改性沸石粉-水泥固化Cu污染土強(qiáng)度試驗(yàn)研究

朱明杰，常文凱

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

近幾十年來(lái)我國(guó)工業(yè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅猛,但快速增長(zhǎng)的同時(shí)也產(chǎn)生了很多環(huán)境問(wèn)題[1],其中就包括土壤重金屬污染[2-4]問(wèn)題。土壤重金屬污染具有長(zhǎng)期性、隱匿性、不可逆性以及不能完全被分解或消逝的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年全世界向自然界排放的重金屬含量超過(guò)千萬(wàn)噸,這些重金屬對(duì)自然對(duì)人類(lèi)生活都會(huì)造成巨大的危害。

目前常用的重金屬污染固化修復(fù)技術(shù)[5-6]主要是水泥固化、石灰固化、包膠固化、塑料材料包容固化等。水泥固化的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)高毒重金屬?gòu)U物的處理特別有效;固化工藝和設(shè)備比較簡(jiǎn)單、費(fèi)用低,水泥原料和添加劑容易獲取且價(jià)格低廉;對(duì)含水量較高的廢物可以直接固化;固化體的強(qiáng)度、耐熱性、耐久性均較好,有的產(chǎn)品可作路基或建筑基礎(chǔ)填料。缺點(diǎn)是增容比大;污染物浸出率較高;需使用涂覆材料處理;添加劑的使用使處理成本增加。

本文考慮水泥固化后,土壤中重金屬浸出率較高可能造成二次污染,所以在水泥固化的基礎(chǔ)上添加改性沸石粉改良除污效果,以Cu污染土為試驗(yàn)土進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究其力學(xué)特性[7]。

1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

1)試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案。本次試驗(yàn)用改性沸石粉是在天然沸石[8]粉基礎(chǔ)上添加粉煤灰經(jīng)高溫焙燒改性制成。試驗(yàn)所用天然沸石為寧波嘉和新材料科技有限公司生產(chǎn)的污水處理用沸石。其成分為天然斜發(fā)沸石,主要的理化性能指標(biāo)如表1所示;其主要化學(xué)成分及礦物組成如表2所示。試驗(yàn)用粉煤灰為重慶九龍電廠的粉煤灰,其化學(xué)組成見(jiàn)表3。

表1 試驗(yàn)用天然沸石的主要技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)

改性沸石粉[9]具體制備過(guò)程如下:a.取一定量前文中所述的天然沸石和粉煤灰,用粉碎機(jī)粗碎至3 mm～5 mm左右,再用棒磨機(jī)細(xì)磨至200目左右,過(guò)200目篩;b.將天然沸石粉和粉煤灰按質(zhì)量比3∶1充分混合均勻,加入適量水?dāng)嚢?擠壓成直徑3 mm左右的顆粒狀;c.將顆粒狀混合物在100 ℃下用烘機(jī)烘干,在800 ℃馬弗爐中灼燒1 h,取出后自然冷卻至室溫,即得改性沸石顆粒。

表2 試驗(yàn)用天然沸石粉的主要化學(xué)成分及礦物組成

表3 試驗(yàn)用粉煤灰的主要化學(xué)成分及礦物組成

2)試樣制備。本次無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試樣制備按照J(rèn)TG 3430—2020公路土工試驗(yàn)規(guī)程和GB/T 50123—2019土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,具體制備步驟如下:

a.取風(fēng)干土樣碾碎過(guò)2 mm篩,按土樣的最優(yōu)含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))17.4%,將三水合硝酸銅晶體分析純按設(shè)計(jì)值溶于去離子水中,攪拌均勻后加入到風(fēng)干土樣中,充分混合均勻,裝入保鮮袋,養(yǎng)護(hù)28 d,確保Cu2+與土體完全混合并散入土體中,盡可能還原長(zhǎng)期污染土體的土體特征。

b.將養(yǎng)護(hù)完成后的污染土樣按最佳配比摻入改性沸石粉,攪拌均勻后,養(yǎng)護(hù)72 h,使得改性沸石粉盡可能吸附Cu2+完全,得到改性沸石粉穩(wěn)定污染土試樣。

c.將養(yǎng)護(hù)好的污染試樣,按設(shè)計(jì)值摻入普通硅酸鹽水泥,采用擊實(shí)法進(jìn)行制樣。將制備好的擊實(shí)樣置于相對(duì)濕度為95%的養(yǎng)護(hù)缸中,在室溫條件下養(yǎng)護(hù)1 d,7 d,14 d,28 d,56 d,用于進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[10]。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻量的關(guān)系

