水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法_陈蕾
土的无侧限抗压强度原始记录
土的无侧限抗压强度原始记录摘要：一、无侧限抗压强度的概念与意义二、无侧限抗压强度试验的步骤与方法三、无侧限抗压强度试验结果的分析与应用正文：土的无侧限抗压强度试验是评估土壤力学性质的重要方法之一。
无侧限抗压强度指的是试块在实验中不对试块的侧边加以限制，是一种理论试验值。
这种试验值可以用于预测土壤在工程应用中的承载能力、稳定性等特性。
一、无侧限抗压强度的概念与意义无侧限抗压强度试验是通过对土壤样品进行垂直压力施加，测定土壤样品在无侧向压力的情况下抵抗轴向压力的极限强度。
这个强度值反映了土壤的内部抵抗力，是评估土壤力学性质的重要指标。
在土地工程、道路工程等领域有着重要的应用价值。
二、无侧限抗压强度试验的步骤与方法无侧限抗压强度试验的具体步骤如下：1.制备土壤样品：根据试验要求，选取代表性的土壤样品。
样品应尽量保持原状，避免扰动。
2.安装试验设备：试验设备包括压力机、路强仪、电子秤、脱模器等。
3.施加压力：将土壤样品放置在试验设备上，逐渐施加垂直压力，直至土壤样品破裂。
4.记录数据：记录施加的压力值和土壤样品破裂时的压力值，计算无侧限抗压强度。
5.重复试验：为提高试验结果的可靠性，应进行多次试验，取平均值。
三、无侧限抗压强度试验结果的分析与应用试验结果可以反映土壤的力学性质，为工程设计提供依据。
无侧限抗压强度值越高，说明土壤的承载能力和稳定性越好。
在实际工程中，根据土壤的无侧限抗压强度，可以合理选择基础形式、设计荷载分布，确保工程安全。
此外，无侧限抗压强度试验还可以用于评价土壤改良效果。
通过试验比较改良前后的土壤无侧限抗压强度，可以评估土壤改良措施的有效性。
总之，土的无侧限抗压强度试验是一项重要的土壤力学性质研究方法，其结果对于工程设计和施工具有实用意义。
水泥和碱渣固化含铅重金属污染土特性试验研究
河南科技Henan Science and Technology化工与材料工程总第804期第10期2023年5月收稿日期：2023-02-23基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金项目（TKS20220102）。
作者简介：边天奇（1995—），男，本科，工程师，研究方向：环境岩土工程。
通信作者：安晓宇（1988—），男，硕士，高级工程师，研究方向：土工离心模型试验技术。
水泥和碱渣固化含铅重金属污染土特性试验研究边天奇安晓宇元光宗（交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程研究中心,天津300456）摘要：【目的】改良重金属污染土修复工程中常用的水泥固化/稳定法技术。
【方法】以“氨碱法”制碱工艺的碱渣作为添加剂，通过室内试验研究水泥固化含铅重金属污染土的无侧限抗压强度及毒性浸出特性。
【结果】固化土强度随养护龄期的增大逐渐提高，随铅离子含量的增大逐渐减小；与单一水泥固化含铅重金属污染土相比，碱渣的掺入使水泥固化土早期强度提高10%～25%，长期强度降低20%～30%，固化土对铅离子的吸附性能得到提高，不同浸出方法中浸出液铅离子浓度随碱渣掺入量的增大逐渐降低。
【结论】碱渣的掺入提高了固化剂对铅离子的吸附性能，与等量单一水泥相比，其浸出液中铅离子浓度大幅度降低。
关键词：固化/稳定技术；含铅重金属污染土；水泥；碱渣；无侧限抗压强度；毒性浸出中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）10-0083-05DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.010.017Characteristic of Heavy Lead-Contaminated Soil Stabilized/Solidifiedby Using Cement and Soda ResidueBIAN Tianqi AN Xiaoyu YUAN Guangzong(Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,M.O.T.,National Engineering Laboratory for PortHydraulic Construction Technology,Tianjin 300456,China)Abstract:[Purposes ]To improve the The Solidification and Stabilization (S/S)immobilization technolo⁃gies that are the most commonly selected treatment options for metals-contaminated sites.[Methods ]The unconfined compressive strength and leaching toxicity characteristics of lead-contaminated soil stabi⁃lized/solidified by using cement and soda residue are studied.