摘要"采用工業(yè)固體廢棄物磷石膏、木質(zhì)素對(duì)人工配制鉛污染土進(jìn)行固化處理，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（UCS）試驗(yàn)探究固化劑摻量、養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)不同程度鉛污染土固化后應(yīng)力-應(yīng)變曲線、破壞形態(tài)及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，對(duì)比分析兩種固化劑的固化效果，并采用掃描電鏡（SEM）試驗(yàn)分析土樣固化前后的微觀特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，磷石膏、木質(zhì)素均能增大固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，減小破壞應(yīng)變；固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨磷石膏摻量增加呈持續(xù)上升趨勢(shì)，隨木質(zhì)素?fù)搅吭黾映氏壬仙笙陆第厔?shì)；延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間能有效提高固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。隨固化劑摻量和養(yǎng)護(hù)齡期的增加，土體內(nèi)部膠結(jié)水平提高，土樣破壞形態(tài)從局部張裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐?，呈現(xiàn)脆性破壞特征。兩種固化劑固化土效果各有優(yōu)劣，木質(zhì)素對(duì)高濃度鉛污染土的固化效果優(yōu)于磷石膏，抵抗變形能力更好，而磷石膏短期內(nèi)提升強(qiáng)度能力及對(duì)鉛的固定效果更好。掃描電鏡試驗(yàn)表明，固化劑可起到填充孔隙、膠結(jié)土顆粒的作用，水化產(chǎn)物在土體內(nèi)形成致密結(jié)構(gòu)，宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞"磷石膏;"木質(zhì)素;"鉛污染土;"無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度;"微觀特性

隨著工業(yè)化和城市化發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，部分工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及工業(yè)廠房關(guān)?；虬徇w，在城市中置換出了大量重金屬污染場(chǎng)地^[1]。鉛是一種常見的重金屬污染源，可通過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)改變土體的工程性質(zhì)，亦可通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害身體健康^[2]，重金屬污染土壤的治理已成為亟須解決的問(wèn)題^[3]。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是常用的重金屬污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)之一，是當(dāng)前環(huán)境巖土領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)^[4]。目前廣泛使用的固化劑有水泥^[5]、石灰^[6]、粉煤灰^[7]等，這些傳統(tǒng)固化劑存在用量大、環(huán)境不友好、生產(chǎn)能耗大、改良土形成強(qiáng)堿環(huán)境等問(wèn)題^[8]。因此，亟需尋找綠色環(huán)保的固化材料來(lái)處理鉛污染土。

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出加強(qiáng)大宗固廢綜合利用。磷石膏和木質(zhì)素均為產(chǎn)量巨大且利用率低的典型固廢材料，在巖土工程中可用于改良特殊土的工程缺陷，替代傳統(tǒng)環(huán)保欠缺型的改良劑^[9]。近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)磷石膏和木質(zhì)素資源化再利用開展大量的試驗(yàn)研究。Kumar等^[10]對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期下石灰、粉煤灰、磷石膏混合料進(jìn)行抗剪試驗(yàn)及無(wú)側(cè)限試驗(yàn)，認(rèn)為二灰-磷石膏混合料可應(yīng)用于改良路基。Feng等^[11]將電石渣和磷石膏等材料用于重金屬污染土的固化處理，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度發(fā)展較好。丁建文等^[12]以工業(yè)廢料磷石膏作為添加劑對(duì)高含水率疏浚淤泥進(jìn)行固化，得出固化土的強(qiáng)度與固化材料的摻量近似呈線性遞增關(guān)系，隨齡期增加強(qiáng)度增長(zhǎng)先快后慢的結(jié)論。索崇嫻等^[13]、郭明帥等^[14]分別將磷石膏作為復(fù)合固化劑的一種對(duì)重金屬污染土進(jìn)行固化/穩(wěn)定化，發(fā)現(xiàn)固化土強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而增大，且摻加固廢對(duì)其強(qiáng)度有明顯改善作用。這些研究表明，磷石膏對(duì)土壤的改良以及污染土的固化起到有效的作用，但磷石膏多作為添加劑或復(fù)合固化材料基的其中一種，對(duì)于磷石膏單獨(dú)固化重金屬污染土起到的效果尚未有定論。Tingle等^[15]使用木質(zhì)素磺酸鹽對(duì)粉砂和黏土進(jìn)行改良，結(jié)果表明木質(zhì)素對(duì)土體強(qiáng)度的提高效果明顯。Chen等^[16]在使用木質(zhì)素加固砂質(zhì)粉土?xí)r，隨著摻量從0.5%增加到4.0%，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，最優(yōu)摻量為2.0%。張濤^[17]通過(guò)石灰和木質(zhì)素的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下，12%摻量木質(zhì)素改良土與8%摻量石灰改良土強(qiáng)度基本相當(dāng)。以上研究表明木質(zhì)素也具有固化土壤的作用。目前針對(duì)木質(zhì)素加固黏性土、粉土、黃土、淤泥質(zhì)土等有一定的研究，但針對(duì)重金屬污染土加固方面尚在起步階段，對(duì)固化重金屬污染土的力學(xué)性能缺少系統(tǒng)的研究。

