樊浩倫，申向東，周海龍，劉曉紅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

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水泥固化鋅污染紅粘土力學(xué)特性及強(qiáng)度預(yù)測(cè)

樊浩倫，申向東，周海龍，劉曉紅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

將重金屬污染土與水泥混合固化處理后，可防止重金屬向周圍進(jìn)一步擴(kuò)散，并可作為穩(wěn)定的固化材料用于淺層地基等非敏感區(qū)域，達(dá)到污染土二次利用的目的。將人工制備的鋅污染紅粘土通過(guò)水泥固化處理后，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究不同水泥摻量、污染物濃度和養(yǎng)護(hù)齡期下固化物的無(wú)側(cè)限壓縮變形特性。研究結(jié)果表明：鋅離子濃度對(duì)水泥固化土的強(qiáng)度和變形模量存在閾值，且隨著水泥摻量的增加，濃度閾值增加。鋅離子濃度在5000 mg·kg-1以內(nèi)，固化土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線經(jīng)歷彈性變形階段、彈塑性變形階段、破壞階段和殘余強(qiáng)度階段，且水泥摻量大于8%時(shí)，破壞應(yīng)變隨齡期增加而增大。鋅離子濃度在10000 mg·kg-1時(shí)，固化物的彈性變形階段經(jīng)歷短暫后直接進(jìn)入殘余強(qiáng)度階段。固化物的變形模量隨著鋅離子的增加而減小，但當(dāng)水泥摻量10%時(shí)，少量的鋅離子會(huì)提高固化產(chǎn)物的變形模量。通過(guò)對(duì)不同水泥摻量、養(yǎng)護(hù)齡期和污染物濃度的固化物強(qiáng)度進(jìn)行擬合分析，最終得到了與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高的水泥固化鋅污染紅粘土強(qiáng)度預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式。

重金屬； 水泥固化土； 應(yīng)力-應(yīng)變； 破壞應(yīng)變； 變形模量； 強(qiáng)度預(yù)測(cè)

1 引 言

隨著我國(guó)的工業(yè)高速發(fā)展，土壤重金屬污染越來(lái)越嚴(yán)重。受到重金屬污染的土壤不易被化學(xué)或生物降解，對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。因此，對(duì)于重金屬污染土的危害和如何修復(fù)等問(wèn)題是當(dāng)下的一個(gè)研究熱點(diǎn)[2-4]。目前，重金屬污染土壤的修復(fù)方法主要有換土法、客土法、固化/穩(wěn)定法(簡(jiǎn)稱S/S法)、化學(xué)淋洗、動(dòng)電修復(fù)、生物修復(fù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)等[5-6]。

基于固化/穩(wěn)定修復(fù)具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和修復(fù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，使其成為最常用的修復(fù)方法之一。在現(xiàn)有的固化/穩(wěn)定修復(fù)項(xiàng)目中，多選用水泥等無(wú)機(jī)材料對(duì)污染土進(jìn)行固化[7]。水泥固化污染土是將水泥等膠結(jié)材料與污染土混合，通過(guò)物理及化學(xué)手段，防止土中污染物向周圍進(jìn)一步擴(kuò)散，從而將有害物質(zhì)達(dá)到環(huán)境可接受的穩(wěn)定固體材料。該處理方法在實(shí)際的工程中，將開(kāi)挖置換后的污染土，進(jìn)行水泥固化處理后，回填用于道路基層的填料、淺層地基或護(hù)岸等非敏感區(qū)域的建筑材料，這樣可以實(shí)現(xiàn)污染土的資源再利用，節(jié)省環(huán)境治理費(fèi)用，具有非常重要的環(huán)保意義。

