水泥-沸石固化铅污染土路用性能试验研究
发布时间：2021-10-10 10:50
将沸石粉与水泥按质量比2∶1混合作为复合固化剂（记作ZC）固化铅污染土,并探究其作为路基填料的可行性,水泥（记作PC）作为对照固化剂。研究结果表明:PC固化土无侧限抗压强度高于ZC固化土,但铅含量较高时,其优势不明显;ZC固化土的浸出液铅离子浓度低于PC固化土,即ZC固化剂较PC固化剂对重金属离子有更好的固定效果;两种固化土的回弹模量均随着干湿循环次数的增加先增大后减小,ZC固化土浸出液铅离子浓度随干湿循环的进行其波动不明显;10%掺量的ZC固化土强度指标和污染物浸出指标均能满足规范要求,能够用作路基填料。
【文章来源】：中外公路. 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
10%掺量ZC和PC固化土p-l曲线图
由图1可知:在相同龄期和相同铅含量条件下,两种固化土的无侧限抗压强度均随着固化剂掺量的提高而增大,这主要是因为水泥掺入后与土体中的水接触发生水化反应,生成水化硅酸钙(CSH)、氢氧化钙(CH)和钙矾石(AFt)等水化产物,这些水化产物与黏土颗粒发生离子交换和团粒化作用,使得分散的土颗粒形成较大的土团粒,且CSH具有胶凝作用及硬凝作用,包裹周围的土团粒,使得固化土的空隙率变小,强度增大,因此随着水泥掺量的增加,发生水化反应生成的水化产物也随之增多,产生更强的胶凝和硬凝作用,固化土的无侧限抗压强度也得到提高。随着龄期的增长,两种固化土的无侧限抗压强度也随之增大,这主要是因为随着龄期的增长,水泥的水化反应时间更长,产生更多的水化产物,硬凝作用也更充分,固化土强度得到提高。分析不同重金属含量污染土在两种固化剂作用下的强度测试结果可知:当铅含量为1 000 mg/kg时,相同掺量的PC固化土强度均超过ZC固化土强度的2倍,PC固化剂固化效果明显优于ZC固化剂,这主要是因为当铅含量较低时,对水泥水化反应的抑制作用较小,而相同掺量的PC固化剂中水泥含量是ZC固化剂水泥含量的3倍,因此PC固化土强度明显高于ZC固化土强度;当铅含量为10 000 mg/kg时,相同掺量的PC固化土强度虽然仍较ZC固化土大,但其强度优势远没有在低污染物含量条件下大,其中10%固化剂掺量下养护28 d的PC固化土强度仅为ZC固化土强度的1.18倍,这是因为高浓度的重金属离子在碱性条件下会生成氢氧化物沉淀,覆盖在水泥颗粒表面,阻碍水泥的水化反应及与黏土颗粒的离子交换作用,从而使其固化土的强度发展受到限制,而ZC固化土由于提前掺入了具有极强的吸附能力、离子交换能力和催化能力的沸石粉,使得部分重金属离子被吸附,此外沸石粉的高比表面积也使得其与黏土矿物发生离子交换作用,形成土团粒,而水泥由于受到重金属离子抑制作用较小发生较充分的水化反应,使得ZC固化土的强度得到提高。由图1可以看到:即使铅含量为10 000 mg/kg的超高浓度污染土,10%掺量下的ZC固化土其28 d的无侧限抗压强度仍然达到了1.285 MPa,满足美国环境保护署(EPA)对于固化稳定化废弃物填埋处理所需无侧限抗压强度的要求。
