复杂环境下MgO和MgO-粉煤灰固稳Pb污染黏土强度与淋滤特性研究

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固化/稳定法技术在修复重金属污染土方面已表现出优异性能,然而对于新型固化剂的研发还在不断探索中,同时极端气候频现也对污染土修复领域提出了极大挑战。本文将力学特性与淋滤特性作为评价指标,针对极端气候条件下新型绿色固化剂MFA(活性氧化镁-粉煤灰)和活性MgO固稳修复铅污染土的固化性能与长期耐久性做了系列试验和理论分析研究,得到以下主要成果:(1)固化剂选取试验研究:采用活性MgO、MFA5-5、MFA3-7三种固化剂对Pb污染土进行固稳修复,考虑7d、14d、28d、56d四种龄期、5%、10%两种掺量和0.1%、0.5%、1.0%三种初始Pb污染浓度,对比水泥研究固稳铅污染土的无侧限抗压强度和溶出毒性特征。结果表明:固稳修复污染土试样强度随龄期延长而增加;修复土强度大小排序是MgO>MFA5-5>MFA3-7>PC;MgO、MFA5-5、MFA3-7固化体强度分别是水泥固化体强度的4~17倍、2~8倍、1.1~4.5倍。溶出铅浓度高低排序为MgO<MFA5-5<MFA3-7<PC,即MgO稳定Pb2+效果最好,MFA5-5和MFA3-7次之,PC固稳铅效果相对较差。综合强度和溶出特性分析结果,MgO和MFA5-5两种材料或具有潜在的污染土固稳工程应用前景。(2)温度效应试验研究:基于无侧限抗压试验、TCLP试验等分析表明:高温促进MFA和MgO固稳铅污染土强度形成,低温抑制其强度增长。活性MgO固化体在各温度下工作性能均优于MFA固化体。降低养护温度对MFA固化土和MgO固化土强度均有不同程度损伤。高温和低温环境中提高MFA和MgO掺量其固化体强度和浸出液pH值均会增加。随初始Pb浓度增加,两固化体强度与浸出液pH值呈先增加后减小趋势,其中活性MgO固化体浸出液pH值高于MFA固化体。温度上升会提高临界浓度。随着初始铅浓度的增加,Pb2+溶出量先缓慢减小再大幅增加,温度效应试验中浸出液Pb2+浓度均满足规范要求,且两种固稳土试样在抗压强度、浸出液pH值与浸出液Pb2+浓度三方面表现出一致性,同时活性MgO固化体相较MFA固化体具有更优异的抵抗冻融循环和固稳Pb2+性能。(3)冻融循环耐久性试验研究:采用活性MgO和MgO-粉煤灰固稳不同初始Pb2+浓度污染土,通过冻融循环、无侧限抗压试验和毒性浸出试验,从无侧限抗压强度、浸出液pH值、Pb2+溶出浓度等方面评价固稳铅污染土冻融循环耐久性。结果表明:活性MgO和MgO-粉煤灰可显著提高土体抗压强度、Pb2+稳定性及抵抗冻融循环能力。冻融循环次数增加,抗压强度与强度损失率均表现为先上升至峰值后有所下降;冻结温度降低,固化土抗压强度减小;11次冻融后固化土残余强度高于75%,满足规范要求;冻融循环条件下,固化剂掺量从5%增至10%使抗压强度提高2倍以上;固稳铅污染土最宜浓度为0.5%时具有相对较好的抗冻融性能;MgO和MgO-粉煤灰固化污染土Pb2+溶出量满足规范要求。活性MgO和MgO-粉煤灰固稳铅污染土耐久性良好,前者较后者固化效果更优。(4)干湿循环耐久性试验研究:基于无侧限抗压强度、质量特性等试验分析表明:MFA固化体与MgO固化体强度随干湿循环次数增加均表现为先强度强化阶段(DW<4)后强度劣化阶段(DW>4)。Pb=0.5%为MgO固化体的临界浓度,而MFA更宜修复低铅浓度污染土体。二者在Pb=2%的工况下抗干湿变化作用性能均较差。12次循环后MgO固化体最终残余强度比满足规范要求,而MFA固化体略微不满足。提高掺量可增加干湿循环条件下MgO和MFA固化后土体强度。MgO固化体累计质量损失率均低于MFA固化体,两种固化体累计质量损失率均小于30%。初始Pb浓度对MFA与MgO固化体质量特性影响均较大。相较MFA固化体,MgO固化体具有更强的抗干湿破坏能力。
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