水泥固化锌离子污染土力学特性试验研究

韩环立

摘    要：在重金属污染场地，使用水泥固化重金属获得了非常好的处治效果，重金属离子不同，化学性质也具有一定的差别，同时固化物理力学存在的性质也具有差异化。文章根据锌离子污染土力学特性，通过试验研究了不同浓度下污染物加入土样强度与压缩特点，运用不同的掺量测试了土样强度以及压缩特点，并对其水泥实施了固化处理，来查看其效果。

关键词：污染土;重金属;水泥固化;无侧限抗压强度;压缩特性

1  前言

受到工业和人类生产活动的影响，环境问题变的非常严重。和大气污染、水体污染等一样，土体遇到的重金属污染也逐渐变得严重起来，造成土体污染非常多，是因为工业废水中有许多重金属离子，当土体遭到重金属废料污染之后，将会改变物理力学性质，造成建筑物的破坏。文章根据施工现场淤泥质土样，配置了重金属污染土，以便掌握好水泥掺量和重金属浓度，查看在试验条件下，锌离子的固化强度与压缩特点。

2  水泥固化锌污染力学概述

当前，我国土体污染非常多，都是由于工业废水中，具有许多重金属离子导致的，土体中遭到重金属离子废料污染之后，被金属污染后的地基会因为土体性质的改变，造成建筑物发生破坏。在一些老厂房改造中，地基被废液污染之后，会导致建筑物破坏事故[1]。土体一旦被重金属所污染之后，便会造成桩基等地下结构导致直接被金属离子污染，非常影响地下结构持续性，影响正常使用寿命。为工程安全和使用带来非常大的隐患，通过研究可以得知，水泥材料和许多废弃物间拥有兼容行，可以导致许多液体废弃和水泥产生化学反应，从而使得水泥固体拥有非常好的结构和力学特性以及较低的渗透性，达到预防污染物扩散的效果。水泥固化污染土成本低且施工快，在工程中得到了大范围运用。针对水泥固化污染土的力学研究，我国也系统性地研究了水泥固化重金属Pb离子污染土相应的能力，对Pb离子污染土处治提供了参考。另外，试验结果都是根据单一变量对某土体性质实施分析，没有将发展规律系统化与定量化。

2.1  室内试验

根据人工配置水泥固化锌污染土，根据基本物理力学性能进行试验，试验所用的锌污染为氯化锌，在设计锌离子时，需注意锌离子浓度。氯化锌属于白色粒状亦或粉末状晶体[2]。非常溶于水，需采用避光保存的方式蓄存。氯化锌属于有毒性的物品，实际操作时，需要禁止使用手去接触，所以，制备土样需佩戴手套。水泥运用普通硅酸盐水泥Po42.5，在加入干土重量克数时分别为2.6%、5.1%和7.4%。

2.2  试验方案

为了更好的发现水泥掺量对水泥固化污染的力学指标，需在锌离子浓度一定的条件下，设置好对应的水泥掺量数值。与此同时，为了发现重金属离子浓度对水泥固化污染的力学指标，需在水泥掺量固定的情况下，合理设置锌离子浓度。通过做zn0.04C2.5试验可以这样分配各化学物品占据的浓度，其中锌离子占据0.05%、水泥的加入量需要占据2.5%，对其进行试验分组，之后的占据比例也是这样分配[3]。为了说明水泥掺量对水泥固化污染土样对力学指标的影响，设置了无重金属污染、水泥固化试验等，所以，本文试验总共配制了10组试验土样，设定的温度为20度，将其养护龄按照四个阶段进行查看结果。

2.3  试验方法与设备

在进行试验时，需要烘干湿土将其切制成薄片放置到干燥箱中一天，之后选用粉碎机将其捣碎。需要注意土样设计需让其量有水量的一半[4]。之后配制锌离子浓度的氯化锌溶液，溶液与水泥做好充分的搅拌，并将其放置到需要的试样当中，获得的水泥固化体试样，通过查看土工试验来获得力学指标。

在做土工试验时，运用的控制仪器为直剪仪，可运用直剪试验来测试黏聚力与内摩擦角。选用单杠杆将其固定住，选用压缩试验测定压缩系数。最后，获得不一样的水泥固化体试样在不同时段的力学性质，从而处理好各变量因素。