图2为铅含量为1 000、10 000 mg/kg的重金属污染土在不同固化剂、不同固化剂掺量及不同养护龄期下的重金属浸出测试结果。由图2可知:相同龄期下,两种固化土的浸出液铅离子浓度均随着固化剂掺量的增加而减小,说明固化剂掺量的增加能有效抑制重金属离子的浸出,这主要是因为水泥水化产生的水化产物及沸石粉均具有较强的吸附和包裹能力,能将重金属离子固化在土壤中,固化剂掺量越多,固化土中具有吸附和包裹能力的物质越多,从而能更有效地将重金属离子固定在土壤中;无论污染物含量高低、养护龄期长短及固化剂掺量多少,ZC固化土的浸出液铅离子浓度均低于PC固化土的浸出液铅离子浓度;而当污染物浓度较低时,两种固化土的重金属浸出量差距不大,浓度均为3～9 mg/L;而当污染物浓度较高时,ZC固化土的浸出液铅离子浓度明显低于PC固化土的浸出液铅离子浓度,其中掺量同为10%养护28 d的PC固化土铅浸出量是ZC固化土铅浸出量的4.7倍,说明污染物浓度较低时,ZC固化剂和PC固化剂的固化效果差距不大,而当污染物浓度较高时,ZC固化剂的固化效果明显优于PC固化剂,这主要是因为,铅离子浓度较低时,对水泥水化反应的抑制作用较弱,而当铅含量较高时,高浓度的铅离子会在碱性条件下生成大量氢氧化物沉淀,附着在水泥颗粒表面,影响水泥水化反应的进行,从而导致PC固化剂的固化效果不佳,而ZC固化剂中的沸石粉能有效吸附重金属离子,并发生离子交换作用,使得铅离子对水泥水化反应的抑制作用减小,从而能更有效地将重金属离子固化在土体中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石灰粉煤灰黄土工程性质试验研究[J]. 宋学庆. 中外公路. 2017(05)
[2]水泥固化重金属污染土干湿循环特性试验研究[J]. 查甫生,刘晶晶,许龙,崔可锐. 岩土工程学报. 2013(07)
[3]水泥固化重金属污染土的强度特性试验研究[J]. 查甫生,许龙,崔可锐. 岩土力学. 2012(03)
[4]城市工业污染场地:中国环境修复领域的新课题[J]. 廖晓勇,崇忠义,阎秀兰,赵丹. 环境科学. 2011(03)
[5]中国水泥工业能效现状和节能潜力报告[J]. 李涛平. 水泥工程. 2004(04)
[6]天然沸石对土壤及养分有效性的影响[J]. 李长洪,李华兴,张新明. 土壤与环境. 2000(02)
博士论文
[1]新型磷酸盐固化剂固化高浓度锌铅污染土的机理及长期稳定性试验研究[D]. 魏明俐.东南大学 2017
硕士论文
[1]重金属污染土的固化修复及长期稳定性研究[D]. 许龙.合肥工业大学 2012
本文编号：3428232
【文章来源】：中外公路. 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
10%掺量ZC和PC固化土p-l曲线图
由图1可知:在相同龄期和相同铅含量条件下,两种固化土的无侧限抗压强度均随着固化剂掺量的提高而增大,这主要是因为水泥掺入后与土体中的水接触发生水化反应,生成水化硅酸钙(CSH)、氢氧化钙(CH)和钙矾石(AFt)等水化产物,这些水化产物与黏土颗粒发生离子交换和团粒化作用,使得分散的土颗粒形成较大的土团粒,且CSH具有胶凝作用及硬凝作用,包裹周围的土团粒,使得固化土的空隙率变小,强度增大,因此随着水泥掺量的增加,发生水化反应生成的水化产物也随之增多,产生更强的胶凝和硬凝作用,固化土的无侧限抗压强度也得到提高。随着龄期的增长,两种固化土的无侧限抗压强度也随之增大,这主要是因为随着龄期的增长,水泥的水化反应时间更长,产生更多的水化产物,硬凝作用也更充分,固化土强度得到提高。