干湿循环对石灰粉煤灰固化石油污染土抗压强度的影响

中国北部沿海地区夏季多雨,春季干燥多风,土体吸水膨胀、脱水收缩,降低了固化土的抗压强度,研究固化土干湿交替条件下的力学稳定性是实现其工程利用的前提。室内模拟干湿循环,借助无侧限抗压强度指标探究石灰粉煤灰固化石油污染土的力学分布规律。结果表明:经历干湿循环后固化污染土的质量前6次下降较小,7~8次下降明显,9次后趋于稳定,最大下降幅度为4.5%;固化污染土的抗压强度随干湿循环次数的增加而增强,3次循环后抗压强度较初始强度增加了35%,之后逐渐减弱,7次循环后强度趋于稳定,稳定时强度达到初始强度的70%;固化污染土强度的水稳性随含油率的提高逐渐降低,破坏形态随干湿循环次数的增加由软化型逐渐向硬化型转变;当二灰比为0.75,抗干湿循环稳定性较好。石油污染土重新利用时应注意干湿循环对工程的影响。     

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。     

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。     

石灰粉煤灰固化石油污染土的渗透特性及其工程再利用探讨

固化改性污染土的渗透性是推进污染土工程再利用需关注的指标之一。借助GDS环境土柔性壁渗透测试仪,优选兼具吸附与固化作用的石灰粉煤灰作为固化材料,以围压、渗透压、污染强度为变量参数,以固化前后石油污染土的渗透系数及土中残余含油量为指标,结合X射线衍射和扫描电镜,厘清渗透性演变及污染物迁移扩散规律,并以此探讨固化石油污染土的工程再利用性。研究结果表明：固化产物对石油分子的吸附作用弱化了石油斥水性,增加了渗透的有效通道,固化石油污染土的渗透系数较未固化石油污染的提高了两个数量级;土体干密度增大会增强对石油的吸附截流作用,围压、渗透压及污染水平的增大会增强土颗粒间相互作用,均引起石油污染土及固化石油污染土渗透性降低。固化作用可有效控制渗透作用下石油污染物的迁移扩散,各部位的残余含油量均非常接近于初始含油量,避免了渗透污染风险。结合石灰粉煤灰固化石油污染土力学特性(抗压强度为1 280.10 kPa,抗剪强度为388.88 kPa)、渗透性(渗透系数为4.28×10^-6～7.39×10^-6 cm/s)及迁移控制性(波动率为0.30%～4.90%),石灰...     

高钙粉煤灰加固促淤地基机理和性状试验研究

结合高钙粉煤灰与上海浦东国际机场工期促淤软土拌和后加固土体的室内外试验,指出高钙粉煤灰足加固促淤软土地基的一种新型材料。基于在不同掺灰量、不同游离氧化钙含量和添加不同激发剂情形下拌和灰土的室内物理力学性能试验,探讨了高钙粉煤灰加固促淤软土的固化机理和工程特性,加固后土体在无侧限抗压强度、变形、渗透特性以及抗液化能力等方面均有明显改善,指出灰土强度与掺灰量、土体改性激发剂的品种和数量以及养护龄期有关,高钙灰与土体拌和后自膨胀特性下降为12％,消除了高钙灰的体积不稳定问题。现场进行粉喷桩加固软土地基试验表明,复合软土地基的极限承载力达到240kPa以上,可以替代水泥土搅拌桩,桩间土体强度和变形也得到改善。加固场地地下水质分析表明,高钙灰加固促淤软土地基不会影响地下水质和环境。     

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     

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。     

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。     

淋洗剂乙二胺四乙酸对重金属污染土工程特性的影响

以重金属铅（Pb2+）污染土和淋洗剂乙二胺四乙酸（EDTA）为研究对象,通过批次试验研究了不同浓度EDTA的淋洗对Pb2+污染土的渗透特性、持水特性、压缩特性、抗剪强度等工程特性的影响,为淋洗修复后土壤的二次利用提供参数支持。基于矿物成分、孔隙结构等微观试验,揭示了土壤工程特性变化的内在机制。研究结果表明,当淋洗剂EDTA浓度从0增加到0.15 mol/L,经淋洗修复后的污染土壤pH值从7.94下降到5.12,渗透系数降低超过一个数量级,黏聚力降低50%以上,而内摩擦角增大,持水性能提高,孔隙比从0.81下降到了0.76。微观试验的结果表明,随着淋洗剂浓度的增大,土壤中的蒙脱石、钠长石和伊利石矿物含量减少,石英矿物含量增加,其中蒙脱石含量从7.87%下降到了0.07%,而石英矿物含量增加了11.09%;淋洗后土壤单位质量进汞量由0.22 ml/g降低到0.15 ml/g,土壤总孔隙体积减少。重金属污染土淋洗修复工程在考虑重金属去除率及经济性指标的同时,还应考虑淋洗剂对土壤工程特性的弱化。     

掺土粉煤灰的工程性质试验研究

粉煤灰是火电厂燃煤的副产品,如何处理利用是国内外十分关注的问题。目前,解决这一问题的途径很多,利用粉煤灰进行筑坝或作为基础填筑材料是比较有效的消纳方法。粉煤灰是一种轻质、多孔松散体,在许多方面具有比较优越的工程性能,但因为纯的粉煤灰缺少必要的凝聚力,对水的反映较为敏感,从而对工程的安全运行造成不利影响。在粉煤灰中掺合不同量的黏土有望改善粉煤灰的工程性能,对不同掺土量粉煤灰力学特性的研究有助于更好促进粉煤灰的工程应用。以咸阳渭河电厂粉煤灰为研究对象,对其掺入不同比例的黄土掺合形成掺土粉煤灰,通过击实试验、压缩试验、直剪试验和三轴试验等研究不同掺土量下粉煤灰的工程特性,得到不同掺土量对粉煤灰变形及强度特性的影响规律,为在工程中有效利用粉煤灰,改善其工程性质提供参考。     