3  试驗结果

3.1  直剪试验

依照进行的直剪试验可以看出，在试验条件不同的情况下，各个年龄时段，对水泥固化体黏聚力不同。

由此可见，锌离子浓度相同且水泥掺量非常高时，水泥固化体中的黏聚力也会根据年龄逐渐增长，这是因为水泥固化土体中，发生了水化反应，各种硬凝反应进行快速，水化物与凝胶体液在慢慢长大。土体颗粒包裹，会使得黏聚力平稳提升。根据锌离子对水化反应，产生了较大的障碍，造成沉淀和难溶盐阻挡了水泥发生水化反应，使得土样固化产生了许多反应。

3.2  压缩试验

通过研究，在压缩试验中获得的试验条件，取得的水泥固化体压缩系数。由此可见，随着养护龄的增加，当水泥融入土体之后，水化反应会出现平稳的发展，同时，土体的压缩系数也会随之下降，污染土的压缩特性也会获得相应的改善。当在水泥中融入2.6%的固化体，那么压缩系数也会随之上升，这表明此水泥掺量非常小，不能很好的固化锌离子污染土。如果锌离子浓度小于1%时，水泥水化阻碍有限度，所以，固化土体前需要做好水解水化、硬凝反应等作用，如果固化体压缩系数已经非常小，那么在龄期28小时后，压缩系数不会下降。

4  水泥掺量与锌离子浓度对力学性质的影响

为了了解水泥掺量与锌离子浓度对水泥固化体黏聚力的影响，需清楚28d龄期时，黏聚力和水泥掺量以及锌离子间的关系。这样可以看出，锌离子浓度一定时，水泥固化锌污染土的黏聚力会根据水泥的容量不断的增大[5]。如果锌离子的浓度上升到1%时，水泥掺量的提升，不能很好的提升固化体黏聚力。如果水泥掺量固定，那么固化体黏聚力也会根据锌离子浓度而逐渐减小。

5  试验结论

当低锌离子浓度和高水泥掺量下，水泥固化锌污染土的黏聚力会根据养护龄期逐渐的增长，其中内摩擦角会导致养护前期增大，后期变小，压缩系数会根据养护龄的增长而发生减小。合理的水泥掺量，可以对锌离子浓度污染土起到固化的作用。如果锌离子浓度固定，那么28天龄期水泥固化锌污染土的黏聚力也将根据水泥掺量加大而加大。两者之间会呈现指数函数关系。如果锌离子浓度高达1%，水泥掺量提高不能很好的提升固化体黏聚力。在这次实验中，锌离子浓度与水泥掺量会影响到固化体黏聚力、内摩擦角等。但是对于其余重金属污染土样，此方面的变化规划能不能适应，还需进一步进行验证。

6  结束语

综上所述，文章对zncI2进行了溶液配置重金属污染土样研究，对于水泥掺量、不同的重金属离子浓度下，研究了污染土样强度与压缩特点。从实验中可以看出，土样强度和压缩特性会根据重金属离子的掺入，会产生劣化，但是，劣化程度非常小，而且离子浓度对其劣化程度的影响非常小。此外，水泥固化体的强度与压缩特性，会根据水泥掺量的提升逐渐向上提升，如果水泥掺量非常高时，那么增强效果也会变的非常明显。但是，针对土样内摩擦角来讲，金属掺量的不同，水泥固化值也不会产生非常明显的变化。

参考文献：

[1] 曹建忠，李雄威，刘正明，罗元喜.水泥-膨润土混合材料修复铅污染土的试验研究[J].常州工学院学报，2017（6）：1～5.

[2] 梁仕华，牛九格，王蒙，刘勇健，尹应梅.水泥矿渣固化锌污染淤泥的试验研究[J].工业建筑，2017（8）：89～94.

[3] 王哲，丁耀堃，许四法，熊壮，周红利，吴雪辉.酸雨环境下磷酸镁水泥固化锌污染土溶出特性研究[J].岩土工程学报，2017（4）：697～704.

[4] 樊浩伦，申向东，周海龙，刘晓红.水泥固化锌污染红粘土力学特性及强度预测[J].硅酸盐通报，2016（12）：3964～3971.

[5] 胡强强，丁勇，王鹏.水泥固化铜污染土的强度特性及机理研究[J].工程勘察，2016（1）：1～4+11.