活性MgO-粉煤灰固稳铅污染土冻融和温度效应研究.docx

摘要

采用活性 MgO 和 MgO⁃粉煤灰固稳不同初始 Pb

2+

浓度污染土，通过冻融循环、恒温养护和毒性浸

出试验，从无侧限抗压强度、浸出液 pH 值、Pb

2+

溶出浓度等角度评价了固稳铅污染土耐久性（冻

融循环与温度效应），结果表明，活性 MgO 和 MgO⁃粉煤灰可显著提高土体抗压强度、Pb

2+

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；

与温度水平密切相关，温度升高可提高 Pb

Abstract

Reactive MgO and MgO-fly ash were selected to stabilize Pb

with different initial concentrations.The durability (freeze-thaw cycle and

temperature effect) of stabilized Pb

2+

-contaminated soils was evaluated from

unconfined compressive strength,pH value of leaching solution and Pb

2+

dissolution

temperature induces correspondingly a decrease in strength of the solidified soil.The

residual strength ratio of the solidified soil is higher than 75% after 11 freeze-thaw

cycles,which meets the specification requirements.An increase in curing agent

content (5% to 10%)increases the strength twice as high as the initial value under

freeze-thaw cycles.The resistance of stabilized Pb

2+

-contaminated soil to freeze-thaw

cycles is the optimum when the Pb

2+

concentration is about 0.5%.The dissolution

amount of Pb

2+

concentration is closely related to temperature level,and raising the temperature

can increase the critical Pb

译

关键词

铅污染土; 固化稳定化; 冻融循环; 温度效应; pH 值; 溶出性

Keywords

Pb

2+

-contaminated soils; solidification/stabilization; freeze-thaw cycles; temperature

effect; pH value; dissolution

译

积极推动落实 2030 年可持续发展议程和绿色“一带一路”建设。同期再次强调 2016 年 5 月《土壤

污染防治行动计划》中的工作指标：要求受污染耕地和污染地块安全利用率于 2020 年均达到 90%

左右，到 2030 年达到 95%以上。因此，开展污染土壤修复与防治方面的基础研究，是既有理论

意义又有实际工程价值的重要工作。

添加固化剂修复污染土是固化稳定化法

［ 2］

中常用的化学修复法，众多学者已对固化剂类型选择及

固化土特性开展了深入研究。魏明俐等

［ 3］

采用新型磷酸盐固化剂修复锌铅污染土，并对其长期耐

久性进行了全方位评估；李江山等

［ 4］

研究了经不同频次冻融循环后水泥固化铅污染土因压实度不

响；王菲等

体强度和淋滤特性；刘松玉等

其相互关系；Wang 等

［ 10⁃ 13］

在活性 MgO⁃ 粉煤灰/矿渣固化土方面开展了系列尝试，证明了活性 MgO

基材料加固土的有效性。固化稳定化法在污染土修复领域中已表现出广阔应用前景，然而，实际工

程中污染土受天气影响（高温、低温、冻融等）问题日益凸显，极端气候对固稳技术修复土特性的

影响亟需关注。

目前，冻融循环和温度效应等因素对固稳污染土的研究相对偏少，尤其关于冻融循环和温度作用下

其中 Al

2

O

3

2

是 F 类粉煤灰，自身并不具有水硬性，但碱激发剂可激发其潜在活性而产生一定水硬性。MgO⁃粉

煤灰（MgO-fly ash，MFA）为活性 MgO 与粉煤灰质量比为 5∶5 的混合料。

表 1 粉煤灰主要化学成分（质量分数）

Table 1 Main chemical components of fly ash (mass fraction)( % )

2

所示，依据文献［14］测得。所用高岭土经高温煅烧后，主要矿物成分为高岭石、莫来石、石英。

Table 2 Basic physical characteristics of kaolinite

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1.2　试验方案

活性 MgO 和 MFA 作为固化剂，掺量分别为干土质量 5%和 10%，初始 Pb 浓度设置为中国土壤

环 境 质 量 三 级 标 准 值 （ Pb 含 量 ≤500 mg/kg ） 的 0、 0.2 、 2 、 10 、 20 和 40 倍 ， 即 0%、

冷冻 23 h 然后在 20 ℃中融化 23 h，此为一个冻融循环。试验共设置 11 次循环，在冻融试验箱

中完成。当试样达到设计循环次数（1、3、5、7、9、11）后进行无侧限抗压强度试验和毒性浸

出试验，同时与标准养护试样对照。

依据中国气象局发布的气象资料及各地气候文献数据

［ 16，17］

，考虑自然界气候常见最低温、最高温、

常温及自然冰点，将试样分别在-25、0、20、40 ℃下恒温养护 28 d 后进行无侧限抗压强度试验

和毒性浸出试验。

依照规范（EPA Test Method TCLP 1311），将固化体粉碎研磨过筛后进行淋滤试验，采用玻璃

电极法测试浸出液 pH 值，再用 0.45 μm 滤膜过滤收集浸出液清样，将所得清样稀释，硝酸酸化

至 pH<2 后再用火焰原子吸收法测试滤出液中的 Pb

浓度。

慢增长不同，MgO 和 MFA 固化体在 5 次冻融循环之前处于强度强化期，之后随冻融循环过程持续

进入强度劣化阶段。产生上述现象的原因：一是 MFA 和 MgO 的添加在土体中发生水化等系列化学

的破坏作用

分总量保持不变，冻融仍会带来水分重分布和含水率变化。试验初期，冻结产生冻结锋面距试样表

面较近，含水率增高区较小

［ 20 ］

动，直至冻结完全

［ 18］

反应物并包裹土颗粒，使得土体强度存在增加现象。