筆者分別選用磷石膏和木質(zhì)素作為土體固化劑，以無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究固化劑摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)不同程度鉛污染土的強(qiáng)度影響規(guī)律，對(duì)比兩種單一固化劑的固化效果，并分析其微觀特性，為大宗固廢修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地提供理論支持。

1"試驗(yàn)

1.1"試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的土樣是人工配制的鉛污染土。素土取自陜西省楊凌示范區(qū)扶楊大道的路基，取土深度約2 m，土樣為黃褐色，質(zhì)感細(xì)膩。土樣取回實(shí)驗(yàn)室后，風(fēng)干，碾碎，剔除植物根系等雜質(zhì)，過(guò)2 mm土壤篩，裝袋備用。素土的基本性質(zhì)如表1所示。

《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 36600—2018）^[18]第一、第二類建設(shè)用地鉛離子的管制值為800、2 500 mg/kg，因此，試驗(yàn)中Pb²⁺濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取0.8%、2.5%，即1 kg干土中含有8 g Pb²⁺、25 g Pb²⁺。試驗(yàn)采用化學(xué)分析純硝酸鉛為鉛污染源，產(chǎn)自廣東光華科技股份有限公司，形態(tài)為白色立方或單斜晶體，易溶于水。

固化劑分別選用磷石膏和木質(zhì)素。磷石膏為灰白色粉末，微溶于水，取自某建筑工地，主要成分見表2。木質(zhì)素選用上海源葉生物科技有限公司生產(chǎn)的木質(zhì)素磺酸鈣，形態(tài)為淺黃色至深棕色粉末，略有芳香氣味，易溶于水，木鈣含量為96%。木質(zhì)素粉末細(xì)膩無(wú)須過(guò)篩，為防止磷石膏在土體中發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，將其過(guò)0.075 mm篩后使用。

根據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn)^[19-20]，磷石膏摻量選取0、2.0%、3.5%、5.0%、6.5%，木質(zhì)素?fù)搅窟x取0、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%，摻量按固化劑占干土質(zhì)量百分比計(jì)算。試樣的控制含水率取18%（略大于土體最優(yōu)含水率與固化劑完全水解反應(yīng)所需水量理論值之和），干密度控制為1.72 g/cm³，養(yǎng)護(hù)齡期設(shè)定為1、7、28 d。

1.2"試樣制備及測(cè)試方法

1.2.1"試樣制備

根據(jù)土的最優(yōu)含水率，量取一定量的去離子水，根據(jù)鉛濃度不同分別稱取一定質(zhì)量的硝酸鉛，用磁力攪拌機(jī)將硝酸鉛充分溶解于去離子水中，得到硝酸鉛溶液。將設(shè)計(jì)摻量的磷石膏、木質(zhì)素與干土充分?jǐn)嚢杈鶆?，將硝酸鉛溶液倒入土樣中，再次攪拌10 min。直至攪拌均勻。未摻加固化劑的鉛污染土樣為空白樣。采用靜壓壓實(shí)制成直徑為4 cm、高為8 cm的柱狀試樣，脫模后放入密封袋中，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)（溫度為22 oC，相對(duì)濕度大于70%）至預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期。

1.2.2"測(cè)試方法

固化污染土試樣養(yǎng)護(hù)后取出，參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）^[21]進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備采用YYW-2型應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓力儀，上升速率為1 mm/min，每組試樣測(cè)試3個(gè)平行樣取平均值。

毒性浸出試驗(yàn)參照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》（HJ/T 299—2007）^[22]進(jìn)行，浸出液的鉛離子濃度采用火焰原子吸收光譜法測(cè)試，試驗(yàn)設(shè)備為PinAAcle900型原子吸收分光光度計(jì)。