養(yǎng)護(hù)28 d后取四種不同Cu2+濃度(分別為1 000 mg/kg,3 000 mg/kg,5 000 mg/kg,10 000 mg/kg)下的改性沸石粉-水泥固化穩(wěn)定化土樣,進(jìn)行試驗(yàn),共20個(gè)樣,四種銅離子濃度記為Cu0.1,Cu0.3,Cu0.5和Cu1.0,試驗(yàn)所得不同水泥摻量下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表4,水泥摻量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的關(guān)系見(jiàn)圖1。

表4 不同水泥摻量下試樣的抗壓強(qiáng)度值 MPa

從表4和圖1可以看出,水泥的摻入量可以顯著提高試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值與水泥摻量呈近線性增長(zhǎng)關(guān)系。從圖中可知,未摻入水泥時(shí),素土和污染土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.15 MPa左右,隨著水泥摻入的增加,強(qiáng)度不斷增加,水泥摻入為5%時(shí),養(yǎng)護(hù)28 d后,試樣的強(qiáng)度在0.9 MPa～1.1 MPa之間,已經(jīng)達(dá)到了填埋和作為一般路基基層填料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)[11]。從圖中還可以看出,在水泥摻量相同的情況下,不同銅離子濃度下的污染試樣和未污染試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的差值在0.05 MPa～0.2 MPa左右,與同樣情況下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的百分比只有5%左右,因此Cu2+濃度與水泥摻量相比對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的影響較小。在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中,對(duì)于添加水泥穩(wěn)定/固化處理的銅污染土,需要根據(jù)不同的使用目的設(shè)計(jì)不同的強(qiáng)度值,再根據(jù)需要的強(qiáng)度值選擇適合的水泥摻量。

試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻量的關(guān)系近似線性變化,我們使用y=b+kx的形式進(jìn)行線性擬合,得到不同銅離子污染濃度下的擬合參數(shù)關(guān)系見(jiàn)表5。

表5 試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值與水泥摻量線性擬合參數(shù)值

由于Cu2+濃度對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的影響不大,因此可以對(duì)不同Cu2+濃度下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量的擬合參數(shù)取平均值,得到水泥固化銅污染土[12]的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨水泥摻量變化的關(guān)系式如式(1)所示:

qu=0.208 2x+0.069 3

(1)

其中,qu為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值,MPa;x為水泥摻量。此公式可在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)銅污染土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)作參考之用,依據(jù)不同設(shè)計(jì)值添加相應(yīng)水泥量。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與Cu2+濃度的關(guān)系

為了說(shuō)明Cu2+濃度對(duì)受污染試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的影響,取水泥摻量為0%,5%,7.5%和10%,不同污染濃度下的固化試樣進(jìn)行試驗(yàn),共30個(gè)試樣,其中,C為水泥摻量;Z為摻入的改性沸石粉進(jìn)行穩(wěn)定化處理。試驗(yàn)所得的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表6,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和Cu2+濃度的關(guān)系見(jiàn)圖2。

表6 不同Cu2+濃度下試樣的抗壓強(qiáng)度值 MPa

從表6和圖2可知,本次試驗(yàn)用土在最優(yōu)含水率時(shí)素土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.15 MPa左右,在不添加水泥的情況下,污染土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值與Cu2+濃度呈良好的相關(guān)性,即隨著Cu2+濃度的增大無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值在逐漸減小;當(dāng)Cu2+濃度為2 000 mg/kg,5 000 mg/kg,10 000 mg/kg時(shí),無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值分別為0.121 MPa,0.115 MPa,0.105 MPa,減小幅度均為0.01 MPa,說(shuō)明污染土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的減小幅度與Cu2+濃度的增加量關(guān)系并不大。在土體受Cu2+污染后強(qiáng)度值減小,可能由于Cu2+與黏土顆?；蚱渲械酿ね恋V物產(chǎn)生相互作用,導(dǎo)致污染土的物質(zhì)組成和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度降低,這與查普生[13]、陳蕾[14-15]和饒為國(guó)等[16]在重金屬污染土的工程性質(zhì)試驗(yàn)研究中得到的結(jié)論一致。從表6中看出摻入改性沸石粉試樣的強(qiáng)度值略大于未摻入沸石粉的試樣,可能是因?yàn)楦男苑惺蹖儆诩軤罟杷猁}礦物,含有大量SiO2和Al2O3易于發(fā)生水化反應(yīng),產(chǎn)生一定的固化作用[17]。從圖2中看出,摻入水泥可以顯著提高污染土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值,在不同Cu2+濃度下,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度稍有不同,但總體隨著Cu2+濃度增大呈先增加后降低的趨勢(shì),可能是經(jīng)改性沸石粉穩(wěn)定后,土壤環(huán)境發(fā)生變化對(duì)水泥的固化反應(yīng)起到了促進(jìn)作用;也可能是由于改性沸石粉中的粉煤灰在水泥水化作用產(chǎn)生的Ca(OH)2的刺激下,發(fā)生火山灰反應(yīng),進(jìn)一步促進(jìn)了固化作用,所以Cu2+濃度較低時(shí)試樣的抗壓強(qiáng)度值略有增加。當(dāng)Cu2+濃度較大時(shí),Cu2+可能與水泥顆粒形成不溶物或無(wú)定形物質(zhì),這些物質(zhì)會(huì)阻礙水化膠結(jié)物的組成,造成水泥土的膠結(jié)作用減弱,從而降低了試樣的抗壓強(qiáng)度。