本文研究土壤為紅粘土，紅粘土在我國(guó)各地多有分布，其中以內(nèi)蒙古東部、貴州、云南、廣西等省區(qū)分布最廣。紅粘土有著較為特殊的力學(xué)性能，在實(shí)際工程中時(shí)有發(fā)生地基不均勻變形、道路開(kāi)裂等工程病害[8]。而重金屬污染后的紅粘土，力學(xué)性能更加不穩(wěn)定，導(dǎo)致建筑地基等失穩(wěn)的情況發(fā)生[9]。

基于以上因素，本文對(duì)水泥固化處理后的鋅污染紅粘土進(jìn)行了大量的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了鋅離子濃度、養(yǎng)護(hù)齡期和水泥摻量對(duì)處理后污染土固化物的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、破壞應(yīng)變和變形模量的影響規(guī)律，并擬合出與實(shí)際測(cè)試吻合度較高的水泥固化鋅污染紅粘土的強(qiáng)度預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)未來(lái)鋅污染紅粘土再利用的實(shí)際工程提供理論依據(jù)。

2 試 驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用土樣取自內(nèi)蒙古呼和浩特市武川縣內(nèi)未受污染的地表裸露紅粘土，試驗(yàn)用紅粘土顆粒分析結(jié)果如表1，主要物理參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)用土的顆粒分析結(jié)果

表2 試驗(yàn)用土的主要物理參數(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)用水泥為冀東P·O 42.5水泥，燒失量為1.02%，其主要成分見(jiàn)表3。

表3 P·O 42.5水泥主要成分

已有研究表明，硝酸根對(duì)水泥的水化反應(yīng)干擾很小[10]。且硝酸鹽其具有較高溶解度(較強(qiáng)的陽(yáng)離子活動(dòng)性)，因此，重金屬鹽選取六水合硝酸鋅。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試塊制備

將紅粘土自然風(fēng)干，碾碎并過(guò)2.36 mm篩備用，其次，根據(jù)重金屬在自然界的背景值[11]、毒性程度及溶解度等因素綜合考慮配置一定濃度的鋅離子溶液，最后將干土和溶液混合配制鋅污染紅粘土，設(shè)計(jì)鋅離子在干土中含量為100 mg·kg-1、1000 mg·kg-1、5000 mg·kg-1、10000 mg·kg-1，即0.01%，0.1%，0.5%，1%的干土質(zhì)量，下文分別用Zn0.01，Zn0.1，Zn0.5，Zn1表示，不含鋅離子的干土用Zn0表示，水泥土中水泥摻量為干土質(zhì)量的6%，8%，10%，下文用S6，S8，S10表示。根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)加入固化劑攪拌均勻，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得其最優(yōu)含水率16%和最大干密度，稱取一定質(zhì)量加入固化劑攪拌均勻后，配制成污染土，通過(guò)靜力壓實(shí)法制備圓柱形試塊，脫模并放入溫度(20±2) ℃，濕度95%養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)7 d、28 d和60 d。

2.2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試

采用WDW-50型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)測(cè)試養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)齡期的試塊進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 全應(yīng)力-應(yīng)變曲線

全應(yīng)力-應(yīng)變曲線是水泥土受荷載過(guò)程中應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線。曲線包括破壞前和破壞后兩個(gè)階段[12]，28 d、60 d不同鋅濃度的水泥固化污染紅粘土的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

圖1 不同齡期水泥固化鋅污染土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(28 d、60 d)Fig.1 Stress-strain curves of cement treated zinc-contaminated soils at different curing age(28 d、60 d)