掃描電鏡（SEM）試驗(yàn)采用日本日立S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，選取養(yǎng)護(hù)齡期7 d空白組鉛污染土樣、固化強(qiáng)度最優(yōu)土樣，取截?cái)嗝婕s為 1 cm²大小的試塊，采用真空冷凍干燥儀-50 ℃急凍真空干燥處理24 h，選取有代表性的新鮮斷面，噴金后對(duì)樣品進(jìn)行掃描拍攝。

2"試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1"磷石膏對(duì)鉛污染土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

2.1.1"固化土應(yīng)力-應(yīng)變特征

不同摻量、養(yǎng)護(hù)齡期下磷石膏固化土應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同磷石膏摻量下固化土應(yīng)力均隨應(yīng)變?cè)龃笙仍龃蠛鬁p小，曲線到達(dá)最高點(diǎn)后土樣開始破壞，此時(shí)應(yīng)力為峰值應(yīng)力，即土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。未固化鉛污染土應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)塑性特征，峰值不明顯，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較小，壓縮過(guò)程緩慢，破壞應(yīng)變較大。隨著磷石膏摻量和養(yǎng)護(hù)齡期增加，土樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)應(yīng)變軟化和脆性破壞特征。不同摻量下固化土在彈性階段內(nèi)的斜率均大于鉛污染土，固化土在彈性階段持續(xù)時(shí)間較短，且摻量越大斜率越大，強(qiáng)度提升越快，達(dá)到無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值所需的時(shí)間越短。

當(dāng)磷石膏摻量由0增至6.5%，0.8%鉛污染固化土養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)破壞應(yīng)變由4.8%減小到4.2%，峰值應(yīng)力由204 kPa增大到327.5 kPa；養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)破壞應(yīng)變由4.5%減小到3.6%，峰值應(yīng)力由218.98 kPa增大到480.62 kPa；養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)破壞應(yīng)變由4.5%減小到3.2%，峰值應(yīng)力由253.75 kPa增大到552.82 kPa。齡期越長(zhǎng)，破壞應(yīng)變?cè)叫。瑧?yīng)變減少幅度越大，峰值應(yīng)力及抵抗變形的能力越大。2.5%鉛污染土及磷石膏固化土破壞應(yīng)變均略大于0.8%鉛污染土及固化土，抵抗變形能力略差，但固化后峰值應(yīng)力相當(dāng)。

值得注意的是，從圖1（a）、（b）、（e）可以看出，磷石膏摻量為2.0%、3.5%、5.0%的固化土應(yīng)力-應(yīng)變曲線接近，摻量增大到6.5%時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化較大，分析原因?yàn)椋毫资嘀械腃aSO₄·2H₂O水化后形成Ca²⁺和SO₄^2-，與土樣內(nèi)部或固化劑組分的含鋁相反應(yīng)生成鈣礬石。磷石膏呈酸性，摻入土體后，pH值降低，鈣礬石晶體由小變大，由集結(jié)在顆粒表面的細(xì)小晶體變?yōu)閱蝹€(gè)晶體。當(dāng)磷石膏摻量較少時(shí)，水化形成的Ca²⁺一部分在土顆粒表面發(fā)生離子交換反應(yīng)，孔隙液Ca²⁺含量較低，而體系中存在足量SO₄^2-，單個(gè)的鈣礬石晶體會(huì)向單硫型硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化，鈣礬石不穩(wěn)定，故強(qiáng)度增長(zhǎng)不明顯。0.8%鉛污染土在1、7 d齡期磷石膏摻量達(dá)到6.5%時(shí)鈣礬石生成量及穩(wěn)定性較高，強(qiáng)度有較大提升；2.5%鉛污染土比0.8%鉛污染土pH值更小，單個(gè)鈣礬石晶體更不穩(wěn)定，故需要更長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)齡期和磷石膏摻量使強(qiáng)度大幅提升。

由以上結(jié)果分析可見，磷石膏可以有效提高鉛污染土的力學(xué)性能，這是因?yàn)殡S著磷石膏摻量和養(yǎng)護(hù)齡期的增加，水化產(chǎn)物增加，可對(duì)土樣內(nèi)部孔隙起到填充作用，減小孔隙率，使膠結(jié)強(qiáng)度顯著提升，較大的膠結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)了顆粒間的黏結(jié)力，提高了固化土抵抗應(yīng)力的能力，同時(shí)，膠結(jié)水平越高，土樣的脆性越顯著。