總的來(lái)說(shuō),土體受到銅離子污染后,強(qiáng)度值會(huì)降低,但是降低幅度不大。添加改性沸石粉穩(wěn)定處理后,對(duì)污染土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高并不大,但摻入水泥可以顯著提高污染土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

2.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與試樣養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系

選取Cu2+濃度為2 000 mg/kg的一組改性沸石粉穩(wěn)定試樣,摻入不同量的水泥分別進(jìn)行固化,養(yǎng)護(hù)1 d,7 d,14 d,28 d和56 d后進(jìn)行試驗(yàn)。其中,C為水泥摻量,分別為C0%,C5%,C7.5%和C10%;Z為摻入改性沸石粉進(jìn)行穩(wěn)定化。試驗(yàn)測(cè)得的不同水泥摻量、不同養(yǎng)護(hù)齡期下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表7,試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值和養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系見(jiàn)圖3。

表7 不同養(yǎng)護(hù)齡期下試樣的抗壓強(qiáng)度值 MPa

由表7和圖3可以看出,水泥摻量為0%時(shí),對(duì)于銅離子濃度為2 000 mg/kg的污染試樣,加入改性沸石粉進(jìn)行穩(wěn)定化,試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加略有增長(zhǎng),但總體看來(lái)增幅不大。從圖3可知,摻入水泥顯著提高了污染土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值,且強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)且增幅明顯。不同水泥摻量下,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在初期即1 d～14 d增長(zhǎng)較快,養(yǎng)護(hù)時(shí)間繼續(xù)增加,強(qiáng)度增長(zhǎng)則變緩。

2.4 改性沸石粉-水泥固化與純水泥固化效果對(duì)比

選取水泥摻量分別為5%和10%,Cu2+質(zhì)量濃度分別為0.2%和0.5%的兩組污染試樣,對(duì)添加改性沸石粉-水泥和只添加水泥以及只添加改性沸石粉這三種情況進(jìn)行試驗(yàn),測(cè)定試樣在不同養(yǎng)護(hù)齡期下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。銅離子濃度標(biāo)記為Cu0.2和Cu0.5,水泥摻量為C5%和C10%,加入改性沸石粉(按最佳配比加入)進(jìn)行穩(wěn)定化記為Z。測(cè)得兩種情況下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表8,改性沸石粉-水泥固化和純改性沸石粉固化、純水泥固化效果對(duì)比見(jiàn)圖4,圖5。

表8 不同穩(wěn)定固化技術(shù)方案下試樣的抗壓強(qiáng)度值 MPa

從圖4可知,銅離子質(zhì)量濃度為0.2%和0.5%時(shí),3種穩(wěn)定/固化技術(shù)中只添加改性沸石粉的固化效果與其他兩種相比較最不好:以Cu0.2試樣養(yǎng)護(hù)56 d看,只添加改性沸石粉時(shí)試樣的強(qiáng)度值為0.27 MPa,改性沸石粉-水泥固化和純水泥固化略有不同但都在1.3 MPa以上,是只添加改性沸石粉的4.8倍以上。在養(yǎng)護(hù)早期,采用改性沸石粉-水泥固化時(shí)污染土強(qiáng)度發(fā)展速度最快,14 d強(qiáng)度達(dá)到了1.01 MPa;其次為純水泥固化,強(qiáng)度值為0.95 MPa。隨著養(yǎng)護(hù)齡期繼續(xù)增加,改性沸石粉-水泥固化與純水泥固化的強(qiáng)度增長(zhǎng)都在變緩,養(yǎng)護(hù)56 d后,兩種方法的強(qiáng)度值相差并不大,但改性沸石粉-水泥固化的最終強(qiáng)度值仍大于純水泥固化,這是因?yàn)橐环矫娓男苑惺墼黾恿送馏w中的SiO2和Al2O3含量,污染試樣中的水化反應(yīng)生成的膠結(jié)物因此增加,從而增加了強(qiáng)度值;另一方面采用純水泥固化時(shí),污染土中游離態(tài)的銅離子在水泥水化造成的堿性環(huán)境中易生成Cu(OH)2沉淀,沉淀將水泥顆粒表面覆蓋,從而阻礙了部分水泥發(fā)生水化反應(yīng),因此造成強(qiáng)度減弱。銅離子質(zhì)量濃度為0.5%時(shí),3種不同的穩(wěn)定/固化技術(shù)在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度上的規(guī)律與銅離子質(zhì)量濃度為0.2%時(shí)基本相同,但三種固化方法養(yǎng)護(hù)56 d的最終抗壓強(qiáng)度值都低于同樣條件下的高濃度的Cu0.2污染試樣。原因可能是高濃度的游離態(tài)Cu2+在水泥水化的堿性環(huán)境中生成大量的氫氧化物沉淀,覆蓋在水泥及黏土顆粒的表面,阻絕了水泥與土顆?？障吨械乃佑|,造成水泥水化反應(yīng)大幅減弱,進(jìn)而導(dǎo)致固化土體強(qiáng)度變低。