[Findings ]The unconfined compressive strength gradually increases along with curing age,but decreases with the lead concentration of the spiked soil;Comparing with soil solidified by using cement,the addition of soda residue results in in⁃creasing in the early strength of cement solidified soil by 10%~25%,but results in reducing in its long-term strength by 20%~30%,and the addition of soda residue reduces lead concentration of leachate and increases the cement adsorption performance.[Conclusions ]The addition of soda residue improvesthe adsorption performance of the curing agent on Pb 2+,and compared with the same amount of single ce⁃ment,the concentration of Pb 2+in the leachate is greatly reduced.Keywords:stabilized/solidified;lead-contaminated soil;cement;soda residue;unconfined compressivestrength;leaching characteristics0引言水泥基材料固化/稳定重金属污染土技术是欧美发达国家较为常用的一种污染土修复技术，其机理及工程应用已有系统的研究［1］。
水泥—生石灰固化吹填土无侧限抗压强度试验研究
3.2.2 龄期与强度的关系
图 5 固化土抗压强度与石灰掺入比的关系
图 6 中可见，石灰土的无侧限抗压强度在低配比下，随着龄期的增长，强度不断增大，
2％到 3％这一过程强度增长较快，3％到 5％区间增长较慢。在同一含水率下，对比水泥土，
同一低配比下的石灰土固化效果要稍好于水泥土，原因在于：生石灰提供钙离子的能力及生
av>2.0MPa-1)、孔隙比大(大于 2.5)、灵度很高、抗剪强度低(十字板抗剪强度小于 10kPa）、
渗透系数和固结系数较小(渗透系数在 10~6cm/s 以下量级)，无侧限抗压强度在 50kPa 以下， 呈软塑状态，一般需要进行有效的加固处理后才能应用到工程建设中。采用水泥和生石灰作 为固化剂进行固化处理是一种有效的处理方法，当淤泥与水泥或生石灰相接触后，固化剂颗 粒表面的矿物很快与粘土中的水发生水解、水化反应以及凝硬、碳酸化作用，生成坚硬的钙 化物，使土体具有一定的强度而达到加固的效果。
由表 1 可见，经真空预压处理后，含水率不高，低于液限，处于可塑状态。根据淤泥液限和
塑性指数，可以确定该淤泥的分类为中塑性黏土(CI)。淤泥的级配曲线如图 1 所示。颗粒组
成中，小于 0.005mm 的含量为 42％，介于 0.005~0.075mm 的含量为 57.3％，大于 0.075mm
的含量为 0.7％。试验用的水泥为南京江南水泥厂生产的“钟山牌”32.5#普通硅酸盐水泥，
成氢氧化钙的数量要强于水泥。
图 6 固化土抗压强度与龄期的关系
3.3 水泥和生石灰双掺固化强度分析 3.3.1 水泥和生石灰双掺掺入比与强度的关系
从双掺效果图 7 中可发现，随着等比双掺的增加，强度与掺入比是呈线性增长的，但是 前期强度增长缓慢，后期增加明显，如等比 1％掺量时，28d 强度值与 14d 的强度值差不多， 等比 5％掺量时，28d 强度值增至 14d 的强度值的两倍，原因在于水泥掺量存在最低掺量， 这时起固化作用的是生石灰，随着等质量的水泥和生石灰掺入量增加，钙离子浓度和溶液的 碱性环境增强，加速了水化产物的稳定和析出，从而加强了土颗粒之间的连接，使土体强度 得以增强。
关于固化污泥无侧限抗压强度试验方法的说明
关于固化污泥无侧限抗压强度试验方法的说明1. 强度标准的来源固化污泥填埋处置中对强度指标的要求来源于《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》(CJ/T 249-2007)标准,标准中包括混合填埋泥质和用作覆盖土的污泥泥质两大条款。
在混合填埋的泥质规定中,基本指标为3项:污泥含水率、pH和混合比例;安全指标为11项,与《城镇污水处理厂污泥泥质》(CJ247-2007)中的规定相同,该条款中未对填埋污泥的强度提出明确的要求。
但是目前固化处理后的污泥基本用于直接填埋,而未和垃圾进行混合填埋,因此参考用于覆盖土的污泥泥质规定中关于强度的要求:横向剪切强度(>25 kN/m2)。
相对于混合填埋的泥质标准,用作覆盖土的标准更为严格。
按照土力学中摩尔-库仑应力圆中无侧限抗压强度与剪切强度的关系,可以换算出对固化污泥的无侧限抗压强度的标准为50KPa。