2.1.2"固化土表面破壞形態(tài)分析

選取0、2.0%、6.5%磷石膏固化0.8%鉛污染土（2.5%鉛污染土破壞形態(tài)類似）的照片分析其破壞形態(tài)，如表3所示。由表3可知，低摻量下破壞形態(tài)表現(xiàn)為局部張裂破壞或鼓脹破壞，隨著摻量的增加，縱向裂紋逐步發(fā)展，表現(xiàn)為貫通破壞至剪切破壞，破壞脆性逐漸增大，裂縫形態(tài)逐漸由劈裂裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)閅形裂縫，斜向裂紋逐漸發(fā)展貫通成剪切破壞面；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，裂縫明顯增多，破壞范圍更廣，大裂隙更明顯且破壞面更趨于不規(guī)則。

當(dāng)摻量和齡期較小時(shí)，水化產(chǎn)物較少，土樣破壞機(jī)制主要為顆粒間的滑動(dòng)和錯(cuò)位，表現(xiàn)為塑性破壞。隨著摻量和齡期增大，水化產(chǎn)物增加，膠結(jié)水平提高，破壞機(jī)制由顆粒間的滑動(dòng)錯(cuò)位變?yōu)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，土樣破壞模式從局部張裂或鼓脹逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樨炌ㄆ茐暮图羟衅茐?，土樣?yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)應(yīng)變軟化特性，宏觀表現(xiàn)為破壞脆性增大^[23]。

2.1.3"摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

圖2為磷石膏固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。由圖2可知，相同齡期下隨著磷石膏摻量的增加，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大，當(dāng)磷石膏摻量為6.5%時(shí)，兩種鉛污染固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別取得最大值552.82、549.85 kPa（28 d）；當(dāng)磷石膏摻量一定時(shí)，隨養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng)，固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提升。

由圖2強(qiáng)度變化曲線可知，固化土前期強(qiáng)度提升較快，效果較明顯，齡期延長(zhǎng)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提升速率變緩，且高濃度鉛污染土放緩趨勢(shì)更明顯。0.8%鉛污染土固化后強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度由1.61倍（1 d）提升至2.19倍（7 d），28 d時(shí)降為2.18倍；2.5%鉛污染土固化強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度由1.55倍（1 d）提升至2.24倍（7 d），28 d時(shí)降為2.19倍。這說(shuō)明磷石膏摻入土體后可以快速發(fā)生反應(yīng)，有效膠結(jié)土顆粒，使土體強(qiáng)度快速增強(qiáng)，磷石膏對(duì)固化土的早強(qiáng)作用在工程上很有意義，可以加快施工進(jìn)度。

強(qiáng)度的變化與鈣礬石的生成含量有關(guān)，隨著摻量的增加，固化土中Ca²⁺的含量也大大增加，Ca²⁺是鈣礬石生成的先決條件，Ca²⁺的含量增加促進(jìn)了鈣礬石的生成^[24]，鈣礬石在一定范圍內(nèi)可以強(qiáng)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高土樣的強(qiáng)度。

但過(guò)多的鈣礬石會(huì)產(chǎn)生膨脹作用，破壞已有的凝膠體，導(dǎo)致固化土強(qiáng)度降低。補(bǔ)充10%、20%磷石膏摻量固化0.8%鉛污染土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。圖中曲線斜率逐段減小，即強(qiáng)度提升速率減慢，10%磷石膏固化土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為559.26 kPa，較6.5%磷石膏固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（480.62 kPa）增長(zhǎng)率為16.36%/3.5=4.67%，而6.5%磷石膏固化土較5.0%磷石膏固化土強(qiáng)度（446.19 kPa）增長(zhǎng)率為7.72%/1.5=5.14%，隨摻量增加強(qiáng)度增長(zhǎng)率下降（增長(zhǎng)率按照摻量每增加1%計(jì)算）；20%磷石膏固化土出現(xiàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度略降低現(xiàn)象，與丁建文等^[12]的試驗(yàn)結(jié)果相吻合。由此可知，磷石膏摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)固化鉛污染土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度具有一定影響，可通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期、控制磷石膏用量，達(dá)到適宜的固化效果。