從圖5中可以看出,在Cu2+質(zhì)量濃度為0.2%的低摻量條件下,三種固化技術(shù)體現(xiàn)在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度上的不同與5%的水泥摻量相比,只添加改性沸石粉時(shí)差值幾乎不變,而添加改性沸石粉-水泥與只添加水泥的強(qiáng)度差值卻變小了,且在不同的養(yǎng)護(hù)齡期兩者的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值也相差無(wú)幾。這是因?yàn)樗鄵搅繛?0%時(shí),污染試樣中的Cu2+雖然在水泥水化生成的堿性環(huán)境中形成了Cu(OH)2沉淀,但由于水泥摻量較大,使得Cu(OH)2沉淀對(duì)水泥顆粒表面覆蓋并不充分,對(duì)水泥與土體之間的水化反應(yīng)起到的阻礙作用有限,因此表現(xiàn)為在較低Cu2+摻量下,水泥摻量為10%時(shí),兩種固化技術(shù)體現(xiàn)在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值上的不同很小。

從圖6可以看出,固化試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀大致可分為兩類(lèi):不摻入水泥和摻入水泥。水泥摻量為0%時(shí),試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值較低,僅為0.15 MPa左右,對(duì)應(yīng)生成的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則比較平緩,發(fā)生的變形為塑性變形,破壞應(yīng)變值不明顯,但可以大致確定在6.5%左右。摻入水泥后,污染試樣的破壞應(yīng)變值迅速降低,軸向應(yīng)力隨軸向應(yīng)變的增長(zhǎng)呈指數(shù)型增大,達(dá)到破壞極限值(無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值)后急劇降低,破壞應(yīng)變基本在1%～2%之間,為硬化型[18]的脆性破壞。

2.5 固化試樣的破壞應(yīng)變分析

可以看出,相同條件下,固化試樣的破壞應(yīng)變值隨水泥摻量增加而降低,土體也由水泥摻量0%時(shí)的塑性破壞變?yōu)閾饺胨嗪蟮拇嘈云茐?這是由于試樣摻入水泥后,土體中的水泥基材料增加,混合土體的pH值因此增高(通常會(huì)達(dá)到11以上),在這樣的堿性環(huán)境增大了鋁和硅的溶解性,并有助于它們與固化材料中的鈣離子或重金屬離子發(fā)生反應(yīng),生成水化膠結(jié)物,如CSH(水化硅酸鈣)和CAH(水化鋁酸鈣),這些生成物大大提高了污染土的強(qiáng)度值。

2.6 固化試樣的變形模量分析

土體的變形模量是通過(guò)載荷試驗(yàn)求得的壓縮性指標(biāo),即在部分側(cè)限條件下,其應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽康谋戎?能夠較真實(shí)的反映土體的變形特性。水泥固化污染土的變形模量也是衡量破壞變形特性的重要指標(biāo),這里變形模量用E50表示,E50指軸向壓力為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一半時(shí)的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率,又被稱(chēng)作割線模量,其具體計(jì)算公式如式(2)所示:

(2)

其中,qu為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值;εf為對(duì)應(yīng)的破壞應(yīng)變值。

圖7—圖9為不同Cu2+污染濃度條件下試樣的變形模量和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的關(guān)系,在圖中也給出了變形模量隨無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化的線性擬合關(guān)系。

