泥浆初始含水率为100%。在此基础上,本文进一步探讨改性固化后泥浆的强度特性,28 d后固化泥浆抗压强度可达1.5 MPa,是普通水泥固化泥浆强度的4倍,可用做建筑填料,解决环境污染问题,并实现废弃泥浆的资源化利用。     

固化风沙土强度特性及固化机制试验研究

通过PX固化剂对库布其沙漠风沙土进行加固。对不同含水状态、不同固化剂掺量、不同养护龄期下固化风沙土的强度特性进行试验研究。试验结果表明,不同含水状态下风沙土的强度特性是不同的,相同固化剂掺量、相同养护龄期时,固化风沙土在最优含水率下的无侧限抗压强度远远大于饱和含水率下的强度。相同含水状态下固化风沙土无侧限抗压强度随固化剂掺量增加、养护龄期延长而增大,且在养护初期强度增长较快,当固化剂掺量为8 %、养护龄期为28 d时,固化风沙土强度满足国际上对固沙强度的要求。最优含水率下固化风沙土抗剪强度较风沙土有较大提高;当固化剂掺量为8 %时,固化风沙土凝聚力和内摩擦角均达到最大,此时固化风沙土抗剪强度约为风沙土的1.8倍。进而,通过扫描电镜对风沙土固化前后微观结构变化进行试验研究。研究结果表明,风沙土中掺入PX固化剂后,颗粒间由原来的弱连接变为胶结连接,解释了固化风沙土较风沙土强度得以提高、稳定性得以改善的内在原因。     

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。     

淋滤条件下GGBS-MgO固化铅污染黏土强度与溶出特性研究

以粒化高炉矿渣粉-氧化镁（GGBS-MgO）固化铅污染黏土为研究对象,通过半动态淋滤试验,对GGBS-MgO在酸雨作用下的强度特性及溶出特性进行研究。通过对GGBS-MgO固化铅污染黏土半动态淋滤后pH值、针刺深度、无侧限抗压强度及浸出液中[Pb]、[Ca]、[Mg]元素浓度的测试,分析淋滤液初始pH值、掺量以及含铅不含铅对GGBS-MgO固化土强度特性的影响,讨论了初始淋滤液pH值、固化剂掺量对GGBS-MgO固化铅污染土累积铅、钙、镁溶出质量以及铅有效扩散系数的影响规律。结果表明,半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度qu较标准养护39 d试样降低了2%～53%,且淋滤液初始pH=2对试样qu影响最大;在相同掺量、相同淋滤液初始pH值时,GGBS-MgO固化未污染土半动态淋滤后qu较水泥固化未污染土qu提高了12%～43%;且当固化剂掺量为18%时,固化铅污染土强度特性较水泥有明显优势,约为水泥固化铅污染土强度的1.3～1.8倍;且相同配比时,淋滤液初始pH=2表层的pH值约为pH=3、4、5、7的1/2;随着淋滤液初始pH值、半动态淋滤后qu及内部pH值的增加,针刺深度减小;针贯入阻力与qu存在幂指数关系。此外,累积铅、钙、镁溶出质量随着初始淋滤液pH值、固化剂掺量的增加而减少,在初始淋滤液pH=2时,Ai,Pb、Ai,Ca、Ai,Mg分别约为pH=3、4、5和7的29～222倍、1.7～4.4倍和12.0～80.3倍;固化剂掺量为12%时的累积溶出质量约是18%掺量时的1.1～2.0倍;铅有效扩散系数De随着初始淋滤液pH值的增加而降低,初始淋滤液pH=2时的De比pH=3～7的De高约3～5个数量级;且低于水泥固化铅污染土De,当初始淋滤液pH=7时,GGBS-MgO固化土De相比于水泥固化土低1～2个数量级。     

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。     

城市污泥新型固化技术及其力学特性

我国城市污泥产量巨大,如果得不到妥善处理将会严重影响环境综合治理。为了研究一种高效、资源、稳定的城市污泥处理技术,对城市污泥先进行生石灰消化处理,再通过正交试验,以无侧限抗压强度为指标,优选出生石灰、原料土、城市污泥、固化剂等的最佳配比,配制成一种新型城市污泥固化土,并对其力学特性进行试验研究。试验结果表明：研制的新型城市污泥固化剂固化处理城市污泥效果很好,重金属浸出量满足国家规范要求,污泥固化土强度随着养护龄期的增加而增大,且28 d后慢慢趋于相对稳定,碱性对强度有促进作用,建议固化土初始配制含水率最高控制在45%～50%之间。三轴剪切试验得到的应力峰值和结构屈服应力随着围压和养护龄期的增大而增大,环剪试验得到的残余强度与养护龄期及有效法向应力成正比,与剪切位移成反比。     

