冻融循环对水泥固化铅污染土工程特性的影响及其机理研究

摘要

随着我国工业产业结构的调整升级以及城市化进程的加快，大量存在污染风险的企业搬离原厂址，从而遗留下大量工业污染场地。土壤重金属污染是这类污染场地的重要污染类型。目前国内对重金属污染场地的处理方法主要是固化/稳定化技术，土壤温度的变化作为一种环境因素，对水泥固化污染土的性质有不可忽视的影响。开展冻融循环对水泥固化/稳定重金属污染场地的性质变化的研究，对我国季冻区重金属污染场地修复治理具有重要意义。
　　基于这一背景，本文以“教育部留学回国人员科研启动基金”为依托，以水泥固化重金属铅（Pb）污染土的工程力学性质为主要研究内容。通过室内土工试验、冻融循环试验以及理论分析，探讨水泥固化重金属铅（Pb）污染土在常温和冻融循环条件下，其无侧限抗压强度、抗剪强度的变化规律；通过SEM电镜，揭示水泥固化重金属铅（Pb）污染土历经冻融循环作用后的微观结构特征变化；构建水泥固化重金属铅（Pb）污染土随冻融循环次数和水泥掺量等因素变化时无侧限抗压强度预测模型。主要研究成果如下：
　　①探讨了常温条件下，水泥掺量对水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度、抗剪强度和变形模量E50的影响。指出水泥主要是通过水化水解反应来提高试样的抗压强度、抗剪强度和抵抗变形的能力。
　　②探讨了常温条件下，铅离子含量对水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度、抗剪强度和变形模量E50的影响，指出重金属铅离子主要是通过影响水泥的水化水解反应和硬凝反应来影响固化土体的抗压强度、抗剪强度和抵抗变形的能力，结果表明随着铅离子含量增大，水泥固化土的抗压强度、抗剪强度和粘聚力减小，抵抗变形的能力减弱。
　　③探讨了冻融循环次数和冻结温度对水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度、抗剪强度的影响，结果表明：随着冻融循环次数的增加，试样的无侧限抗压强度qu值、剪切应力、粘聚力降低，内摩擦角提高，但对不同试样影响程度不同；随着冻结温度的降低，试样的应力-应变曲线特性发生改变，无侧限抗压强度、粘聚力降低，内摩擦角的变化与水泥掺量和铅离子含量相关。
　　④根据现有的关于水泥固化重金属污染土强度预测的思路，采用数据拟合的方法，提出了水泥固化铅（Pb）污染土强度预测模型，并用试验数据进行了验证。
　　⑤SEM试验结果表明：冻融循环作用主要是通过改变试样的颗粒组成和孔隙大小，使试样的宏观参数（无侧限抗压强度、粘聚力和内摩擦角）发生改变。

目录

1绪 论

1.1问题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容和技术路线

2试验材料与方法

2.1原状土的基本物理性质

2.2重金属污染物及固化剂特性指标

2.3试验方法

2.4本章小结

3常温下水泥固化铅污染土的工程性质试验研究

3.1水泥掺量对固化铅污染土工程性质的影响

3.2铅离子含量对固化铅污染土工程性质的影响

3.3本章小结

4 冻融循环对水泥固化铅污染土力学性能的影响

4.1冻融循环作用下水泥固化铅污染土应力-应变关系

4.2冻融循环作用下水泥固化铅污染土无侧限抗压强度研究

4.3冻融循环作用下水泥固化铅污染土抗剪特性

4.4水泥固化重金属污染土的强度预测模型

4.5本章小结

5冻融循环作用下水泥固化铅污染土微观特征分析

5.1扫描电镜试验

5.2扫描电镜试验成果分析

5.3本章小结

6结论及建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士期间参与的科研项目