一種污染土壤固化處理試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于污染土壤修復技術領域，具體涉及一種初始壓力可控的污染土壤固化處理試驗方法。
【背景技術】
[0002]隨著城市化和產業轉移進程的加快，我國城市工業企業搬迀或遺留的污染場地數量與日俱增，場地污染土壤已成為我國許多大中城市土地資源安全再利用的限制因素。場地污染土壤修復的研宄和實踐已成為我國環境治理領域的重要內容。
[0003]固化穩定化已成為我國重金屬污染土壤修復的主要技術方法。目前，湖南、湖北、重慶、江蘇、浙江和上海等省市均主要采用了固化穩定化技術處理土壤重金屬污染物。據不完全統計，目前國內實施的土壤固化穩定化修復工程案例已超過50例。
[0004]污染土壤的固化穩定化可以細分為固化技術和穩定化技術，兩者具有不同的含義。污染土壤固化技術主要通過將污染物固封在結構完整的固態產物(固化體/固化塊)中，隔離污染土壤與外界環境的聯系，從而達到控制土壤污染物迀移的目的；穩定化技術將土壤污染物轉化為不易溶解、迀移能力或毒性更小的形式來實現其無害化，降低對生態系統危害性的風險。據統計，我國的污染土壤固化穩定化技術以穩定化為主，其比例占到90 %以上。固化技術的研宄和工程化應用相對較少。
[0005]污染土壤固化處理后通常需要進行資源化利用，以對處理后土壤進行最終處置。資源化利用途徑之一是將固化后的土壤(即土壤固化體/固化塊)作為路基或要求不高的建筑材料，因此要關注土壤固化體的抗壓強度、抗沖擊性、抗浸泡性和抗凍融性等物理性質以及污染物浸出毒性等化學指標。研宄人員的目的是得到抗壓強度更大、抗沖擊性和抗浸泡性及抗凍融性能更優良、污染物浸出濃度更低的土壤固化塊。
[0006]在目前的污染土壤固化技術研宄中，抗壓強度和污染物的浸出效應是兩類最為重要、應用最為廣泛的評價指標。研宄發現土壤固化塊抗壓強度與其它指標具有良好的相關性，因此通常將抗壓強度作為土壤污染物固化程度的主要指標，其強度越高，越有利于減弱污染物的移動性。
[0007]目前，國內污染土壤固化處理試驗流程主要包括:(I)確定污染土壤、固化劑和水的添加比例；(2)污染土壤、固化劑和水的稱量；(3)污染土壤、固化劑和水的混勻；(4)將三者的混合物裝填入標準模具；(5)人工壓實；(6)脫模；(7)固化塊養護；(8)固化塊性能測試。
[0008]由于土壤通常具有塑性強、粘滯、易結塊等特征，振實臺和振動臺等振動設備對土壤的成型效果有限，較少單獨使用。目前，一般采用人工壓實手段、分次裝填和分層壓實的方式進行土壤固化成型處理。該土壤固化成型過程主要依靠操作人員的經驗和個人感官，人工壓實時不同層次的裝填高度、壓力大小都無法統一，這將影響到土壤固化塊的最終抗壓強度，因此不同處理之間缺乏可對比性，這給試驗過程帶來較大的系統誤差和不確定性，有損于試驗數據的準確性，從而影響土壤固化工藝參數(如固化劑添加比例)以及研宄人員的最終決策。
[0009]另外，多孔性是土壤固化塊的致命弱點，因為較大孔隙率易形成彼此聯通的孔狀結構，從而使得抗壓強度和抗浸泡性能不佳，促進污染物質的浸出。多種措施可以改善土壤固化塊的多孔結構，但在固化劑成分、固化劑和水分比例等參數固定的條件下，加壓成型即外力壓實成為最為簡單、最為經濟的方式。外力壓實可以排出土壤顆粒之間的空氣，縮短土壤顆粒間隙，減小固化塊孔隙率，增大其密實性，從而提高其抗壓強度。但是，國內污染土壤固化技術研宄中一般采用人工壓實的方式，除了上文提及的增大系統誤差和不確定性之夕卜，由于人工壓實力度較小，無法達到較高的初始壓力和土壤擠壓效果，導致提高土壤固化塊抗壓強度的程度有限。目前，污染土壤修復工程施工機械可以通過液壓壓力機實現高壓壓制成型，因此實驗室的人工壓實與現場施工工藝存在較大差異；另外，為了保證土壤固化塊達到一定的抗壓強度，實驗室研宄人員往往通過提高固化劑用量得以實現，這將造成不必要的浪費。