2. 无侧限抗压强度的检测方法按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)关于无侧限抗压强度试验方法的要求,对试验的尺寸规定如下:试样直径宜为35~50mm,高度与直径之比宜采用2.0~2.5。
关于取样方法规范中也规定了对于原状土和扰动土样的制样方法,要求对于原状土保持不扰动的状态下制成符合要求的圆柱样,对于扰动样按照实际工程的干密度分层击实制成圆柱样。
对于天然土体可以按照上述标准进行制样检测。
但是固化污泥是一种人工制成的土样,即为一种改性土,和天然土体性质有着明显的区别,其强度的检测与天然土也存在一定差别,主要表现在:(1) 天然土体在自然条件下稳定,采用取现场样或取其扰动样再经击实可以还原其真实的强度。
而固化污泥需要经过一定时间的养护后再进行碾压,其最终的强度不仅取决于养护时间、养护方式,而且包括现场碾压的情况,因此取其现场样后如何还原成其最终填埋的实际条件较为困难。
(2) 目前规范中尚无关于固化污泥这类改性土的检测方法,从所检索的和固化污泥类似的固化淤泥检测方法内容来看,所采用的制样方法为将固化后的淤泥填筑于模具中,分层压实,养护至一定龄期后测定其强度。
水泥固化粉质土的无侧限抗压强度预测
质 土最 大似 水灰 质量 比 ％ 与粉 质土 液 限 与 已有 的经 验 关 系式给 出的规律 相 反．
的关 系不 能用 已有 的经验 关 系式 表 示 ， 变 化规 律 其
关键 词 ：固化粉 质 土 ； 无侧 限抗 压 强度 ； 强度 预 测 方法 ； 水灰 质量 比 ； 限 似 液 中 图分类 号 ： Ｕ ３ 文 献标 识码 ： 文章 编 号 ： ０ １ ５ ５ ２ ０ ） ５（ ３ －５ Ｔ ４３ Ａ １ ０ —０ ０ （ ０ ８ Ｏ －８ ９（ ） ）
第 ３ 卷第 ５期 ８
２０ ０ ８年 ９月
东 南 大 学 学 报 （自然科 学版 ）
Ｊ ＵＲ Ｌ ＯＦ Ｓ Ｔ ＡＳ Ｉ Ｒ Ｉ Ｏ ＮＡ ＯＵ ＨＥ Ｔ ＵＮ ＶＥ ＳＴＹ （ ａｕａ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ Ｎ ｔｒｌ ｉ ｅＥ ｉｏ ） Ｓ ｎ ｉ
ＶＯ１３８ Ｎｏ ５ ． ．
侧 限抗 压 强度 与似 水 灰质 量 比 的倒 数 呈现 线 性关 系 ， 对于 某 一原 料土 ， 大似 水灰 质 量 比是 一个 最
常值． 基于 似水 灰质 量 比概 念研 究 了水 泥 固化粉 质 土 的 强度 预 测 方法 ， ２ 在 ８ｄ龄 期 下 ， 已知在 某
水 泥掺入 比和水 灰 质量 比的条件 下 的水 泥 固化 粉 质土 的无 侧 限抗 压 强度 值 ， 即可 用该 方 法预 测 其他 龄 期 、 泥掺 入 比、 灰 质量 比条 件 下 的水 泥 固化 粉 质 土 的无 侧 限抗 压 强度 ； 泥 固 化粉 水 水 水
ａ ｌ ｔ ｔｅ ｉ ｖ ｒｅ ｏ ｕａ ｉｗａｅ — ｅ ｅ ｔ ｒ ｔ ｗｈ ｃ ｓ ｄ ｆｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ｒ ｔｏ ｏｆ ｔ ｅ ｔ ｔ ｌ ｒｙ ｗｉ ｈ ｎ ｅ ｓ ｆ ｑ ｓ— ｔｒｃ ｍ ｎ ａｉ ｈ ｏ ｉ ｈ ｉ ｅ ｅ ａ ｈ ａｉ ｈ ｏ ａ ｗａ ｅ ｉ ｔｒ
T0148-1993细粒土无侧限抗压强度试验
T0148-1993细粒土无侧限抗压强度试验T 0148-1993 细粒土无侧限抗压强度试验1 目的和适用范围1.1 无侧限抗压强度是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。
1.2 本试验适用于测定饱和软黏土的无侧限抗压强度及灵敏度。
2 仪器设备2.1 应变控制式无侧限抗压强度仪：如图T0148-1，包括测力计、加压框架及升降螺杆。
根据土的软硬程度，选用不同量程的测力计。
2.2 切土盘：见图T0148-2.2.3 重塑筒：筒身可拆为两半，内径40mm，高100mm，如图T0148-3.2.4 百分表：量程10mm，分度值0.01mm。
2.5 其他：天平（感量0.1g）、秒表、卡尺、直尺、削土刀、钢丝锯、塑料布、金属垫板、凡士林等。
1-百分表；2-测力计；3-上1-转轴 2-上图T0148-1 应变式无侧限抗压强度仪图T0148-2 切土盘4.4 以轴向应变1%/min~3%/min 的速度转动手轮（0.06~0.12mm/min ），使试验在8~20min 内完成。
4.5 应变在3%以前，每0.5%应变记读百分表读书一次；应变达到3%以后，每1%应变记读百分表读书一次。
4.6 当百分表达到峰值或读数达到稳定，再继续剪3%~5%应变值即可停止试验。
如读书无稳定值，则轴向应变达20%时即可停止试验。
4.7 试验结束后，迅速反转手轮，取下试件，描述破坏情况。
4.8 如需测定灵敏度，则将破坏后的试件去掉表面的凡士林，再加上少许土，包以塑料布，用手捏搓破坏其结构，重塑为圆柱形，放入重塑筒内，用金属垫板挤成与筒体积相等的试件，即与重塑前尺寸相等，然后立即重复本试验4.3~4.7步骤进行试验。
5 结果整理5.1 按下式计算轴向应变： 01h h∆=ε （T0148-2） R L -n h ∆=∆ (T0148-3) 式中：1ε——轴向应变（%）； h 0——试件起始高度（cm ）； h ∆——轴向变形（cm ）； n ——手轮转速；L ∆——手轮每转一转，下加压板上升高度（cm ）；R ——百分表读书（cm ）。
