陈腐垃圾土的开采和分质利用已逐渐成为陈旧型垃圾填埋场污染物削减及土地资源化利用的重要途径。垃圾土经开挖筛选得到的细粒组分也被称为腐殖土,是垃圾土中生物可降解物质的降解而产生的混合颗粒物,其含量占垃圾土的40%以上,腐殖土资源和利用的可行性成为影响填埋场整体开采和再利用方案的关键。同时,腐殖土中存在的重金属、有机污染物和可溶性盐类等污染物的含量也可能会限制其再利用的适用性。因此,在满足相应环境安全限值和工程要求的前提下,改性处理后腐殖土的环境可持续性和岩土工程适用性将得到越来越多的关注。
本文采用工业固废(包括生物质飞灰、电石渣和磷石膏)协同普通硅酸盐水泥对腐殖土进行固化处理。以广东省某陈旧型垃圾填埋场开采的腐殖土为研究对象,通过常规三轴试验探究了工业固废-水泥固化腐殖土强度特性、变形特性和破坏形态变化规律;通过分析干湿循环和冻融循环作用对固化腐殖土试样的无侧限抗压强度和质量的影响规律,判断了工业固废-水泥固化腐殖土的抗干湿侵蚀性和抗冻性;利用SEM、XRD、FTIR和MIP测试揭示了工业固废-水泥固化腐殖土的微观作用机制。
(1)随着Po-b(即工业固废替代水泥的比率)的增加,试样的偏应力与轴向应变关系逐渐由应变软化向应变硬化过渡,固化腐殖土试样的内摩擦角逐渐降低,而黏聚力基本趋向于增加的趋势。而随着围压的增大,试样轴向应变和径向应变的关系逐渐由剪胀向剪缩过渡,破坏模式由剪切破坏转变为鼓胀破坏,破坏后试样表面没有明显的裂纹。
(2)随着Po-b在一定范围内的增加,干湿循环作用对固化腐殖土试样的强度和结构劣化速率逐渐降低,但同时固化腐殖土试样的抗冻性呈现逐渐降低的趋势。Po-b在0 %~50 %的范围内,固化腐殖土试样主要表现为胶结物破坏影响了腐殖土颗粒间的粘结力,进而导致试样的宏观强度劣化。此外,Po-b为100 %时,固化腐殖土试样产生了不可逆的微观结构损伤,主要以孔隙率增大为主,同时伴有新裂隙的出现,降低了试样的结构稳定性。
(3)工业固废-水泥固化腐殖土中反应产物主要是钙矾石晶体和C-(A)-S-H凝胶,增强了腐殖土颗粒之间的粘结性,同时填充了微观孔隙,从而改善了固化腐殖土试样的力学性能。此外,生物质飞灰中多孔结构未燃尽炭,通过调节水分实现内养护作用进一步改善颗粒间的粘结,也为水泥水化反应提供额外的成核位点。
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