2.2"木質(zhì)素對(duì)鉛污染土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

2.2.1"固化土應(yīng)力-應(yīng)變特征

不同摻量、養(yǎng)護(hù)齡期下木質(zhì)素固化土應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。土樣破壞應(yīng)變隨摻量增加表現(xiàn)出先降后升的規(guī)律，隨養(yǎng)護(hù)齡期增加略有減小，固化土應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)應(yīng)變軟化和脆性破壞特征。0.8%鉛污染土固化樣養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)，僅0.5%木質(zhì)素固化土在彈性階段內(nèi)的斜率小于空白鉛污染土，其他摻量下均大于空白樣，且固化土在彈性階段持續(xù)時(shí)間較短，2.0%木質(zhì)素?fù)搅肯碌男甭首畲螅瑥?qiáng)度提升最快。養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，除3.0%木質(zhì)素固化土在彈性階段內(nèi)斜率略小于空白樣外，其他摻量斜率均大于空白樣；前期0.5%木質(zhì)素固化土斜率最大，中后期斜率逐漸減小，2.0%木質(zhì)素固化土斜率逐步增大，斜率及強(qiáng)度均達(dá)到最大值。養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，仍在2.0%木質(zhì)素?fù)搅繒r(shí)取得軸向應(yīng)力最大值，3.0%木質(zhì)素固化土峰值應(yīng)力僅大于空白樣，強(qiáng)度迅速降低。2.5%鉛污染土各個(gè)齡期不同摻量固化土在彈性階段內(nèi)斜率均大于空白鉛污染土，固化土與未固化污染土斜率差距較大，說(shuō)明木質(zhì)素對(duì)高濃度污染土強(qiáng)度提升效果更好。

對(duì)于0.8%鉛污染固化土的應(yīng)力應(yīng)變大小隨木質(zhì)素?fù)搅吭黾?、養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng)有以下變化規(guī)律：養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)，0～2.0%摻量下破壞應(yīng)變從4.8%減小到3.9%，峰值應(yīng)力由204 kPa增大到261.71 kPa，當(dāng)摻量增大到3.0%時(shí)，破壞應(yīng)變略上升至4.2%，峰值應(yīng)力減小到210.58 kPa；養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，0～2.0%摻量下破壞應(yīng)變從4.5%減小到3.5%，峰值應(yīng)力由218.98 kPa增大到285.38 kPa，摻量增大到3.0%時(shí)，破壞應(yīng)變上升至3.8%，峰值應(yīng)力減小到224.68 kPa；養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，0～2.0%摻量下破壞應(yīng)變從4.5%減小到3.2%，峰值應(yīng)力由253.75 kPa增大到452.3 kPa，木質(zhì)素?fù)搅吭龃蟮?.0%時(shí)，破壞應(yīng)變上升至3.5%，峰值應(yīng)力減小到334.98 kPa。

2.5%鉛污染固化土的應(yīng)力應(yīng)變大小隨摻量、養(yǎng)護(hù)齡期的變化趨勢(shì)與0.8%鉛污染土類似，但各個(gè)齡期峰值應(yīng)力均大于0.8%鉛污染固化土，且養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)應(yīng)力就有顯著提升，而0.8%鉛污染固化土應(yīng)力需養(yǎng)護(hù)28 d才有明顯增大。由上可知，在0～2.0%木質(zhì)素?fù)搅糠秶鷥?nèi)，齡期越長(zhǎng)，破壞應(yīng)變?cè)叫?，?yīng)變減少幅度、軸向應(yīng)力、抵抗變形的能力越大。但3.0%木質(zhì)素?fù)搅康钠茐膽?yīng)變均有所回彈，軸向應(yīng)力減小，這是因?yàn)橐欢〒搅康哪举|(zhì)素可以填充土體孔隙，提高應(yīng)力，木質(zhì)素?fù)搅窟^(guò)多會(huì)優(yōu)先與自身結(jié)合，削弱土顆粒間的聯(lián)結(jié)，從而暴露出較多孔隙^[20]，說(shuō)明高木質(zhì)素?fù)搅繒?huì)產(chǎn)生一定的不利影響。

綜上所述，木質(zhì)素可以在一定摻量范圍內(nèi)有效提高鉛污染土的力學(xué)性能，最優(yōu)摻量為2.0%，且木質(zhì)素對(duì)高濃度污染土固化效果更好。短齡期木質(zhì)素?fù)搅枯^少時(shí)，土體孔隙不能被木質(zhì)素填滿，改良效果不顯著^[25]；長(zhǎng)齡期時(shí)，過(guò)高的摻量會(huì)使木質(zhì)素在土體中殘留，代替土顆粒位置，形成較大孔隙，反而使應(yīng)力降低。因此在短齡期條件下提高摻量以及在低摻量下延長(zhǎng)齡期均可獲得較好的固化效果。