Utilization of fly ash for stabilization/solidification of heavy metal contaminated soils

Pozzolanic-based stabilization/solidification (S/S) is an effective, yet economic remediation technology to immobilize heavy metals in contaminated soils and sludges. In the present study, fly ash waste materials were used along with quicklime (CaO) to immobilize lead, trivalent and hexavalent chromium present in artificially contaminated clayey sand soils. The degree of heavy metal immobilization was evaluated using the Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) as well as controlled extraction experiments. These leaching test results along with X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope and energy dispersive X-ray (SEM–EDX) analyses were also implemented to elucidate the mechanisms responsible for immobilization of the heavy metals under study. Finally, the reusability of the stabilized waste forms in construction applications was also investigated by performing unconfined compressive strength and swell tests. The experimental results suggest that the controlling mechanism for both lead and hexavalent chromium immobilization is surface adsorption, whereas for trivalent chromium it is hydroxide precipitation. Addition of quicklime and fly ash to the contaminated soils effectively reduced heavy metal leachability well below the nonhazardous regulatory limits. Overall, fly ash addition increases the immobilization pH region for all heavy metals tested, and significantly improves the stress-strain properties of the treated solids, thus allowing their reuse as readily available construction materials. The only potential problem associated with this quicklime–fly ash treatment is the excessive formation of the pozzolanic product ettringite in the presence of sulfates. Ettringite, when brought in contact with water, may cause significant swelling and subsequent deterioration of the stabilized matrix. Addition of minimum amounts of barium hydroxide was shown to effectively eliminate ettringite formation. Overall, due to the presence of very high levels of heavy metal contamination along with sulfates in the solid matrices under study, the results presented herein can be applied to the management of incinerator and coal fly ash, boiler slag and flue gas desulfurization wastes.     

MICP技术联合多孔硅吸附材料对锌铅复合污染土固化/稳定化修复的试验研究

近年来,工业和科技的快速发展使得重金属污染土固化/稳定化的修复研究成为热点。运用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术联合吸附材料对锌铅复合重金属污染土进行固化/稳定化的修复,通过无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验,评价处理前后污染土的固化效果与重金属的稳定化效果,结合扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等检测手段,揭示MICP技术处理锌铅重金属污染土的修复机制。研究结果表明,采用MICP技术对锌铅重金属污染土进行固化/稳定化之后,可以有效降低污染土中有害重金属的浸出性。当矿化时间为10d时,试样无侧限抗压强度为942.5k Pa;铅的浸出浓度为4.20mg/L,比未处理时降低了44.81%;锌的浸出浓度为4.31mg/L,比未处理时降低了46.19%,效果显著。在此基础上,添加10%的多孔硅吸附材料后,试样无侧限抗压强度可达到1 021 kPa,强度提高了8.3%;铅的浸出浓度为2.45mg/L,与未经处理时相比,降幅达到了67.81%,与单纯MICP方法处理时相比,铅浸出浓度被二次降低了41.67%;锌的浸出浓度仅为2.93 mg/L,与未经处理时相比,降幅达到了63.4%,与单纯...     

Characteristics of heavy metal accumulation on fly ash- and sewage sludge-amended calcific soil

Land disposal of fly ash(FA)and sewage sludge(SS)is a major problem due largely to their potentially harmful constituents.In this paper,a potting experiment was performed to evaluate the effects on the plant growth and to discuss in particular the potential hazard to soils and plants according to the characteristics of heavy metal accumulation and migration when FA and SS are used as the amendments of calcific soil in a limestone mining area. The results showed that the application of FA-SS mixture is capable of accelerating the growth of plants and improving the biomass production at either 1:1 or 1:2 FA-SS mixture:soil(w/w).The highest yields were obtained at 1:1(w/w)mixing ratio.When compared with the Element Background Values of Soils in China,the analysis on heavy metals indicated that the contents of Pb,Cr,Hg,Cd,As,Ni,Cu and Zn in the amended soils came up to the second-class environmental quality standards,only Hg and Cd showed significant accumulation.At the same time, though the metal concentrations in roots were higher than those for the control,the concentrations except Cu,Zn in shoots were lower.And all the heavy metal contents in the plants were substantially lower than the toxicity limits. The results indicated that the combined use of FA and SS at a rational rate of application should pose no danger to both soil and food chain based on the characteristics of the FS and SS,heavy metals and calcific soil.     

垃圾焚烧飞灰水泥固化体强度稳定性研究

针对垃圾焚烧飞灰安全处置技术要求,采用水泥对其进行固化、稳定化处理,研究了不同水泥添加量、不同养护时间和渗沥液浸泡时间对固化体无侧限抗压强度及破坏特性的影响,并对垃圾渗沥液的侵蚀机制进行了分析。结果表明：当水泥添加量小于5%,养护时间小于3 d时,飞灰固化体在渗沥液浸泡下迅速解体,垃圾渗沥液的侵蚀对飞灰固化体的强度有较大的影响,浸泡后的固化体呈现出明显的应变软化特征,而未经浸泡的固化体的强度增长符合y=a[1-exp(-bt)]模式。随着水泥添加量及养护时间的增加,飞灰固化体无侧限抗压强度增加,破坏应变减小,而随着浸泡时间的增加,飞灰固化体的无侧限抗压强度先增大后减小,转折点大约在5～7 d,破坏应变近似呈线性增大。渗沥液对飞灰固化体的侵蚀主要是其成分抑制了固化体水化反应和破坏了水化产物。研究成果可为垃圾焚烧飞灰的安全处置技术提供理论依据和参数支持。     

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。