分析不同重金属含量污染土在两种固化剂作用下的强度测试结果可知:当铅含量为1 000 mg/kg时,相同掺量的PC固化土强度均超过ZC固化土强度的2倍,PC固化剂固化效果明显优于ZC固化剂,这主要是因为当铅含量较低时,对水泥水化反应的抑制作用较小,而相同掺量的PC固化剂中水泥含量是ZC固化剂水泥含量的3倍,因此PC固化土强度明显高于ZC固化土强度;当铅含量为10 000 mg/kg时,相同掺量的PC固化土强度虽然仍较ZC固化土大,但其强度优势远没有在低污染物含量条件下大,其中10%固化剂掺量下养护28 d的PC固化土强度仅为ZC固化土强度的1.18倍,这是因为高浓度的重金属离子在碱性条件下会生成氢氧化物沉淀,覆盖在水泥颗粒表面,阻碍水泥的水化反应及与黏土颗粒的离子交换作用,从而使其固化土的强度发展受到限制,而ZC固化土由于提前掺入了具有极强的吸附能力、离子交换能力和催化能力的沸石粉,使得部分重金属离子被吸附,此外沸石粉的高比表面积也使得其与黏土矿物发生离子交换作用,形成土团粒,而水泥由于受到重金属离子抑制作用较小发生较充分的水化反应,使得ZC固化土的强度得到提高。由图1可以看到:即使铅含量为10 000 mg/kg的超高浓度污染土,10%掺量下的ZC固化土其28 d的无侧限抗压强度仍然达到了1.285 MPa,满足美国环境保护署(EPA)对于固化稳定化废弃物填埋处理所需无侧限抗压强度的要求。
图2为铅含量为1 000、10 000 mg/kg的重金属污染土在不同固化剂、不同固化剂掺量及不同养护龄期下的重金属浸出测试结果。由图2可知:相同龄期下,两种固化土的浸出液铅离子浓度均随着固化剂掺量的增加而减小,说明固化剂掺量的增加能有效抑制重金属离子的浸出,这主要是因为水泥水化产生的水化产物及沸石粉均具有较强的吸附和包裹能力,能将重金属离子固化在土壤中,固化剂掺量越多,固化土中具有吸附和包裹能力的物质越多,从而能更有效地将重金属离子固定在土壤中;无论污染物含量高低、养护龄期长短及固化剂掺量多少,ZC固化土的浸出液铅离子浓度均低于PC固化土的浸出液铅离子浓度;而当污染物浓度较低时,两种固化土的重金属浸出量差距不大,浓度均为3～9 mg/L;而当污染物浓度较高时,ZC固化土的浸出液铅离子浓度明显低于PC固化土的浸出液铅离子浓度,其中掺量同为10%养护28 d的PC固化土铅浸出量是ZC固化土铅浸出量的4.7倍,说明污染物浓度较低时,ZC固化剂和PC固化剂的固化效果差距不大,而当污染物浓度较高时,ZC固化剂的固化效果明显优于PC固化剂,这主要是因为,铅离子浓度较低时,对水泥水化反应的抑制作用较弱,而当铅含量较高时,高浓度的铅离子会在碱性条件下生成大量氢氧化物沉淀,附着在水泥颗粒表面,影响水泥水化反应的进行,从而导致PC固化剂的固化效果不佳,而ZC固化剂中的沸石粉能有效吸附重金属离子,并发生离子交换作用,使得铅离子对水泥水化反应的抑制作用减小,从而能更有效地将重金属离子固化在土体中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石灰粉煤灰黄土工程性质试验研究[J]. 宋学庆. 中外公路. 2017(05)
[2]水泥固化重金属污染土干湿循环特性试验研究[J]. 查甫生,刘晶晶,许龙,崔可锐. 岩土工程学报. 2013(07)
[3]水泥固化重金属污染土的强度特性试验研究[J]. 查甫生,许龙,崔可锐. 岩土力学. 2012(03)
[4]城市工业污染场地:中国环境修复领域的新课题[J]. 廖晓勇,崇忠义,阎秀兰,赵丹. 环境科学. 2011(03)
[5]中国水泥工业能效现状和节能潜力报告[J]. 李涛平. 水泥工程. 2004(04)
[6]天然沸石对土壤及养分有效性的影响[J]. 李长洪,李华兴,张新明. 土壤与环境. 2000(02)
博士论文
[1]新型磷酸盐固化剂固化高浓度锌铅污染土的机理及长期稳定性试验研究[D]. 魏明俐.东南大学 2017
硕士论文
[1]重金属污染土的固化修复及长期稳定性研究[D]. 许龙.合肥工业大学 2012
本文编号：3428232
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