2.2.2"固化土表面破壞形態(tài)分析

木質(zhì)素固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中典型土樣破壞形態(tài)見表3，僅選取0、0.5%、2.0%木質(zhì)素固化0.8%鉛污染土（2.5%鉛污染土破壞形態(tài)類似）的照片。由表3可知，低木質(zhì)素?fù)搅肯缕茐男螒B(tài)表現(xiàn)為局部張裂破壞或鼓脹破壞，隨摻量增加逐步演變?yōu)榭v向裂紋，發(fā)展為貫通破壞至剪切破壞，脆性增大，裂縫形態(tài)逐漸由劈裂裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)閅形裂縫并貫穿整個(gè)土柱，斜向裂紋逐漸發(fā)展貫通成剪切破壞面；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，局部張裂或鼓脹破壞范圍更大，并逐漸發(fā)展成縱向裂紋，且齡期增長(zhǎng)裂隙更長(zhǎng)更顯著，剪切破壞面角度增大，28 d剪切破壞面接近45°。

木質(zhì)素會(huì)與土中礦物相互作用，形成具有膠結(jié)性質(zhì)的正電荷聚合物，不同膠結(jié)水平土樣的破壞模式存在差異，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，膠結(jié)水平越高，試樣的脆性越顯著。

2.2.3"摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

圖5為木質(zhì)素固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。由圖5可知，相同齡期下隨著木質(zhì)素?fù)搅康脑黾?，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)木質(zhì)素?fù)搅繛?.0%時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大，兩種鉛污染固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別取得最大值452.3、510.24 kPa（28 d）；0.8%鉛污染固化土強(qiáng)度提升為空白樣的1.28～1.78倍，2.5%鉛污染固化土提升為固化前的1.45～2.17倍。對(duì)比可知，木質(zhì)素對(duì)不同程度鉛污染土的固化效果略有不同。固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng)而增強(qiáng)，低濃度鉛污染土在短齡期下（1、7 d）的強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，28 d養(yǎng)護(hù)齡期下的強(qiáng)度大幅提高；而高濃度污染土在7 d時(shí)強(qiáng)度提升幅度與28 d接近，前期強(qiáng)度快速增長(zhǎng)，后期強(qiáng)度增幅減緩，該試驗(yàn)結(jié)果與Kong等^[26]使用木質(zhì)素固化淤泥時(shí)結(jié)果一致。

短齡期低摻量下，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較空白樣略有減小，原因可能是木質(zhì)素在土體中反應(yīng)的時(shí)間不足，木質(zhì)素發(fā)揮其膠結(jié)作用需要一定時(shí)間，但由于其本身占據(jù)了土體結(jié)構(gòu)中的位置，且強(qiáng)度未達(dá)到極值，故導(dǎo)致該種條件下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較小。這說(shuō)明木質(zhì)素與傳統(tǒng)固化劑具有一定的差異性，在土體中完全反應(yīng)是一個(gè)較緩慢的過(guò)程，摻入土體后需要一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間才可發(fā)揮作用。

3"磷石膏、木質(zhì)素固化效果分析

3.1"固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比分析

圖6為兩種固化劑不同摻量不同齡期條件下對(duì)兩種鉛污染土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度固化效果對(duì)比圖。由圖6可知，兩種固化劑的加固效果存在差異。磷石膏固化土各個(gè)齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量增加始終呈上升趨勢(shì)，上升速率隨摻量增加略有變化；而木質(zhì)素固化土各個(gè)齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量增加均呈一個(gè)先上升后下降的趨勢(shì)，0.8%鉛污染固化土低齡期時(shí)甚至出現(xiàn)先降后升再降的波動(dòng)規(guī)律，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度-摻量變化曲線存在一個(gè)極大值，對(duì)應(yīng)木質(zhì)素最優(yōu)摻量為2.0%。從曲線疏密程度可知，低濃度污染土采用磷石膏固化可以在短時(shí)間（7 d）內(nèi)迅速發(fā)生反應(yīng)提升強(qiáng)度，而木質(zhì)素則需要較長(zhǎng)時(shí)間（28 d）才能發(fā)揮作用；對(duì)于高濃度污染土，磷石膏固化強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)穩(wěn)定提升，木質(zhì)素前7 d對(duì)固化土強(qiáng)度提升較大，7～28 d增速放緩。

