文摘

氧化钙是一种常见的用于固化污染土固化剂。它通常是用于水泥调整pH值。碳酸钙的氧化钙和氢氧化钙是常见的产品。在治疗锌三种粘结剂的影响^{2 +}受污染的红粘土进行了比较。的锌^{2 +}浓度被选为0.5%和0.1,分别添加固化剂。无侧限强度的土壤样本的值比较后,三个固化剂添加到土壤。发现试样的强度的碳酸钙低于污染土壤的强度没有添加固化剂,在氢氧化钙、氧化钙的强度增强的氢氧化钙,一般来说,和氧化钙的强度更高。当曹说,样品的强度zinc-contaminated土壤浓度大于0.1%的强度样本浓度为0.5%。但当Ca(哦)₂添加,土壤样品的强度0.1% zinc-contaminated小于样品浓度为0.5%的力量。Ca(哦)₂提供了足够的哦^{- - - - - -},有足够的锌离子与高浓度锌的反应^{2 +}受污染的土壤形成CaZn₂(哦)₆h·2₂O,这增强了土壤的强度。通过比较氧化钙、氢氧化钙的pH值,土壤的pH值是12,碳酸钙的pH值约为8。

1。介绍

红粘土是一种区域性特殊土,它的特点是高含水量、高孔隙比、高塑性、强度高、中、低压缩性,低渗透(1]。主要分布在广东、广西、云南、贵州和四川[2],广泛分布在中国南方,尤其是在广西。广西矿产资源丰富,开发资源给广西带来了快速发展,同时也造成重金属污染。在岩土工程中,许多因素造成工程事故,包括岩石关节表面的变化、渗流压力、水压力、环境条件等原因,导致力学性能发生变化和工程事故。不同的粒子形状和不同材料的机械性能报告在先前的研究3- - - - - -8]。污染土壤后,土壤颗粒溶解,胶结强度破坏,从而使土压缩性的力学性能,抗剪强度、承载力、等减弱,从而导致一系列的工程事故(9]。土壤样品的机械强度是非常影响重金属的浓度10,11]。一些学者研究了广西大新锰矿矿区和六个铅锌矿区,和他们发现锌污染和在这个地区相对比较严重12,13]。固化/稳定化(S / S)技术是常用的治疗受污染的土壤。S / S是指用物理或化学方法修复土壤中污染物或将污染物转化为化学活动形式,以阻止他们环境中的迁移和传播,从而减少污染物的毒害。修复技术的程度(14- - - - - -17)具有相对较低的成本,对地基土的强度高,和方便施工18]。使用最广泛的材料在S / S是水泥和石灰。石灰是一种碱性非水化胶结材料。它对土壤中重金属的影响主要是增加土壤的pH值,促进重金属转化为碳酸盐的沉淀,硅酸盐,氢氧化物(17,19]。

陈等人。20.)发现,重金属锌^{2 +}obv4ious损伤行为来桂林红粘土通过浸出试验。李等人。21)发现,锌^{2 +}改变了红粘土的矿物成分,减少粘土颗粒的内容。形成的复杂与无定形氧化铁自由和铁氧化膜表面的颗粒相互互相排斥和破坏土壤颗粒产生的锌盐。红粘土之间的结构增加了孔隙体积和放松的结构,降低了土壤颗粒之间的相互作用力,并导致的衰减macromechanical属性的红粘土重塑锌^{2 +}在桂林。杜et al。22)发现,孔隙空间增加与锌离子浓度的增加,水泥的水化产物的增加降低了水泥固化zinc-contaminated高岭土。Reddy et al。23]治愈ion-contaminated土壤锌与新三元混合石灰石煅烧粘土水泥(LC3),发现无侧限强度大时使用LC3比当使用水泥固化剂。习和熊24)添加石灰水泥固化锌^{2 +}受污染的土壤,这是比单独的水泥,表明石灰对锌有更好的凝固的影响^{2 +}受污染的土壤。