從圖1應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖可以明顯看出除鋅濃度在1%的Zn1試塊外，其余試塊的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分為4個(gè)階段。第一階段固化土為彈性變形階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似直線，這一階段主要為鋅污染紅粘土固化物的裂紋及孔洞的壓縮閉合，固化土直線部分為彈性壓縮，孔隙比減小，剛度增大，應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加，但增加速率緩慢。第二階段固化土進(jìn)入彈塑性變形階段，應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而顯著增加并達(dá)到峰值。第三階段為破壞階段，固化土產(chǎn)生裂紋，應(yīng)力-應(yīng)變曲線陡降。第四階段為固化土的殘余強(qiáng)度階段，在這一階段應(yīng)變繼續(xù)增大而應(yīng)力變化幅度不大，但從圖中可以發(fā)現(xiàn)隨著污染物濃度的增加，這一階段變化趨勢(shì)越來(lái)越不明顯。當(dāng)鋅離子濃度在5000 mg·kg-1以內(nèi)，水泥固化鋅污染紅粘土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線所分的4個(gè)階段與梁仁旺[13]等國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者所提出的水泥土應(yīng)力-應(yīng)變曲線結(jié)論一致。但當(dāng)鋅離子濃度極高時(shí)，鋅離子嚴(yán)重阻礙水泥的水化反應(yīng)[14-15]，水泥固化產(chǎn)物峰值應(yīng)力極低，應(yīng)力-應(yīng)變曲線與未添加固化劑的原狀土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似[16-17]。開(kāi)始加載后，短暫經(jīng)歷彈性變形階段后，固化物被破壞，直接進(jìn)入殘余強(qiáng)度階段，應(yīng)力隨應(yīng)變的增加變化緩慢。

在對(duì)于S/S固化重金屬的研究中，眾多學(xué)者均提出污染物濃度對(duì)于固化物強(qiáng)度存在閾值，當(dāng)污染物濃度小于閾值時(shí)，可提高固化物強(qiáng)度，反之則降低固化物強(qiáng)度。觀察圖1固化物的峰值應(yīng)力，可以發(fā)現(xiàn)水泥固化鋅污染紅粘土也存在閾值。水泥摻量在6%和8%時(shí)，28 d時(shí)添加鋅的固化產(chǎn)物的峰值應(yīng)力均小于未添加鋅的ZnO試塊。但在60 d齡期試塊中，Zn0.01試塊的峰值應(yīng)力大于未添加鋅離子的Zn0試塊。對(duì)于水泥摻量10%的固化物，在養(yǎng)護(hù)齡期28 d時(shí)，Zn0.1試塊的峰值應(yīng)力便超過(guò)未添加鋅的Zn0試塊。當(dāng)60 d時(shí)，Zn0.1試塊的峰值應(yīng)力超過(guò)未添加鋅的Zn0試塊。這是因?yàn)閆n2+在水泥水化過(guò)程中生成了鋅氫氧化物沉淀，包裹水泥顆粒阻礙其水化反應(yīng)。隨著水泥的水化，固化物中的OH-增加，與氫氧化鋅發(fā)生反應(yīng)，生成不溶的鋅酸鹽CaZn2(OH)6· 2H2O，與殘余的氫氧化物沉淀填充孔隙，共同促進(jìn)固化物強(qiáng)度增長(zhǎng)，因此使固化物峰值應(yīng)力超過(guò)未添加鋅的固化物。而增大水泥摻量，在前期便會(huì)使固化物中的OH-大量增加，減緩鋅離子對(duì)水泥水化的阻礙，使水化反應(yīng)進(jìn)行的更加順利，因此，Zn0.01試塊在28 d時(shí)強(qiáng)度便超過(guò)未添加鋅的Zn0試塊，而60 d時(shí)Zn0.1試塊的強(qiáng)度也超過(guò)了未添加鋅的Zn0試塊。

本試驗(yàn)進(jìn)一步證明了水泥固化鋅污染紅粘土強(qiáng)度存在鋅濃度閾值[18]，但認(rèn)為污染物濃度閾值并非定值，水泥摻量不同，污染物濃度閾值不同，且隨著水泥摻量的增加，濃度閾值增加。

3.2 破壞應(yīng)變

固化產(chǎn)物應(yīng)力-應(yīng)變曲線上峰值應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)槠茐膽?yīng)變，它是衡量水泥土變形特性的重要指標(biāo)之一，能夠反映材料的脆性或者韌性，水泥固化鋅污染紅粘土破壞應(yīng)變結(jié)果如表4。