選取具有代表性的齡期（7 d）下兩類固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，如圖7。磷石膏對(duì)低濃度污染土的固化效果整體優(yōu)于高濃度污染土，木質(zhì)素則相反，其對(duì)高濃度污染土固化效果更優(yōu)。相同摻量（2.0%）條件下，0.8%鉛污染土磷石膏固化土強(qiáng)度大于木質(zhì)素固化土，2.5%鉛污染土木質(zhì)素固化土強(qiáng)度大于磷石膏固化土。磷石膏固化土的最大無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（485.13 kPa）在6.5%摻量時(shí)取得，木質(zhì)素固化土強(qiáng)度最大值（471.24 kPa）在摻量2.0%處取得，超過(guò)2.0%后強(qiáng)度下降，根據(jù)這種強(qiáng)度變化規(guī)律，木質(zhì)素?fù)搅繛?.5%時(shí)固化土強(qiáng)度一定小于6.5%磷石膏固化土，即磷石膏固化土所能達(dá)到的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值明顯大于木質(zhì)素固化土。

從兩種固化土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線分析可得，木質(zhì)素固化土的破壞應(yīng)變范圍為3.2%～4.6%，磷石膏固化土破壞應(yīng)變范圍為3.2%～4.5%，各個(gè)齡期木質(zhì)素固化土整體破壞應(yīng)變均略小于磷石膏固化土，即木質(zhì)素固化土抵抗變形能力優(yōu)于磷石膏固化土。對(duì)比兩種固化土破壞形態(tài)，破壞模式、裂縫種類基本一致，木質(zhì)素固化土縱向貫通裂縫更多更深，但剪切破壞時(shí)剪切面角度較小。

綜上，兩種固化劑固化土效果各有優(yōu)劣。磷石膏提升強(qiáng)度能力更好，高摻量下可以達(dá)到的強(qiáng)度最大值大于木質(zhì)素固化土，且磷石膏在土體中的反應(yīng)速度更快，7 d內(nèi)強(qiáng)度迅速提升；木質(zhì)素對(duì)于高濃度污染土的固化強(qiáng)度優(yōu)于磷石膏，破壞應(yīng)變小，抵抗變形能力更強(qiáng)，但對(duì)于固化土強(qiáng)度提高有限，存在最優(yōu)摻量，高摻量下的固化效果反而減弱。兩類固化土養(yǎng)護(hù)7 d后均滿足美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（US EPA）所規(guī)定的固化后土樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度需要到350 kPa的要求^[27]。

3.2"固化土溶出性能評(píng)價(jià)

為定量評(píng)價(jià)兩種固化土所含重金屬的環(huán)境安全性，開展7、28 d養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)6.5%磷石膏、2.0%木質(zhì)素?fù)搅肯鹿袒良翱瞻足U污染土的毒性浸出試驗(yàn)，探究?jī)深惒煌U濃度固化土的溶出性能。

圖8為兩種固化劑固化土浸出液鉛離子濃度變化規(guī)律。由圖8可知，兩種固化劑均可有效固穩(wěn)Pb²⁺，減少Pb²⁺溶出。2組空白鉛污染土浸出毒性濃度分別為9.65、25.52 mg/L，均超過(guò)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）^[28]規(guī)定的危險(xiǎn)廢棄物標(biāo)準(zhǔn)（5 mg/L）。對(duì)于0.8%鉛污染土，6.5%磷石膏固化土養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)浸出鉛離子濃度較7 d時(shí)增長(zhǎng)近1倍，原因是鈣礬石對(duì)Pb²⁺固穩(wěn)效果起主要作用，磷石膏固化土土體孔隙溶液pH值較低，鈣礬石不能穩(wěn)定存在，齡期增長(zhǎng)，部分鈣礬石快速生成又分解轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)，對(duì)鉛離子的固化作用下降，表現(xiàn)為28 d時(shí)Pb²⁺浸出濃度比7 d時(shí)成倍增長(zhǎng)^[29]，這也與前文磷石膏固化土7 d內(nèi)強(qiáng)度迅速提升，7 d后速率放緩的試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)。對(duì)于2.5%鉛污染土，由于初始鉛濃度較高，需加大磷石膏用量，才能使磷石膏固化土鉛溶出量滿足標(biāo)準(zhǔn)。

養(yǎng)護(hù)齡期為木質(zhì)素固化土溶出性能的重要影響因素。2.0%木質(zhì)素固化兩種濃度鉛污染土在7 d時(shí)浸出液鉛離子濃度有所降低，但不滿足標(biāo)準(zhǔn)，木質(zhì)素本身具有對(duì)Pb²⁺的吸附作用，另外木質(zhì)素在土體中生成的膠凝物質(zhì)包裹膠結(jié)Pb²⁺，降低了Pb²⁺浸出量，Pb²⁺溶出量越來(lái)越少，28 d時(shí)兩種濃度鉛污染土Pb²⁺浸出濃度分別為4.78、5.27 mg/L，基本滿足浸出液中Pb²⁺濃度限值。