无侧限抗压强度试验方法
无侧限抗压强度试验方法无侧限抗压强度试验方法20.2.5.1 仪器设备（1）圆孔筛：孔径为10mm、20mm、40mm。
（2）试模的尺寸（直径X高）：细粒土50mmX50mm、粗粒土100mmX100mm、碎石类土和掺水泥的级配碎石150mmX150mm。
（3）脱模器。
（4）液压千斤顶：0.2~1.0MN。
（5）反力框架：400kN以上。
（6）击锤和导筒：同表20.5中Z2的规定，同时击锤必须配备导筒，锤与导筒之间要有相应的间隙，使锤能自由落下，并设有排气孔。
击锤可用人工操作或机械操作，机械操作的击锤必须有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度均匀分布的装置。
（7）恒温恒湿箱或混凝土标准养护箱。
（8）水槽：深度应比试件高50mm。
（9）材料试验机：大于200kN。
（10）天平：称量200g，分度值0.01g；台称称量10kg，分度值5g。
（11）其他设备：量筒，拌种工具，漏斗，烘箱，称量盒。
20.2.5.2 试料准备（1）取具有代表性的风干试料，必要时，可在50℃烘箱内烘干，用木锤或木碾捣碎（不破坏原颗粒粒径），将试料过筛（细粒土应除去大于10mm的颗粒；粗粒土应除去大于20mm的颗粒；碎石类土应除去大于40mm的颗粒）备用，务用试料数量：细粒土（1.1~1.3）kg，碎石类土（74~78）kg。
在预定试验的前一天测定风干含水率。
所需风干试料的质量由下式计算。
m g=m dg(1+0.01w g) （20-6）试中：m g：风干改良土试料质量（g）;w g:改良土试样的风干含水率（%）；m dg：改良土干试料的质量（g）。
（2）混合料的最优含水率和最大干密度应预先击实试验确定。
（3）同一改良土应制备相同状态的试件数量：细粒土不少于6个；粗粒土不少于9个；碎石类土不少于13个。
细粒土可以一次称取6个试件的试样，粗粒土可以一次称取3个试件的试料，碎石类土和掺和水泥的级配碎石一次只称取一个试件的试料。
（4）根据试模尺寸，每个试件所需干试料质量：小试件￠50mmX50mm约需180~210g；中试件￠100mmX100mm约需1700~1900g；大试件￠150mmX150mm约需5700~6000 g。
用似水灰比对水泥土无侧限抗压强度的预测
用似水灰比对水泥土无侧限抗压强度的预测摘要：对以连云港地区的海相软土为原料的水泥土进行了一系列物理、强度试验，分析了含水量、水泥用量和龄期对水泥土强度的影响，提出了似水灰比的概念用于水泥土强度的预测。
采用提出的水泥土强度预测公式，根据某一似水灰比、龄期28 d某种的水泥土室内试验强度，可以预测不同含水量、不同水泥用量和不同龄期的水泥土室内试验强度。
通过比较分析发现，得出水泥土强度预测公式可以很好地应用于其他研究者已经发表的水泥土试验数据，进一步验证了所提出的强度预测公式的有效性。
关键词: 强度预测, 似水灰比, 水泥土, 龄期, 液限abstract: a series of physical tests and unconfined pressive shear tests were performed on reconstituted lianyungang clays mixed with powder cement or slurry cement to investigate the effects of water content, cement content and curing time on the strength behavior of the cemented clays. a concept of quasi-water-cement ratio is proposed for predicting the unconfined pressive strength of cemented clays. the strength prediction formula proposed in this study can be used for predicting the change in unconfined pressive strength with the variation of water content, cement content and curing time, based on thelaboratory test result of the cemented clay with28days of curing time for only a given quasi-water-cement ratio. the proposed strength prediction formulacan be also well applied for the test data of the cemented soils published by other independent researchers, further indicating the validity of the strength prediction formula.key words: strength prediction, quasi-water-cement ratio, cemented soils, curing time, liquid limit。