CaCO₃和Ca(哦)₂曹两种常见产品的化学反应。本文比较了锌的凝固^{2 +}污染由CaCO红粘土₃Ca(哦)₂和曹。每个标本后的无侧限强度添加固化剂进行了比较。标本的pH值进行了测试。使用XRD测试样品成分分析,和固化剂的固化机理推测,探索三个绑定在锌的固化效果^{2 +}受污染的红粘土。

2。材料和方法

2.1。测试材料

选择实验土壤从燕山镇上一个建筑工地,中国桂林,城市。土壤是棕红色的。红粘土脱水,压碎,经过2毫米土壤筛。红粘土的基本物理性质如表所示1。

在这个实验中,锌(没有₃)₂h·6₂因为没有O作为污染来源₃^{- - - - - -}具有更好的溶解性(25]。根据文献[26),污染浓度设置为0.1%和0.5%(锌的质量的百分比^{2 +}干燥的质量)为方便识别,表示0.1%和0.5%的锌^{2 +}Z1和Z5。CaCO₃Ca(哦)₂,曹,分别标记为C, H和O(例如,如果污染浓度是0.1%,曹的含量是10%,这是记录为Z1O10),如表所示2。

2.2。样品制备和测试方法

硝酸锌溶液制备蒸馏水,解决方案是与红粘土混合,并搅拌均匀,使受污染的土壤含水量为30%。一定浓度的固化剂添加到受污染的土壤和搅拌,和30%的水被添加到受污染的土壤的初始含水量保持在30%,添加固化剂。土壤是封闭了12小时,其水分含量测定。根据岩土工程的标准测试方法,重塑侧免费标本高度为80毫米,直径39.1毫米,干密度为1.4 g厘米³是由样本的方法。样品在标准条件下的固化框治愈一周。测试使用DW-1-type进行无侧限压力仪表。受损的样本通过2毫米筛风干,10 g,纯水的加入50毫升(土壤水比1:5)。他们动摇一个振荡器3分钟和30分钟休息使用pHS-3C仪器进行测试。一些破坏土壤样本然后干通过0.075毫米筛进行XRD分析。

3所示。实验结果和分析

3.1。与固化剂应力-应变曲线进行比较

图1(一)显示后样品的应力-应变曲线的碳酸钙。从图可以看出,试样的强度是最高的锌^{2 +}浓度是0.1%,碳酸钙含量5%(即。Z1C5)。Z5C5紧随其后,Z1C10 Z5C10,最后Z1C15 Z5C15,但最高的强度是74.865 kPa和最低的一个是30.30 kPa,相对较低的值。碳酸钙的含量为5%时,模量(应力与应变的比值)不会改变太多压力上升阶段,而模在压力下降阶段开始变小;但当碳酸钙的含量大于10%,弹性模量的变化更多的压力上升和下降阶段,减少。在同一污染浓度、样品的强度降低和碳酸钙含量的增加,表明CaCO₃削弱影响锌吗^{2 +}受污染的红粘土。试样的应力-应变曲线具有相同剂量的碳酸钙更相似。