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。     

固化剂对软土强度影响的试验研究

不同固化剂对软土的加固效果有一定差异,且固化土的强度特性愈来愈受到重视。通过不同掺入比和不同龄期时固化土（新型固化剂#Ι）的无侧限抗压强度试验结果,分析了掺入比、龄期对固化土强度的影响。试验结果表明,固化剂#1对黏土的加固效果优于水泥,固化土的强度为水泥土的1.5～2.4倍;固化剂强度与龄期、掺入比关系密切,不同掺入比时随龄期的增长固化土强度的变化也有所不同。     

生石灰-石粉-WSS固化剂在钻渣废弃土筑路再生中的应用

围绕钻渣废弃土含水率高、塑性指数大、施工性能差3个问题,设计了生石灰+石灰岩石粉的预处理方案,通过一系列室内试验,从脱水效率、界限含水率变化幅度、预处理后土颗粒形态和破碎难易度4个方面选择出最优配合比。之后使用矿渣-纳米复合土壤固化剂(WSS)对预处理土进行固化,以无侧限抗压强度(q_u)、水稳定性(γ_w)、加州承载比(CBR)和抗压回弹模量(E_c)为指标评价固化效果,同时对预处理的辅助固化作用进行分析。除此之外,本试验还探究了最大粒径等级(D_max)对固化土强度、破碎形态和水稳系数的影响。结果表明：本预处理方法能有效降低废弃土含水率并提高脱水速率,显著改善土体的界限含水率与颗粒形态,增进与粉末状固化剂的拌和效果。钻渣废弃土经“3%生石灰+3%石灰岩石粉+3%WSS”处理后,28 d龄期无侧限抗压强度(q_u)为2.13 MPa,高于传统水泥固化方案和不进行预处理的固化方案。经分析得出,预处理剂可以絮凝-硬化黏土颗粒并疏松土体结构,还可以让土体呈碱性以增强WSS与水泥的固化效果。此...     

电镀场地重金属铬污染土固化率及稳定性研究

为了解决宁波地区电镀场地重金属污染问题,研究利用自配固化剂开展铬污染土的毒性浸出试验、无侧限抗压强度试验、动荷载作用下的长期稳定性试验以及扫描电镜试验。在此基础上分析固化土的力学特性、浸出特性等随养护龄期、固化剂掺量、固化剂配比、铬污染水平的变化规律。结果表明：自配固化剂对铬污染土的固化率均达85%以上,固化率大体上随...     

丙烯酰胺聚合固化盐渍土试验研究

滨海盐渍土中易溶盐遇水溶解,引起强度明显下降,变形增大,严重影响其作为生土材料的工程性能。利用丙烯酰胺（AM）原位聚合对盐渍土进行改良,探讨固化条件对其力学性能与耐水性能的影响。试验结果表明,当加热温度为70 ℃、加热时间为6 h,AM单体用量为盐渍土用量的3%,引发剂用量为AM用量的3%,且不加入交联剂时,用量较为经济且具有较高的抗压和抗折强度,在龄期为7、14、28 d时,其抗折强度分别可达到2.265、3.603、5.255 MPa;抗压强度分别达到5.6、13.7、16.2 MPa;与28 d龄期的原试样进行对比,AM聚合固化后试样的抗折强度和抗压强度分别提高了4～5倍,相比传统砌体砂浆材料强度大幅提高,加固后试样的耐水性能和收缩率也都得到明显的改善。利用电镜扫描（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）对其微观机制变化进行了初步探讨,发现改良后土样孔隙含量大大减小,且其矿物结构并未发生变化,可视为一种新型环保生土建筑材料应用于工程建设中。     

Pilot-scale field investigation of ex situ solidification/stabilization of soils with inorganic contaminants using two novel binders

Recently, two novel binders, one by-product-based binder named as GM and one phosphate-based binder named as KMP, have emerged that can stabilize soils spiked with mixed lead and zinc contaminants. However, field evaluations of the stabilization of actual soils that contaminated with mixed zinc (Zn) and inorganic chloride (Cl^?) using GM and KMP have not been performed yet. This study presents a pilot-scale field test to evaluate the performance of GM and KMP to stabilize these inorganic contaminants in soils at two locations in an abandoned industrial plating plant site. The field soils were stabilized and cured for 1, 3, 7, and 28 days and tested for dry density, dynamic cone penetration, soil pH, and leachability. Laboratory unconfined compression tests were performed, and the relationship between unconfined compressive strength and dynamic cone penetrometer index was assessed. The results showed that the strength of both the GM- and KMP-stabilized soils after 28-day curing improved significantly, and the leached Zn and Cl^? concentrations were well below the corresponding remediation limits. In general, the KMP-stabilized soil demonstrated superior performance in terms of higher dry density, unconfined compressive strength, average dynamic cone penetration resistance, lower dynamic cone penetrometer index in the early curing stage (7 days), and lower leached Zn concentration under all curing times. In contrast, the GM exhibited superior immobilization of Cl^? in the contaminated soil irrespective of the curing time. The results demonstrate that GM and KMP are promising binders for treating Zn- and Cl^?-contaminated soils at plating and other industry sites with similar contaminants.