表4 水泥固化鋅污染土破壞應(yīng)變

從表4可以發(fā)現(xiàn)水泥固化鋅污染紅粘土的破壞應(yīng)變普遍集中在2.5%～4.5%之間，對(duì)試塊破壞應(yīng)變進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明P污染物濃度=0.077、P水泥摻量=0.998，P值均大于0.05，說(shuō)明污染物濃度和水泥摻量與水泥固化鋅污染紅粘土破壞應(yīng)變差異性不顯著。而P養(yǎng)護(hù)齡期=0.008，P值小于0.05，說(shuō)明養(yǎng)護(hù)齡期與水泥固化鋅污染紅粘土破壞應(yīng)變的差異性極顯著。

圖2 破壞應(yīng)變隨齡期變化規(guī)律圖(a)6%水泥摻量;(b)8%水泥摻量;(c)10%水泥摻量Fig.2 The figure of change rules between failure strain and stage of age

破壞應(yīng)變隨齡期變化規(guī)律如圖2所示，從圖中可以明顯發(fā)現(xiàn)鋅濃度在0.5%以下時(shí)，6%水泥摻量固化物破壞應(yīng)變與齡期的規(guī)律不穩(wěn)定，Zn0.1固化物破壞應(yīng)變隨齡期增加而增大。而Zn0.01和Zn0.5固化物隨齡期的增加，破壞應(yīng)變先減小后增大。8%水泥摻量固化物破壞應(yīng)變隨齡期的增加而增大，且非常明顯。10%水泥摻量固化物破壞應(yīng)變，雖然隨齡期增加而增長(zhǎng)，但變化不明顯，28 d到60 d過(guò)程中增長(zhǎng)緩慢。綜上所述，在鋅濃度小于0.5%時(shí)，水泥摻量大于8%時(shí)，固化物的破壞應(yīng)變隨齡期的增加而增大。固化物隨齡期增長(zhǎng)，脆性下降、韌性上升，且當(dāng)水泥摻量8%時(shí)，這種現(xiàn)象尤為顯著。鋅濃度達(dá)到1%，破壞應(yīng)變隨齡期的變化規(guī)律不明顯，同時(shí)結(jié)合應(yīng)力-應(yīng)變曲線和表7無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果，認(rèn)為高鋅離子濃度的固化物在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中水泥水化反應(yīng)嚴(yán)重受阻，固化效果不明顯，加載破壞過(guò)程呈塑性破壞。

3.3 變形模量E50

由于水泥土是非線性變形材料，因此，在工程實(shí)際中常使用水泥土的變形模量E50反映水泥土抵抗彈塑性變形的能力。變形模量是指水泥土峰值應(yīng)力一半的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比值。水泥固化鋅污染紅粘土的變形模量如表5所示。

表5 水泥固化鋅污染紅粘土變形模量E50

對(duì)水泥固化鋅污染紅粘土變形模量進(jìn)行方差分析后結(jié)果表明，養(yǎng)護(hù)齡期的P值為0.254，大于0.05，養(yǎng)護(hù)齡期和變形模量的差異性不顯著。水泥摻量和鋅濃度的P值分別為0.02和0，差異性極顯著。28 d水泥固化鋅污染紅粘土變形模量E50與鋅離子濃度關(guān)系如圖3所示。

圖3 28 d固化物變形模量E50與鋅離子濃度關(guān)系Fig.3 The relationship figure between 28 d modulus of deformation of solidified soil and zinc ion concentration