图1 (b)显示样品的应力-应变曲线后添加氢氧化钙。样品的强度增加后添加氢氧化钙。随着内容的增加,试样的强度显著增加。标本的最大的优点是Z5H15,其次是Z5H10, Z1H15, Z1H5 Z5H10,最后Z1H5。最大值为1008.90 kPa,最小值为470.58 kPa。的破坏应变降低氢氧化钙含量的增加。当污染浓度小,氢氧化钙的内容少,失败的压力较大,Z5C15失败压力是最小的,Z1C5应变是最大的失败。在锌离子浓度为0.1%,样品的轴向变形大于离子浓度的0.5%。大部分的曲线在轴向应变前小模数值为1%,表明约1%的轴向应变应力-应变曲线的初始加载阶段,这是一个相对温和的直线,紧随其后的是一个非线性应力-应变的上升阶段。初始加载阶段试样压实阶段,和每个试样的应变在压实关系密切,这是因为水分的标本与氢氧化钙接近混合,及其孔隙度也相似。 When the strength of the soil sample is larger, the curve of the nonlinear rising stage is steeper, and the axial strain value of this stage is smaller. It indicates that the sample becomes brittle material after adding calcium hydroxide, and the more obvious brittleness of the soil shows. After adding calcium hydroxide, the stress-strain curve of the samples with 0.5% contamination concentration is steeper than that of the samples with 0.5% contamination concentration. It indicates that the sample becomes a brittle material after adding calcium hydroxide, and the more obvious brittleness of the soil shows. After adding calcium hydroxide, the stress-strain curve of the sample with 0.5% contamination concentration is steeper than that of the specimen with 0.1% contamination concentration. It indicates that the brittle performance of the samples with a 0.5% contamination concentration is more obvious after the addition of calcium hydroxide.

当氢氧化钙的浓度是相同的,这两个污染浓度的标本相比,和样本0.5%的污染浓度无侧限强度更高。这可能是由于锌污染土壤的0.5%^{2 +}提供了更多的锌离子浓度,使得锌^{2 +}完全与氢氧化钙反应生成CaZn₂(哦)₆h·2₂O, CaZn2 (OH) 6-2H2O不溶性,增加了试样的强度。反应方程式如下:

图1 (c)显示了样品的应力-应变曲线测量后添加氧化钙。力量是Z1O15最高,其次是Z5O15, Z1O10, Z5O10 Z1O5,最后Z5O5。最高的强度是1328.14 kPa,实力最低的是541.88 kPa。的力量Z1O15 Z1O5的倍;的力量Z5O15 Z5O5的2.3倍强。不同的污染浓度的应力-应变曲线相似相同的氧化钙含量;0.5%污染标本的破坏应变大于0.1%的受污染的标本,并与氧化钙含量的增加,非线性曲线的上升阶段的0.5%污染标本污染标本陡比0.1%。破坏性的应变逐渐增加,破坏应变的值相应增加,初始加载阶段变得更长。样品添加氧化钙后也变得脆弱,而脆性的标本与氧化钙含量的增加略有减少。

它可以发现的氧化钙,样品的无侧限强度增加而增加的内容。然而,氧化钙标本具有相同内容的强度削弱污染浓度的增加。这表明,氧化钙的固化效果将为高浓度的污染土壤被削弱。样品的强度与氧化钙10%明显高于氧化钙5%的标本;然而,标本氧化钙15%的实力并不比这高得多的标本与氧化钙10%。

氧化钙是做胶结材料,红粘土的SiO丰富₂,艾尔。₂O₃,菲₂O₃添加到土壤的水化反应。它产生C-S-H C-A-H,氢氧化钙,好好巩固效果,有明显的增强对土的强度的影响。

3.2。样本的无侧限抗压强度

数据2和3显示每个固化剂的无侧限抗压强度的内容。的强度和样品添加碳酸钙没有增加;相反,样品的强度随着碳酸钙掺合料的增加减少。据王et al。27碳酸钙),发现红粘土有削弱作用,这表明,碳酸钙仍然疲软影响锌^{2 +}受污染的红粘土。污染土的强度的氧化钙、氢氧化钙明显高于碳酸钙。Z5H5的强度高于Z5O5的抗压强度,可以看到图3;然而,固化剂的量的增加,样品的强度的氢氧化钙相似的样品相同的氧化钙含量时锌的浓度^{2 +}从0.1%上升到0.5%。Z5H5的强度高于Z5O5的抗压强度,可以看到图2;然而,固化剂的量的增加,样品的强度的氢氧化钙类似的标本与氧化钙的相同内容时锌的浓度^{2 +}从0.1%上升到0.5%。Z5H5的强度高于Z5O5的抗压强度,可以看到图3;然而,随着固化剂的量的增加,试样的强度的氢氧化钙小于的强度和样品相同内容的添加氧化钙,尽管他们是相似的。这可能是由于锌添加氢氧化钙之后^{2 +}在高浓度污染土壤,有足够的锌^{2 +}噢,^{- - - - - -}在土壤中,CaZn₂(哦)₆2 h₂O生成的哦^{- - - - - -}、钙^{2 +},锌^{2 +}在土壤中具有明显的影响强度(28];锌^{2 +}对水合反应有抑制作用(29日),在高浓度效果更加明显,从而使Z5O5生成少量的C-S-H C-A-H,这样的力量Z5H5大于Z5O5;随着氧化钙含量的增加,土壤中钙氧化物产生更多C-S-H和C-A-H,所以其强度增长迅速,因此超过了样品与氢氧化钙在同一内容。代C-S-H和C-A-H更明显影响样品的强度的增强。