4"固化土微觀特性分析

采用掃描電鏡試驗(yàn)觀察鉛污染土固化前后微觀變化，探究磷石膏、木質(zhì)素固化機(jī)理。選取0.8%鉛污染土和6.5%磷石膏、2.0%木質(zhì)素固化0.8%鉛污染土3種代表性土樣，養(yǎng)護(hù)7 d后分別放大300倍和3 000倍進(jìn)行電鏡掃描，試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。300倍下可觀察污染土及固化土整體孔隙結(jié)構(gòu)、顆粒排布的分布特征，3 000倍下可觀察土體顆粒間的膠結(jié)狀態(tài)與土體單元體形態(tài)及連接變化情況。

放大300倍圖像中可以清晰地看出，0.8%鉛污染土存在一條大的貫穿裂縫，且土顆粒之間存在較大的孔隙，顆粒之間的連接不緊密，土體結(jié)構(gòu)整體性不好。加入磷石膏、木質(zhì)素后，土顆粒之間的大孔隙被填充，僅有少量微裂縫和小孔隙，顆粒之間緊密連接形成一個(gè)整體，故無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大。觀察放大3 000倍的圖像發(fā)現(xiàn)，未固化鉛污染土土顆粒之間的連接方式多為點(diǎn)-點(diǎn)接觸，有較稀疏的十字骨架形成的空間結(jié)構(gòu)，受力后易發(fā)生破壞。

對(duì)于磷石膏固化土，SO₄^2-含量充足，鈣礬石多以柱狀形態(tài)存在。圖9（d）右側(cè)部分可以明顯地看到大量的柱狀鈣礬石，體積較大、較均勻地填充在土顆粒之間的孔隙中，并起到連接作用^[29]，右側(cè)土體已經(jīng)形成致密整體結(jié)構(gòu)；磷石膏同時(shí)還可提供Ca²⁺，與土顆粒表面K⁺、Na⁺發(fā)生離子交換，使土體雙電層變薄，縮小礦物層間距，土顆粒間距減小、引力增強(qiáng)導(dǎo)致土顆粒更容易團(tuán)聚成團(tuán)粒，增強(qiáng)了土體的整體性。

圖9（f）為木質(zhì)素固化土，由于木質(zhì)素中的磺酸基具有大分子集團(tuán)特性，使木質(zhì)素?fù)饺胪馏w后生成膠結(jié)物質(zhì)，并與周圍土顆粒形成“橋連”結(jié)構(gòu)或空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)^[30]，加強(qiáng)了土顆粒之間的聯(lián)結(jié)力，宏觀上也表現(xiàn)為土樣強(qiáng)度提高和抵抗變形能力增強(qiáng)，且木質(zhì)素為最優(yōu)摻量時(shí)，橋接作用最顯著，鑲嵌最密實(shí)，此時(shí)固化土力學(xué)性能最佳。

5"結(jié)論

采用工業(yè)固體廢棄物磷石膏、木質(zhì)素對(duì)鉛污染土進(jìn)行固化處理，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，探究了固化劑摻量、齡期對(duì)兩種不同濃度鉛污染固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律：

1）磷石膏、木質(zhì)素均能增大鉛污染土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，減少破壞應(yīng)變，增強(qiáng)抵抗變形的能力。磷石膏固化鉛污染土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻量增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，木質(zhì)素固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻量增加呈先上升后下降趨勢(shì)，最優(yōu)摻量為2.0%。隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)兩類固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均增大。

2）兩種固化劑固化效果各有優(yōu)劣，木質(zhì)素對(duì)于高濃度污染土的固化效果優(yōu)于磷石膏，抵抗變形能力更好，但對(duì)于固化土強(qiáng)度提高有限，磷石膏固化土所達(dá)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值大于木質(zhì)素固化土，兩者摻入土中磷石膏比木質(zhì)素反應(yīng)速度更快，兩種固化劑均能有效固穩(wěn)Pb²⁺，減少Pb²⁺浸出濃度。

3）通過(guò)SEM試驗(yàn)分析可得，固化劑對(duì)土顆?？紫队幸欢ǖ奶畛渥饔?，磷石膏固化土生成的水化產(chǎn)物鈣礬石在土體內(nèi)形成致密的整體結(jié)構(gòu)，木質(zhì)素固化土可生成膠結(jié)物質(zhì)并與周圍土顆粒形成“橋連”結(jié)構(gòu)，宏觀上均表現(xiàn)為力學(xué)性能增強(qiáng)。

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