從圖中可以看出,不同Cu2+濃度的污染土,無(wú)論只添加改性沸石粉穩(wěn)定化還是添加改性沸石粉-水泥固化,在養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi),割線模量和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均呈良好的線性關(guān)系。由圖中給出的擬合關(guān)系式可以發(fā)現(xiàn),不添加水泥時(shí),擬合系數(shù)K值都比較小,且隨Cu2+濃度的增加在變大,但變大幅度也偏小。加入水泥后,不同Cu2+濃度污染試樣的K值都呈4倍～7倍的增長(zhǎng),范圍在39～51之間。有研究[19]顯示,水泥固化土的變形模量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值的擬合參數(shù)K值的取值范圍在50～100之間,而本次試驗(yàn)結(jié)果所得數(shù)據(jù)與之相比略小,原因可能由于固化土所加入的膠凝材料,試驗(yàn)用土的成分組成,污染物類(lèi)型,試件尺寸等因素不同造成的。并且不同學(xué)者對(duì)水泥固化土的研究結(jié)果也不盡相同,比如陳蕾等研究水泥固化鉛污染土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系后,計(jì)算變形模量時(shí)采用和本文相同的方法,得到的擬合K值就在40～75范圍變化,與本文所得結(jié)果比較符合。本次試驗(yàn)對(duì)影響這些結(jié)果的不同因素不做具體分析。

從圖10可以看出,水泥摻量為5%時(shí),對(duì)于Cu2+質(zhì)量濃度為0.2%和0.5%的污染試樣,采用改性沸石粉-水泥固化和純水泥固化形成的應(yīng)力應(yīng)變曲線在變化上基本一致:在應(yīng)力應(yīng)變較小時(shí),兩者關(guān)系近似直線,逐漸變大后則呈明顯的曲線形狀。說(shuō)明污染試樣在受力較小時(shí)反映出一定的彈性變形特征,這與查普生等[20]的研究相似。污染試樣在受力加大后則變?yōu)樗苄宰冃?達(dá)到臨界值后發(fā)生破壞。且純水泥固化與改性沸石粉水泥固化相比較應(yīng)變值變大,應(yīng)力值變小,這也說(shuō)明了改性沸石粉對(duì)污染試樣的強(qiáng)度是存在一定的貢獻(xiàn)的。

2.7 改性沸石粉-水泥固化與純水泥固化破壞變形對(duì)比分析

由圖11可知,水泥摻量為10%,Cu2+質(zhì)量濃度為0.2%和0.5%的污染試樣其應(yīng)力應(yīng)變曲線變化規(guī)律與水泥摻量5%的情況基本一致,但水泥摻量10%情況下采用改性沸石粉-水泥穩(wěn)定/固化和純水泥固化后應(yīng)力應(yīng)變差值比水泥摻量5%時(shí)明顯減小。這說(shuō)明在水泥摻量較低時(shí),摻入污染試樣的改性沸石粉對(duì)土體的強(qiáng)度貢獻(xiàn)比較明顯,但隨著水泥摻量的增加,改性沸石粉對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)值就會(huì)逐漸降低。綜上,改性沸石粉對(duì)土體強(qiáng)度存在一定貢獻(xiàn),但決定污染土最終強(qiáng)度的仍然是水泥摻量因素。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)固化試樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),得到如下規(guī)律:

1)土體受重金屬銅污染后,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值會(huì)降低,采用改性沸石粉-水泥穩(wěn)定/固化后,顯著提高了土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,并且固化后土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值與水泥摻量、Cu2+濃度和養(yǎng)護(hù)齡期等因素相關(guān),其中Cu2+濃度影響較小,水泥摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)強(qiáng)度值的影響均比較大。

2)固化試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨著水泥摻量的增加和養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而增大,本次試驗(yàn)得到了水泥固化銅污染土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨水泥摻量變化的關(guān)系式,可在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)銅污染土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)作參考之用。

3)采用改性沸石粉-水泥固化后污染土的破壞應(yīng)變值大大降低,由塑性變形轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈宰冃?且破壞應(yīng)變值隨無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值增加近乎呈指數(shù)形式降低,摻入水泥試樣的變形模量和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度存在良好的線性關(guān)系。

4)對(duì)改性沸石粉-水泥固化和純水泥固化,以及只添加改性沸石粉穩(wěn)定化三種情況比較發(fā)現(xiàn),改性沸石粉對(duì)污染土的強(qiáng)度是存在一定貢獻(xiàn)值的,只是與水泥相比較貢獻(xiàn)值太小。對(duì)只加入Cu2+的純污染土進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),較低濃度的Cu2+對(duì)污染土體的強(qiáng)度存在一定的促進(jìn)作用,而較高濃度的Cu2+則會(huì)起到相反作用。