3.3。pH值测试

固化剂不仅应该提供强度的固化重金属污染土壤,还对环境友好。因此,土壤样品检测pH检测固化剂的pH值的影响环境。pH值过高或过低会影响生物的生存或腐蚀建筑物。图4(一)锌的显示了每个样本的pH值^{2 +}浓度为0.1%,和图4 (b)锌的显示了每个样本的pH值^{2 +}浓度为0.5%。和样品的pH值添加碳酸钙约8。有大量增加的pH值的增加内容,和pH值接近9 15%的掺合料。添加碳酸钙导致一个更温和的pH值增加(30.]。氢氧化钙、氧化钙的pH值接近,大约12,和不显著增加而增加内容,氧化钙高于氢氧化钙。

后添加氢氧化钙、氧化钙、pH值大于9,导致对环境的破坏形式酸碱污染,和之后添加碳酸钙、pH值小于9,对环境更友好。

3.4。XRD分析

土壤样品的污染浓度0.5%和10%的固化剂含量对XRD分析了物理相组成,如图5,所有的三个不同的固化剂有相同的和更明显的SiO衍射峰₂。添加CaCO₃,另一个明显的衍射峰CaCO₃所示。添加Ca(哦)₂可以找到Ca(哦)₂和CaZn₂(哦)₆2 h₂O衍射峰。的衍射峰CaCO产品₃Ca(哦)₂,CaZn₂(哦)₆2 h₂O, C-S-H C-A-H后可以找到曹。它表明CaZn₂(哦)₆2 h₂O后形成的Ca(哦)₂;CaCO₃Ca(哦)₂,CaZn₂(哦)₆2 h₂O, C-S-H C-A-H形成后,曹。这加强了上述推断,这些产品的生产增加试样的强度。

4所示。结论

基于上述结果和讨论,得到的结论如下:(1)后添加钙锌氧化物^{2 +}受污染的红粘土,氧化钙与SiO反应₂,艾尔。₂O₃,菲₂O₃在红粘土生产C-S-H C-A-H,具有更好的影响土的强度,更好的低浓度污染土壤和弱的高浓度污染土壤(2)碳酸钙具有削弱作用在红粘土与锌污染;污染土壤的强度与碳酸钙添加低于污染土壤碳酸钙。锌的力量^{2 +}受污染的红粘土的氢氧化钙有显著增加;受污染的土壤的强度高的氢氧化钙浓度较高。因为有足够的锌离子与氢氧根反应形成CaZn₂(哦)₆2 h₂O(3)zinc-contaminated土壤的pH值调节碳酸钙是相对温和,和pH值约为8,这是一个偏碱性的环境。和pH值增加很多与氧化钙、氢氧化钙混合后,大约12,有很强的碱性环境,对环境造成二次污染

数据可用性

数据支持我们的研究结果。

的利益冲突

我们声明,我们没有任何商业或关联利益代表的利益冲突与提交的工作。

确认

这项研究是由中国国家重点研发项目(批准号2019 yfc507502),中国国家自然科学基金(批准号41967037),和广西科技计划项目(批准号RZ2100000161)。