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第40卷第3期2010年5月东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition )V ol .40N o .3M ay 2010doi:10.3969/j .issn .1001-0505.2010.03.033水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法陈 蕾 刘松玉 杜延军 金 飞(东南大学交通学院,南京210096)摘要:针对污染土的水泥固化稳定法修复技术,对水泥固化稳定重金属铅污染土的强度预测方法进行了研究.水泥固化含铅污染土强度由室内无侧限抗压强度试验所得,试验所用污染土通过人工制备而成,考虑了110×102,110×103,110×104,310×104m g /kg 四种质量比和5%,715%,10%三种水泥掺量.结果表明:不同龄期水泥固化含铅污染土的无侧限抗压强度间大致呈线性关系,而2个不同水泥掺入比水泥固化含铅污染土的无侧限抗压强度比值与水泥掺入比呈幂函数关系;通过对不同配合比、不同龄期试样强度的进一步拟合分析,得到了根据某一龄期强度预测另一龄期强度的经验公式和根据某一水泥掺量的强度预测另一水泥掺量强度的经验公式,以上公式同时适用于普通水泥固化土和含铅水泥固化污染土.关键词:水泥;污染土;重金属;铅;无侧限抗压强度;龄期;预测中图分类号:TU 41116 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2010)0320609205Unconfi n ed co mpressi ve strength predi cti on of ce mentsoli di fi ed /st abili zed lead 2cont am i n ated soilsC hen L ei L iu SongyuD u Yan jun J in Fe i(School of Transportation,Southeast U niversity,N anjing 210096,China )Abstract:U sing cem ent as a binder to m ix w ith contam inated soils is one of the w idely used technolo 2gies for soil rem ediation .The experience for m ulas for the unconfined com p ressive strength p rediction of cem ent stabilized /solidified heavy m etal contam inated soils are studied .The strength data used for analysis are from unconfined com p ressive tests conducted in the laboratory .The heavy m etal contam i 2nated soils are p repared artificially by adding lead nitrate as a source of pollutant at four different leadcontents of 110×102,110×103,110×104and 310×104m g /kg (dry soil w eight basis )and three dif 2ferent cem ent contents 5%,715%and 10%.The results of the unconfined comp ressive strength tests show that there is a linear relationshi p bet w een the strength of cem ent treated lead contam inated soils at different curings,and a pow er function relationship bet w een the cem ent content ratios and the ration of strength corresponding to the cem ent content .The experience for m ulas are further concluded w hich can p redict the strengths at different curing ti m es or w ith different cem ent content .These for m ulas are both app rop riate for nor m al cem ented soils and cem ent treated lead contam inated soils .Key words:cem ent ;contam inated soil ;heavy m etal ;lead;unconfined com p ressive strength;curing ti m e;p rediction收稿日期:2010201222. 