高温老化处理对土壤稳定化性能的影响

（一）高温老化处理对稳定化土壤浸出浓度的影响

图5-25为不同温度和老化时间条件下，三种重金属污染土壤的重金属浸出浓度变化。Pb污染土壤经60℃高温老化4 h、6 h、8 h后，Pb的浸出浓度由未检出增加为44.33μg／L、35μg／L、23μg／L;当老化至10 h时，其浸出浓度降低至未检出。Pb污染土壤经80℃高温老化4 h、6 h、8 h和10后，Pb的浸出浓度由未检出变为未检出、11μg／L、11.5μg／L和15.5μg／L;此后，温度的升高和时间过长并不能增加Pb的浸出浓度。As污染土壤经60℃高温老化4 h、6 h、8 h和10 h后，As的浸出浓度由115.5μg／L变为100.5μg／L、97.5μg／L、100μg／L和124μg／L，其提升并不明显;当老化温度为80℃时，As的浸出浓度在4 h、6 h、8 h和10 h下由115.5μg／L增加至122.5μg／L、150μg／L、151μg／L和164.5μg／L，温度的升高会增大稳定化土壤中As的浸出浓度。Cd污染土壤经60℃高温老化4 h、6 h、8 h和10 h后，Cd的浸出浓度由2 120μg／L变为2 715μg／L、2 060μg／L、2 310μg／L和2 070μg／L;经80℃高温老化4 h、6 h、8 h和10 h后，Cd的浸出浓度由2 120μg／L变为2 490μg／L、2 045μg／L、2 270μg／L和2 000μg／L。高温老化处理后，稳定化土壤中Cd的浸出浓度呈现一定的波动，但增加趋势并不明显，且老化温度的提高并不能增加Cd的浸出浓度。

图5-25 高温老化对稳定化土壤浸出浓度的影响

（二）高温老化处理对固化土壤理化性能的影响

如图5-26所示，经60℃高温老化4 h、6 h、8 h和10 h后，Pb污染土壤固化样品的抗压强度由6.45 MPa分别降低至4.45 MPa、3.42 MPa、3 MPa和3.41 MPa;As污染土壤固化样品的抗压强度由3.22 MPa降低至1.89 MPa、1.56 MPa、1.47 MPa和1.44 MPa;Cd污染土壤固化样品的抗压强度由4.07 MPa降低至3.08 MPa、3.08 MPa、2.28 MPa和2.25 MPa。经80℃高温老化4 h、6 h、8 h和10 h后，Pb污染土壤固化样品的抗压强度由6.45 MPa分别降低至3.1 MPa、3.4 MPa、1.97 MPa和2.38 MPa;As污染土壤固化样品的抗压强度由3.22 MPa降低至2.26 MPa、1.61 MPa、1.56 MPa和1.47 MPa;Cd污染土壤固化样品的抗压强度由4.07 MPa降低至2.59 MPa、2.42 MPa、2.29 MPa和2.2 MPa。因此随着老化时间的延长，三种固化土壤的抗压强度逐渐减小。对于Pb污染土壤，温度的提高会增加老化对抗压强度的削弱作用，而对于另两种固化土壤，温度提高对抗压强度的影响并不明显。同时，高温老化对于固化土壤的渗透系数影响未呈现一定规律。

图5-26 高温老化对固化土壤理化性能的影响

（三）高温老化处理对固化稳定化土壤性能影响机理研究

1.形态分布变化

图5-27为高温老化对三种稳定化土壤中重金属形态分布的影响。由图可知，高温老化对于Pb的形态分布的影响很小，不同温度和时间老化后，稳定化土壤Pb的形态分布基本一致，没有明显的变化。然而在高温老化处理中，温度越高，对土壤中As的形态分布影响越大。如60℃老化4 h和10 h后，As的不稳定形态由48.2%分别增加至51.32%和53.15%;而经80℃老化4 h和10 h后，As的不稳定形态发生了明显的提升，分别为71.47%和73.33%。相同老化温度下，随着老化时间的延长，不稳定形态有所增加。这一形态分布的变化趋势与As在高温老化实验下浸出浓度变化趋势一致。对于Cd污染土壤而言，稳定化土壤中Cd的离子交换态在80℃老化10 h时达到最大，为51%，但总体来看，其不稳定形态比例变化不明显。

图5-27 高温老化对稳定化土壤重金属形态分布的影响

2.红外光谱测试结果

图5-28和图5-29为高温老化处理过程中，不同老化条件下，As和Pb污染土壤稳定化样品的红外光谱结果。由图可知，经过高温老化处理之后，两种土壤中的有机基团均发生了变化，如位于1 625～1 610 cm-1波段的蛋白质，位于1 390～1 380 cm-1波段的羧酸，位于1 150～1 010 cm-1波段的多聚糖均减少，这与稳定化土壤中重金属有机态含量减少的结果是一致的，这可能是由于高温处理过程中稳定化土壤中含水率急剧下降，导致稳定化土壤中有机物质分解，从而影响重金属的浸出浓度。

3.扫描电镜观测结果(www.xing528.com)

图5-30～图5-32为高温老化处理过程中，不同老化条件下，As和Pb污染土壤稳定化样品以及三种固化土壤样品的微观形貌。由图5-30和图5-31可知，污染土壤中加入稳定剂后，会使得土壤相对致密，而随着老化温度的升高和老化时间的增加，稳定化土壤样品结构变得松散，大团聚体变成小团聚体，呈现较多的粒状、碎散的晶体。由图5-32可知，经过高温老化处理后，水泥固化土壤的内部结构变得疏松，影响了水泥固化体的抗压强度和渗透系数。

图5-28 不同老化阶段As稳定化土壤红外光谱分析结果

图5-29 不同老化阶段Pb稳定化土壤红外光谱分析结果

图5-30 不同老化阶段As稳定化土壤样品扫描电镜结果

（a）原始土壤;（b）对照样品;（c）60℃老化4 h（d）60℃老化10 h;（e）80℃老化4 h;（f）80℃老化10 h

图5-31 不同老化阶段Pb稳定化土壤样品扫描电镜结果

（a）原始土壤;（b）对照样品;（c）60℃老化4 h（d）60℃老化10 h;（e）80℃老化4 h;（f）80℃老化10 h

图5-32 不同老化阶段固化块土壤样品扫描电镜结果

As：（a）对照;（b）60℃老化4 h;（c）10 h;（d）80℃老化4 h;（e）80℃Pb：（f）对照;（g）60℃老化4 h;（h）10 h;（i）80℃老化4 h;（j）80℃Cd：（k）对照;（l）60℃老化4 h;（m）10 h;（n）80℃老化4 h;（o）80℃