     

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。     

冻融循环下含磷材料固化锌铅污染土的强度及溶出特性研究

采用新型含磷材料（KMP）及水泥（PC）固化稳定化锌（Zn）、铅（Pb）重金属污染土,研究试验土经冻融循环后的毒性浸出（CLP）、无侧限抗压强度（UCT）、压汞试验（MIP）及化学形态分析（BCR）,探究固化污染土的力学特性及耐久特性。试验结果表明,经冻融循环后,未处理污染土Zn、Pb浸出值均超过中国土壤标准;采用KMP和PC固化后,Zn、Pb浸出浓度明显低于未处理污染土;KMP固化污染土比PC固化污染土重金属固化效果更为显著,并能达到中国土壤标准;与常规养护相比,冻融循环之后的固化土体强度明显减小;经过12级冻融循环的KMP固化复合Zn、Pb重金属污染污染土强度高于PC固化试样8.6倍。压汞试验表明,经12级冻融循环后固化污染土孔隙体积增大,化学形态分析结果表明,采用KMP、PC固化重金属污染土中可交换态Zn随着养护龄期的增长而减少,残渣态Zn增加。     

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。     

Surfactant-enhanced remediation of contaminated soil: a review

Extracting aqueous solutions with or without additives are employed to solubilize contaminants in soil. Since water solubility is the controlling removing mechanism, additives are used to enhance efficiencies. These additives can reduce the time to treat a site compared to the use of water alone. Additives must be of low toxicity and biodegradable. The research in this area has focussed mainly on halogenated volatile organic compounds (VOCs) and is still quite limited for metal removal. Additives include surfactants, organic and inorganic acids, sodium hydroxide, which can dissolve organic soil matter, water-soluble solvents such as methanol, displacement of cations with nontoxic ones, complexing agents such as EDTA, acids in combination with complexing agents or oxidizing/reducing agents. Cationic, anionic and nonionic surfactants are particularly used for soil washing or flushing. They contain both hydrophobic and hydrophilic portions, making them ideal for solubilization of hydrophobic compounds. Numerous studies have indicated that surfactants enhance recoveries of non-aqueous phase liquids (NAPLs). There have also been indications that pretreatment of soil with surfactant washing to solubilize hydrophobic compounds such as PAHs enhances biodegradation of these contaminants. A few in situ field studies have been performed with surfactants. Large-scale treatment has been done mostly for organic removal. Soil pH, soil type, cation exchange capacity (CEC), particle size, permeabilities and contaminants all affect removal efficiencies. High clay and organic matter contents are particularly detrimental. Understanding the chemistry of the binding of the contaminant and the hydrogeology of the site are very important. Once the water is pumped from the soil, it must be extracted and then treated to remove the hydrocarbons and metals. Several technologies exist such as sodium hydroxide or sodium sulfide precipitation, ion exchange, activated carbon adsorption, ultrafiltration, reverse osmosis, electrodialysis and biological processes. Recycling of the surfactants is desired to decrease treatment costs.

This paper will provide an overview of the laboratory research, field demonstration and full-scale application of surfactants for the remediation of contaminated soil. The majority of pilot scale in situ flushing tests, particularly in the United States, have involved the use of surfactants and co-solvents. There are only a few full-scale projects however. Recent laboratory scale efforts by the authors concerning the use of biosurfactants, biologically produced surfactants, to enhance the removal of copper, cadmium and zinc from contaminated soils and sediments are discussed. Three types of biosurfactants were evaluated for their effectiveness. They included a lipopeptide called surfactin from Bacillus subtilis, a rhamnolipid from Pseudomonas aeruginosa and a sophorolipid from Torulopsis bombicola. The results indicated the feasibility of removing the metals with the anionic biosurfactants even though the exchangeable fractions were not significant.     

磷酸镁水泥固化铅污染土的应力-应变特性研究

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,系统地研究了MPC添加量、养护龄期、水土比和污染土铅含量对固化污染土应力-应变特性的影响规律。结果表明,固化污染土的应力-应变曲线呈现出3个阶段,即压密阶段、弹性阶段和破坏阶段;随着MPC添加量和养护龄期的增加,固化污染土的抗压强度qu增大,变形模量E50增大,破坏应变εf减小;水土比和铅含量对固化土的抗压强度qu和E50均存在临界值,分别为0.45和500 mg/kg,低于临界值时,固化土的qu和E50随着铅含量和水土比的增加而增加,εf随着qu增加呈幂函数规律减小,E50随着qu的增加呈线性增加,E50随着εf的增加呈幂函数规律减小。