作者简介:陈蕾(1981—),女,博士生;刘松玉(联系人),男,博士,教授,博士生导师,L iusy @seu .edu .cn .基金项目:教育部博士点基金资助项目(20060286031)、国家自然科学基金资助项目(50878052,40972173)、教育部重点实验室开放课题基金资助项目(KL E 2TJG E 20801).引文格式:陈蕾,刘松玉,杜延军,等.水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法[J ].东南大学学报:自然科学版,2010,40(3):6092613.[doi:10.3969/j .issn .1001-0505.2010.03.033] 采用水泥搅拌技术处理污染土是国外常用的污染场地修复方法.目前对于该技术主要侧重于对处理后污染物质淋滤特性(固化体内污染物质向周围环境的迁移)的研究,而针对强度特性的研究较少.原因是水泥固化后的污染土多数与水泥固化废弃物一样,最终进入废弃物填埋场堆填处置,其强度只需满足堆填要求即可,如美国为0.35M Pa,英国为0.7M Pa [122].事实上,开挖出来的近地表污染土含水量较低,经水泥固化处理后具有一定的强度,在满足环境淋滤要求的前提下,可回填作为浅层地基或道路基层填料,实现污染土的重新利用.目前国内外对常规水泥土的强度特性已有系统研究,提出了水泥土的一些强度预测方法[3].针对含重金属水泥土强度预测方法的研究还未见报道.已有研究表明,重金属会影响水泥的水化进程[4],使水泥固化污染土的强度特性有别于常规水泥土.因此,用常规水泥土的强度预测方法对水泥固化污染土进行强度预测显然是不合适的.本文对水泥固化重金属铅污染土的无侧限抗压强度预测方法进行了研究.1 材料与试验方法本试验污染土通过室内人工制备.土粒由商业黄砂和商品纯高岭土按85∶15的质量比混合而成.烘干后的商业黄砂过1mm 筛.高岭土为325目细度(小于2μm 的黏粒含量占20%,2～75μm 的粉粒含量占80%,徐州夹河高岭土厂),液、塑限分别为68%,32%.该混合土击实试验(AST M D 698—07)得到的最佳含水量为10%,对应的最大干密度为1196g /cm 3.本试验中取实际含水量10%.本试验铅污染源采用的硝酸铅是一种高溶解度(高阳离子活动性)盐,且硝酸根对水泥水化反应干扰较小[5].设计Pb 2+在干土中的质量比为110×102,110×103,110×104,310×104m g /kg,即0101%,011%,1%,3%的干土质量.分别用Pb 0101,Pb 011,Pb 1,Pb 3来表示各种Pb 2+质量分数的水泥固化含铅污染土,不含Pb 2+的水泥土用Pb 0表示.试验采用水泥为普通硅酸盐325水泥,掺量取干土重量的5%,715%,10%,用C 5,C 715,C 10表示.制样时,量取设计含水量规定的去离子水,用磁力搅拌机将硝酸铅充分溶解于去离子水中,得到硝酸铅溶液.将黄砂、高岭土和水泥在掺水前充分搅拌均匀,然后加入制备好的硝酸铅溶液,混合、搅拌.由于试验掺砂量较高,5～10m in 内即可搅拌均匀.通过静压压实(试样密度和含水量分别为混合土的最优含水量和最大干密度控制)制成<5cm ×10cm 的柱状试样,脱模,称重,放入密封塑料袋中,入标准养护室养护(温度22℃).无侧限抗压强度试验与常规水泥土试验方法相同.试验所用仪器为常规的竖向加荷装置,控制轴向应变速度为1%/m in (A ST M D 2166—06).2 试验结果及讨论211 龄期对强度的影响 在其他条件相同时,不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系[3].本文对不同Pb 2+质量分数(w Pb )、不同水泥掺量水泥固化铅污染土强度建立如下龄期相关的预测公式:q u,t =A T q u,T(1)式中,q u,T ,q u,t 分别为已知龄期T 时和待预测的龄期t 时的无侧限抗压强度;A T 为预测系数.将本文试验不同龄期的强度值作为已知强度q u,T ,分析该龄期强度与其他龄期强度之间的关系.同一龄期的数据点不考虑w Pb 和水泥掺量的影响,即每一组数据包括了同一龄期下Pb 0和Pb 0101,Pb 011,Pb 1,Pb 3土分别用C 5,C 715,C 10水泥处理后的强度.图1显示28d 强度(T =28),90d 强度(T =90)与其他龄期强度之间呈近似线性关系,对应的斜率即为预测系数A T .对T =7,14,56d 龄期的强度进行类似分析.所有拟合结果见表1(R T 为对应的拟合相关系数).图1 水泥固化铅污染土q u,t 与q u,T 关系16东南大学学报(自然科学版) 第40卷 表1中,某一龄期T 的强度q u,T 与预测龄期t 时强度q u,t 之间的预测系数A T 与龄期t 相关.对某一T 龄期不同t 龄期对应的A T 进行分析,得到图2.