水泥基外掺剂固化锌污染淤泥的工程性质研究

摘要

锌是一种常见的重金属污染物，淤泥被锌污染后会对自然环境造成危害。因此有必要选用合适的外掺剂对锌污染淤泥进行固化/稳定化处理，改善锌污染淤泥的工程性质，减少对环境的污染。本文在前期水泥基外掺剂对南沙淤泥力学性质影响研究的基础上，进一步研究了水泥基外掺剂对南沙地区锌污染淤泥的固化/稳定化效果。通过无侧限抗压强度试验、淋滤试验、扫描电子显微镜试验、三轴固结不排水试验、X射线衍射试验、干湿循环试验对不同锌含量固化淤泥的强度特性、淋滤特性、固化机理和干湿循环特性进行了初步研究。主要研究成果如下:
　　(1)通过无侧限抗压强度试验和淋滤试验比较了水泥、水泥/石灰、水泥/膨润土、水泥/矿渣四种水泥基外掺剂对不同锌含量淤泥的固化/稳定化效果。结果表明:四种水泥基外掺剂均提高了锌污染淤泥的强度、降低了固化淤泥浸出液中Zn2+的浸出率;锌对水泥基外掺剂的固化效果有不利影响，淤泥锌含量越高，固化淤泥强度越小;外掺剂K2（15％水泥+10％矿渣）对锌污染淤泥固化/稳定效果相对较好。
　　(2)通过扫描电子显微镜试验研究了不同锌含量的水泥、水泥/石灰、水泥/膨润土、水泥/矿渣固化淤泥的微观结构特征。结果表明:同样锌含量的固化淤泥中，K2（15％水泥+10％矿渣）固化淤泥的土颗粒连接相对更紧密，孔隙较少;锌对水泥基外掺剂的固化反应有不良影响，锌含量越高，固化淤泥的土颗粒连接越松散。
　　(3)通过三轴固结不排水试验研究了不同锌含量的K2（15％水泥+10％矿渣）固化淤泥的应力-应变特征和抗剪强度特性。结果表明:固化淤泥的应力应变特征随淤泥中锌含量的增加逐渐由强软化型变为弱软化型;淤泥锌含量为0～5000mg/kg时K2固化淤泥的粘聚力变化范围是608.21～53.54 kPa，内摩擦角变化范围是41～17°。
　　(4)通过X射线衍射研究了锌对外掺剂K2（15％水泥+10％矿渣）固化效果的影响机理。结果表明:锌会在水泥和矿渣的水化反应中生成氢氧化物沉淀和难溶性水合物，延缓、阻碍水化反应的进行。
　　(5)通过干湿循环试验研究了不同锌含量的K2（15％水泥+10％矿渣）固化淤泥的质量损失率和无侧限抗压强度特性随干湿循环次数的变化规律。结果表明:不同锌含量K2固化淤泥具有良好的干湿循环耐久性，不同锌含量的固化淤泥的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加表现出不同的变化规律。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 污染土的研究现状及处理方法

1．2．1 污染土的研究现状

1．2．2 污染土常用处理方法

1．2．3 固化／稳定法概述

1．3 固化／稳定重金属污染土工程性质研究现状

1．3．1 重金属污染土的固化／稳定效果研究现状

1．3．2 固化土耐久性研究现状

1．4 本文主要内容及创新点

1．4．1 存在的问题

1．4．2 本文主要研究内容及技术路线

1．4．3 本文创新点

第二章 试验材料与试样制备

2．1 试验材料

2．1．1 土样

2．1．2 硝酸锌

2．1．3 选用外掺剂及固化机理

2．2 试样制备与养护

2．3 本章小结

第三章 水泥基外掺剂的固化／稳定化效果试验研究

3．1 引言

3．2 水泥基外掺剂固化效果分析

3．2．1 试验仪器与方法

3．2．2 试验方案

3．2．3 固化淤泥的含水率试验结果

3．2．4 无侧限抗压强度试验结果

3．2．5 养护龄期对无侧限抗压强度的影响

3．2．6 外掺剂掺量对无侧限抗压强度的影响

3．2．7 水泥基外掺剂固化效果综合对比

3．3 水泥基外掺剂的稳定化效果分析

3．3．1 试验仪器与方法

3．3．2 淋滤试验方案

3．3．3 淋滤试验结果

3．3．4 不同锌含量固化淤泥淋滤特性变化规律

3．3．5 不同外掺剂对锌离子稳定效率评价

3．4 本章小结

第四章 固化锌污染淤泥的微观特性试验研究

4．1 引言

4．2 试验仪器与方法

4．3 电镜扫描试验方案

4．4 电镜扫描试验分析

4．4．1 原状土的扫描电镜照片

4．4．2 固化淤泥的扫描电镜照片

4．5 本章小结

第五章 固化锌污染淤泥的三轴试验和X射线衍射试验研究

5．1 引言

5．2 固化锌污染淤泥的三轴试验

5．2．1 试验仪器与方法

5．2．2 淤泥与固化土的应力-应变特征

5．2．3 不同锌含量固化淤泥的应力-应变关系

5．2．4 固化淤泥的抗剪强度包线

5．2．5 固化淤泥的强度参数

5．3 固化锌污染淤泥的X射线衍射试验

5．3．1 试验仪器与方法

5．3．2 X射线衍射试验结果分析

5．4 本章小结

第六章 固化锌污染淤泥的千湿循环特性试验研究

6．1 引言

6．2 试验方案与仪器

6．3 干湿循环条件下固化淤泥的质量损失

6．3．1 固化淤泥质量损失破坏标准

6．3．2 不同锌含量固化淤泥质量损失变化规律

6．4 干湿循环条件下固化淤泥的无侧限抗压强度变化规律

6．5 固化淤泥千湿循环前后形态对比

6．6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢

附录