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重金属污染场地严重威胁生态环境、人体健康和食品安全,固化/稳定化技术被广泛应用于修复重金属污染场地,水泥是固化污染土中常用的固化剂,但水泥高耗能、环境不友好的弊端使得寻找能够替代水泥的固化剂成为近些年环境岩土工程领域的研究热点,而地聚合物作为一种绿色环保的胶凝材料,因具有高强度和优良的固定重金属能力受到人们的广泛关注。因此本文以铅镉污染土为研究对象,通过室内试验和微观分析,确定了碱激发粉煤灰+高炉矿渣(FA+GGBS)基地聚合物固化剂的组成及制备,研究了地聚合物和水泥对铅镉污染土的固化效果,探讨了冻融循环对固化污染土性能的影响,分析了地聚合物固化污染土的微观特征,取得的主要成果如下:(1)通过无侧限抗压强度、毒性浸出、固化污染土p H试验,查明了液固比、GGBS掺量对固化污染土强度、Cd2+浸出毒性和p H的影响规律,优化了地聚合物固化剂的原材料组成。地聚合物固化剂中的液固比对固化污染土强度和Cd2+浸出浓度的影响显著,GGBS掺量的影响略小。随液固比增加,固化污染土强度先剧烈下降后保持稳定,Cd2+的浸出浓度先下降后上升,并在液固比为0.3时达到最低值。以Cd2+的浸出浓度为筛选标准,得到的固化剂材料组成及制备方法为:FA与GGBS的质量比为7:3,液固比为0.3,碱激发剂由Na OH调节硅酸钠溶液模数至1.5制备。(2)通过无侧限抗压强度、毒性浸出、固化污染土p H、浸出液p H及电导率、p H-dependent试验,评价了地聚合物固化高浓度铅镉污染土的效果,研究了浸提液p H对Pb2+、Cd2+浸出浓度的影响规律。掺加地聚合物固化剂后,固化污染土的强度约是未固化污染土的1.35~1.50倍,Pb2+、Cd2+的浸出浓度明显下降。同等固化剂掺量下,水泥固化污染土的无侧限抗压强度是地聚合物的2~2.5倍,且Pb2+、Cd2+的浸出浓度更低,但水泥固化污染土的p H更高,容易造成碱污染。当浸提液p H小于4时,固化污染土中Pb2+、Cd2+的浸出浓度随p H的增加而增加,当p H在4~10之间,Pb2+、Cd2+的浸出浓度变化不明显,当p H大于10时,Pb2+的浸出浓度剧烈上升,Cd2+的浸出浓度先下降后轻微上升。(3)通过冻融循环试验研究了冻融条件下地聚合物固化污染土质量损失率、无侧限抗压强度、应力应变曲线和重金属浸出浓度的变化。随冻融循环次数增加,固化污染土的质量损失率曲线经过了缓慢增长阶段、快速上升阶段和平稳变化阶段。与未冻融试样相比,地聚合物固化污染土的强度在冻融结束后下降了19%~32%,变形模量E50降低了8%~10%,Pb2+、Cd2+的浸出浓度明显增加。(4)通过微观试验研究了铅镉对地聚合物微观形貌与结构、矿物成分的影响,定量分析了固化污染土中的孔隙分布情况。碱激发FA与GGBS的产物是C(N)-A-S-H凝胶,地聚合物对镉的固定机理主要是形成Cd(OH)2,铅可取代C(N)-A-S-H凝胶中的钙被固定在地聚合物中。Pb2+、Cd2+的加入会降低体系的碱度,使凝胶的生成量减少、地聚合物的微观结构变得疏松。提高液固比增加了固化污染土中1~10μm以及大于10μm的大孔隙体积,而随FA+GGBS掺量增加,0.01~1μm的团聚体间孔隙体积减小。