表1 拟合得到的预测系数A T龄期t/dT =7d T =14dT =28dT =56dT =90dA 7R 7A 14R 14A 28R 28A 56R 56A 90R 9010121001799011540181301100017650107601712010650168471.0001.00001725019770147701966013640194401309019221411362019771.0001.00001657019880150201972014280196328210630196611513019881.0001.00001763019770164801957562167301944119660197211300019771.0001.0000185********31114019222129801963115090195711166019781.0001.000图2 预测系数A T 与龄期t 的关系 图2中A T 随龄期t 的增大而增大,随龄期T 的增大而减小.不同T 对应的A T 随t 的变化规律为A T =a tb(2)式中,a,b 为拟合参数(见表2),R 2为对应的拟合相关系数.表2 不同T 对应的拟合参数a,b龄期/dabR 27014150145601971401301014600197280119901459019756011500146401979001126014680197 参数b 随龄期T 变化不大,不同T 时都有b ≈0146(3)而参数a 与T 有关,如图3所示.图3 拟合系数a 与T 的关系参数a 与T 的关系为a =1108T-0149,R2=01996(4)将式(3)、(4)代入式(2),可得预测系数A T =1108T-0149t0146(5)将式(5)代入式(1),即得到根据某一已知龄期T 时的强度q u,T 来预测任一龄期t 时强度q u,t 的经验公式,即q u,t =1108q u,T T -0149t0146(6a )将T =7,14,28,56,90d 对应的不同w Pb 、不同掺量水泥固化污染土的无侧限抗压强度作为已知强度,通过式(6a )预测其他龄期的强度值(见图4).其中,q u,R 为实测强度,q u,P 为预测强度.根据经验公式(6a )预测得到的强度与实测强度较接近.即本文试验中,对于同一w Pb (或不含Pb 2+)、同一水泥掺量的水泥固化土而言,可通过公式(6a )由某一龄期的强度值来预测该类水泥固化土其他任一龄期的强度值.图4 实测强度与式(6a )预测强度比较实际工程中通常根据7d 和28d 强度预测其他龄期强度,即q u,t =01416q u,7t0146(6b )q u,t =01211q u,28t0146(6c )212 水泥掺量对强度的影响已有研究表明,在其他条件相同的前提下,2个不同水泥掺入比水泥土的无侧限抗压强度比值与水泥掺入比呈幂函数关系[3].本文对7,14,28,116第3期陈蕾,等:水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法56,90d 龄期水泥固化铅污染土按照不同w Pb 、不同水泥掺量进行类似分析(见图5).图5中,a w /a 5为某一水泥掺量(5%,715%,10%)与5%水泥掺量的比值,q u,a w /q u,a 5是对应的强度比,该强度图5 水泥掺入比与无侧限抗压强度比的关系比包括不同w Pb 水泥固化土分别在7,14,28,56,90d 龄期的值.研究表明,不同w Pb 水泥固化土的a w /a 5与q u,a w /q u,a 5关系可以用幂函数来拟合,即q u,a w q u,a k=ca w a kd(7)式中,a w /a k 为所研究的水泥掺量a w 与某一特定水泥掺量a k 的比值;q u,a w /q u,a k 为对应的强度比.c,d 为拟合参数.图5为a k =5%(k =5)、a w 取5%,715%,10%(w =5,715,10)时对应的强度比规律.当k =715,10,即715%,10%水泥掺量与其他水泥掺量的强度比值也呈类似规律.所有拟合结果如表3所示.表3 不同w Pb 下水泥掺量比与强度比关系的拟合参数参数a k =5%(k =5)a k =715%(k =715)a k =10%(k =10)cdR 2cdR 2cdR 2Pb 0019201141301831107311383019401982113630194Pb 0101019751147801991101911477019901995114730199Pb 011019501163401971103711632019801992116250199Pb 1111881185701680192811795019411017117630195Pb 3017272196301911110331091017901962217160182 表3中对于不同的k 和w Pb ,拟合参数c 为c ≈1(8)而拟合参数d 与w Pb 有关.这也说明了w Pb 的确对水泥固化土的强度有影响.参数d 是可用来反映w Pb 对水泥固化土强度影响的一个指标.对k =5,715,10时w Pb 与d 的关系进行分析得到图6.