觀察圖3可知，水泥摻量在6%和8%時(shí)，土壤中添加極少量的鋅離子就會(huì)降低固化物的變形模量，使其剛度下降，抗變形能力降低，隨著鋅離子濃度的繼續(xù)升高，固化產(chǎn)物的變形模量持續(xù)下降。而當(dāng)水泥摻量達(dá)到10%時(shí)，少量鋅離子會(huì)提高固化產(chǎn)物的變形模量。這是因?yàn)橛捎谒鄵搅康脑黾樱\離子在水化過(guò)程中生成Zn(OH)2沉淀，填充孔隙，使固化產(chǎn)物剛度增加，這也進(jìn)一步證明了水泥摻量不同，閾值將不同。同時(shí)結(jié)合表5水泥摻量10%的固化物的變形模量數(shù)據(jù)結(jié)果、圖10%水泥摻量固化物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線結(jié)果和陳蕾等[19]研究結(jié)果，筆者認(rèn)為在水泥摻量10%時(shí)，鋅離子濃度閾值為1000 mg·kg-1。低于1000 mg·kg-1的鋅濃度可以促進(jìn)水泥水化，增大固化產(chǎn)物的變形模量，提高固化產(chǎn)物剛度。隨著鋅離子濃度的繼續(xù)增加，10%水泥摻量固化物的變形模量和其他水泥摻量固化物的變形模量變化規(guī)律相似，均隨著鋅離子濃度的升高，變形模量下降。當(dāng)鋅離子濃度增加到10000 mg·kg-1時(shí)，變形模量達(dá)到最低，結(jié)合上文破壞應(yīng)變結(jié)論和應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，認(rèn)為該濃度鋅離子對(duì)水泥水化作用阻礙嚴(yán)重，且隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，這種阻礙改變不明顯。水泥固化鋅污染紅粘土固化產(chǎn)物的變形模量可以通過(guò)式(1)來(lái)估算。變形模量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值a如表6所示。

E50=a·qu

從表6中可以看出，鋅離子濃度在5000 mg·kg-1以下時(shí)，變形模量與峰值應(yīng)力的比值最大值為50.05、最小值為9.63。因此，水泥固化鋅污染紅粘土固化產(chǎn)物的變形模量，一般可以用E50=(9～50)·qu來(lái)估算。

3.4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)

表7 固化物無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

不同水泥摻量、鋅離子濃度和齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表7所示，通過(guò)方差分析可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)變量與固化物無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度差異性極顯著。

根據(jù)表7可以看出，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與鋅離子濃度基本呈線性關(guān)系，可通過(guò)線性公式(2)進(jìn)行擬合。ω為鋅離子濃度，擬合參數(shù)a、b見(jiàn)表8。

qu=aω+b

從表8擬合參數(shù)中可以看出，當(dāng)水泥摻量在6%時(shí)a≈0.0003，8%摻量時(shí)b≈0.00035，10%摻量時(shí)a≈0.0004。所以a與水泥摻量αc呈線性相關(guān)，擬合后：

a=-0.0025αc-0.0002R2=1

(3)

同時(shí)觀察表8，可以發(fā)現(xiàn)在不同水泥摻量下，參數(shù)b與齡期呈指數(shù)相關(guān)，可以通過(guò)式(4)進(jìn)行擬合。

b=cetn

(4)

其中t為養(yǎng)護(hù)齡期，擬合參數(shù)c、n見(jiàn)表9。

表9 擬合參數(shù)c、n

從表9中可以發(fā)現(xiàn)系數(shù)c與n均與水泥摻量有關(guān)，通過(guò)擬合，c、n與水泥摻量的關(guān)系如式(5)(6)所示。

(5)

(6)

將式(5)(6)代入式(4)得：

(7)

將式(3)(7)代入式(2)后擬合無(wú)側(cè)限強(qiáng)度預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式為：

(8)

圖4 擬合結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比Fig.4 Result comparison of fitting result and testing result