[0010]綜上，有必要發明一種基于自動加壓試驗設備的污染土壤固化處理試驗方法和流程，以研宄污染土壤固化處理工藝的主要影響因素和工藝參數。
【發明內容】
[0011]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種誤差下、精確的污染土壤固化處理試驗方法。
[0012]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種污染土壤固化處理試驗方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:將污染土壤、固化劑和水按設定比例混合均勻，裝入內壁預涂有脫模劑的試模中，然后將試模固定在振動臺或振實臺上振動，振動完畢后取下試模安裝在壓力試驗設備上，在試模上端放置墊板，壓力試驗設備設有一可移動上壓板，啟動壓力試驗設備，所述上壓板下移，壓縮混合物料至設定位置，記錄此時的壓力載荷值，脫模，去除墊板，得到固化后的試塊。具體包括以下步驟:
[0013](一)、試驗準備和預試驗
[0014](I)試模定做，便于試驗材料一次性填料
[0015]按照形狀分類，常用的標準試模包括立方體試模、棱柱體試模、圓臺體試模和圓柱體試模。立方體試模的規格主要包括70.7mmX70.7mmX70.7mm, 10mmX 10mmX 100mm,1 50mm X 1 50mm X 150mm和200_X 200_X 200mm等。標準試模將產生標準試塊，便于抗壓強度等后續測定，但由于土壤處于疏松狀態，標準試模不利于試驗材料的一次性加入，因此需要進行相應改造。
[0016]在標準試模的基礎上加大試模的高度，便于土壤和固化劑等試驗材料的一次性加入，為后續一次性加壓奠定基礎。例如，使立方體試模轉變為長方體試模。
[0017](2)壓力試驗設備改造，使之與試模配套
[0018]目前電子壓力試驗機、液壓壓力試驗機或萬能試驗機等具有壓力功能的試驗設備多應用于固化塊的強度測試或其他力學性能測試，還未用于污染土壤的固化處理試驗操作中。
[0019]所述的壓力試驗設備包括上壓板和下壓板，所述的上壓板的形狀與所述試模頂部形狀相匹配，使用時，上壓板進入試模內部并緊密貼合；所述的下壓板上設有固定裝置。
[0020]根據所用試模形狀對壓力試驗設備的上壓板進行相應改造，使之可以進入所用試模的內部并緊密貼合，且上壓板可在壓力作用下自由上下移動。
[0021]對壓力試驗設備的下壓板進行相應改造，增加試模固定裝置，防止不同批次試驗時試模的位置變動，并保證上壓板上移過程中試模不發生移動。
[0022](3)開展預試驗研宄
[0023]采用所使用的特制試模、經改造的壓力試驗設備及其他配套設備開展預試驗研宄，初步確定將特制試模填至特定刻度所需的試驗材料用量范圍，并記錄多種情況下壓力試驗設備的壓力值。
[0024](二)、試驗方案設計
[0025]根據預試驗研宄的結果，確定污染土壤用量、固化劑添加比例和水灰比等重要參數。可以根據試驗目的設計多組試驗。
[0026]所述固化劑包括各種膠凝材料或膠結材料、添加劑以及其混合物；
[0027](三)、試驗材料的稱量
[0028]根據預試驗研宄的結果以及試驗方案中污染土壤用量、固化劑添加比例和水灰比等重要參數，確定污染土壤、固化劑和去離子水等試驗材料的用量，并用適宜的設備準確稱量。
[0029](四)、試驗材料的混勻
[0030]將稱量的準確數量的污染土壤、固化劑和去離子水等試驗材料混合，并用適宜的混合設備或攪拌設備將試驗材料充分混勻。
[0031](五)、將混合物料一次性裝填入試模
[0032]試模內側最終與固化塊接觸部分涂抹上適宜的脫模劑。將混勻后的混合物料一次性裝填入所用試模。并對試模進行樣品編號。
[0033](六)、采用振動設備將混合物料初步振實增加物料密實度
[0034]將裝有混合物料的試模卡緊在適宜型號的振動臺或振實臺等設備上，開動振動設備。振動完畢后，取下試模。
[0035](七)、采用改造后的壓力試驗設備對混合物料進行一次性自動加壓