不同k 值(不同水泥掺量)下w Pb 与参数d 存在指数关系,即d =1169ln (wPb +2134), R 2=01932(9)图6 w Pb 与d 的关系将式(8)、(9)代入式(7),得到某一w Pb 下根据已知水泥掺量a k 对应的强度q u,a k 来预测水泥掺量a w 时强度q u,a w 的经验公式q u,a w =q u,a ka w a k1169ln (w Pb +2134)(10)式(10)适用于对90d 龄期内任一相同龄期时固化污染土试样的强度预测.将k =5,715,10时,不同w Pb 、不同龄期水泥固化污染土无侧限抗压强度作为已知强度,通过式(10)预测其他水泥掺量下对应的强度值,结果如图7所示.图7 实测强度与式(10)预测强度比较(w Pb :0～3%)图7中,根据经验公式(10)预测的强度值q u,P与实测强度q u,R 总体上接近;但k =5时对应的数据误差较大,预测强度仅为实测强度的63%左右.该误差主要是由参数d 引起的.图6中,当w Pb 增长至3%时,d 值的增幅突然加大,使参数d 与w Pb 拟合相关性变差.这可能是由于w Pb =3%已经严重延迟或阻碍了固化土中水泥的水化反应,其强度增长的规律性与低w Pb 的试样有所不同.为此本文剔除w Pb =3%的数据,对w Pb ≤1%(我国土壤环境216东南大学学报(自然科学版) 第40卷质量标准上限的25倍[6])情况下,w Pb 与d 的关系重新进行分析,如图8所示.图8 w Pb 与d 的关系(w Pb ≤1%)根据图8对w Pb 与d 重新拟合,得到d =118+01078ln (w Pb +010045),R2=01981(11)式(11)的拟合相关系数大于式(9),将其代入式(7)得到q u,a w =q u,a ka w a k118+01078ln (w Pb +010045)(12a )将k =5,715,10时,不同w Pb (w Pb ≤1%)、不同龄期水泥固化污染土的无侧限抗压强度作为已知强度,通过式(12a )预测其他水泥掺量下对应的强度值,结果如图9所示.比较图7与图9可以看出,水泥固化土w Pb <1%时,根据式(12a )预测得到的强度值与实测强度更为接近.图9 实测强度与式(12a )预测强度比较(w Pb =0～1%)对于实际工程来说,Pb 2+污染程度大于1%质量分数的工况较罕见,而通过低水泥掺量时的强度预测高水泥掺量下的材料强度更符合工程实际,因此取k =5时的式(12b )更具有工程意义,即q u,a w =q u,a 5a w5118+01078ln (w Pb +010045)(12b )3 结论1)可通过q u,t =1108q u,T T-0149t 0146,由某一龄期的强度值预测同类水泥固化土任一龄期的强度值;该公式适用于对本试验中任一Pb 2+质量分数(Pb 0,Pb 0101,Pb 011,Pb 1,Pb 3),任一水泥掺量(C 5,C 715,C 10)的水泥固化土强度的预测.2)当w Pb 在0～1%时,可通过q u,a w =q u,a 5(a w /a k )118+01078ln (w Pb +010045),由某一已知水泥掺量对应的强度值来预测另一水泥掺量时的强度值;当w Pb >1%时,则可利用q u,a w =q u,a k (a w /a k )1169ln (w Pb +2134)来预测.以上公式适用于某一已知w Pb 下90d 龄期内对任一龄期强度的预测.参考文献(References)[1]M alone P G,Jones L W ,L arson R J.G uide to the dis 2posal of chem ically stabilized and solidified w aste (SW 2872)[R ].W ashington D C:O ffice of W ater and W aste M anagem ent,1980.[2]H ills C D ,Pollard S J T .Influence of interferenceseffect on the m echanical,m icrostructural and fixationcharacteristics ofcem ent 2solidifiedhazardous w astefor m s [J ].J ourna l of H aza rd M a teria ls,1997,52:1712191.[3]刘松玉,钱国超,章定文.粉喷桩复合地基理论与工程应用[M ].北京:中国建筑工业出版社,2006.[4]C onner J R.C hem ica l fixa tion and solidifica tion of haz 2a rdous w astes [M ].N ew York:V an N ostrand R ein 2hold,1990.[5]B oardm an D J.L i m e stabilization:clay 2m etal 2li m e in 2teractions [D ].L eicestershire,U K:L oughborough U ni 2versity,1999.[6]中华人民共和国国家环境保护局,国家技术监督局.GB 15618—1995土壤环境质量标准[S ].北京:中国标准出版社,1995.316第3期陈蕾,等:水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法。