其中ω為鋅離子濃度，ac為水泥摻量，t為養(yǎng)護(hù)齡期。將三個(gè)變量代入經(jīng)驗(yàn)公式后計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在7 d、28 d齡期，鋅離子濃度在10000 mg·kg-1時(shí)，計(jì)算結(jié)果小于零，與實(shí)測(cè)結(jié)果相差較大，但鑒于無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不存在負(fù)值和實(shí)測(cè)無(wú)側(cè)限強(qiáng)度極低的結(jié)果，將經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正。當(dāng)計(jì)算無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度小于零時(shí)，默認(rèn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為零。修正后的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖4所示。并將不同變量的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)matlab計(jì)算其相關(guān)系數(shù)，結(jié)果表明R=0.98。因此，認(rèn)為預(yù)測(cè)公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合度較高，此經(jīng)驗(yàn)公式具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

(1) 鋅離子濃度對(duì)水泥固化鋅污染紅粘土的強(qiáng)度和變形模量存在閾值，且隨著水泥摻量的增加，濃度閾值增加;

(2)鋅離子濃度在5000 mg·kg-1以內(nèi)，水泥固化鋅污染紅粘土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線經(jīng)歷彈性變形階段、彈塑性變形階段、破壞階段和殘余強(qiáng)度階段，與普通水泥土相似。鋅離子濃度在10000 mg·kg-1時(shí)固化物應(yīng)力-應(yīng)變曲線與原狀土相似，短暫經(jīng)歷彈性變形階段后直接進(jìn)入殘余強(qiáng)度階段;

(3)鋅離子濃度在5000 mg·kg-1以內(nèi)，水泥摻量大于8%，水泥固化鋅污染紅粘土的破壞應(yīng)變隨齡期增加而增大;

(4)水泥固化鋅污染紅粘土的變形模量隨著鋅離子濃度的升高而下降，但當(dāng)水泥摻量達(dá)到10%時(shí)，少量的鋅離子會(huì)提高固化產(chǎn)物的變形模量;

(5)給出不同水泥摻量、養(yǎng)護(hù)齡期和鋅離子濃度的水泥固化鋅污染紅粘土強(qiáng)度預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式，通過(guò)公式預(yù)測(cè)的固化物強(qiáng)度與實(shí)測(cè)值較為吻合。

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Mechanical Property and Strength Prediction of Cement-Solidified/Stabilized Zinc-contaminated Red Clay

FANHao-lun，SHENXiang-dong，ZHOUHai-long，LIUXiao-hong

(College of Water Conservancy and Civil Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China)

The solidification process of the heavy metal pollution of soil and cement can prevent heavy metal from further spread to the surrounding as well as be treated as a building material stable curable material used in non-sensitive areas such as shallow foundation in order to use the polluted soil for a second time. Unconfined compression tests were carried out after the curing treatment of zinc-contaminated red clay cement prepared by humans. The aim was to study different cement content, the concentration of pollutants and deformation characteristics of limitless compression of condensate under curing period. The results show that there exists a threshold of strength and deformation modulus of cement stabilized soil which is related to zinc ion concentration, and the concentration threshold increases with the increase of cement content. When zinc ion concentration is less than 5000 mg·kg-1, stabilized soil stress-strain curves undergo elastic deformation stage, the stage of plastic deformation as well as damage and residual strength stage phase. What's more, if cement introduction rate is more than 8%, the failure strain is positively correlated with age. On the other hand, when zinc ion concentration is 10000 mg·kg-1, the condensate directly steps into the residual strength stage after a short curing elastic deformation stage. The deformation modulus of condensate decreases with the increasing of zinc ions , but when the cement content is 10%, a small amount of zinc ions will increase the deformation modulus of the cured product. Through the fitting analysis on different cement content, curing age and pollutant concentrations, the author eventually gets the empirical formula predicting the intensity of the red clay which highly agrees with the experimental results of a higher degree of cementation zinc pollution.

heavy metal；cement-stabilized soil；stress-strain；failure strain；deformation module；strength forecast

國(guó)家自然科學(xué)基金(51569021)；教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT13069);內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(NJZZ16057)

樊浩倫(1991-)，男，碩士研究生.主要從事新材料與新結(jié)構(gòu)體系的研究.

申向東，教授，博導(dǎo).

TU525

A

1001-1625(2016)12-3964-08