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碳化作用对固化铅污染土强度特性和微观结构的影响

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土木与环境工程学报(中英文) 2022年

作者：仝亮曹智国杨风威水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 黄河勘测规划设计研究院有限公司东南大学交通学院

碳化作用是影响水泥固化重金属污染土耐久性的一个重要因素，为探明长期服役过程中碳化作用下固化污染土强度特性的演化规律，人工配制铅污染土，采用水泥固化处理后进行碳化试验分析碳化作用和压实度对固化土无侧限抗压强度的影响规律...

碳化作用是影响水泥固化重金属污染土耐久性的一个重要因素，为探明长期服役过程中碳化作用下固化污染土强度特性的演化规律，人工配制铅污染土，采用水泥固化处理后进行碳化试验分析碳化作用和压实度对固化土无侧限抗压强度的影响规律，并通过扫描电镜和压汞试验分析碳化作用对微观矿物形态和微观孔隙结构的影响。结果表明，碳化作用下固化铅污染土的无侧限抗压强度降低，15%水泥掺入量的固化土强度降低44%～45%，这是由碳化反应产物填充增强效应和土颗粒间胶结作用减弱共同作用的结果；固化土强度与孔隙率具有很好的幂函数关系，揭示了填充作用对固化土强度的影响；碳化作用下固化铅污染土中观察到较多的结晶状态良好的碳化反应产物CaCO，固化土总的孔隙体积减小，小于0.01μm的凝胶孔和0.01～0.1μm的小毛细孔所占的比例减少，0.1～10μm的大毛细孔和大于10μm的大孔隙所占的比例增加。

关键词：

碳化作用对固化/稳定化污染土中铅的化学溶出特性的影响

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土木与环境工程学报（中英文） 2022年第3期44卷 195-202页

作者：彭之晟曹智国章定文东南大学交通学院道路交通工程国家级实验教学示范中心南京211189 黄河勘测规划设计研究院有限公司郑州450003

固化/稳定化技术已广泛应用于重金属污染场地修复,而二氧化碳碳化作用会改变水泥固化重金属污染黏性土中污染物的化学溶出行为。以铅污染土为对象,采用酸/碱滴定试验和pH相关溶出试验测得浸出液中铅的浓度与pH值的关系,通过连续提取试... 详细信息

固化/稳定化技术已广泛应用于重金属污染场地修复,而二氧化碳碳化作用会改变水泥固化重金属污染黏性土中污染物的化学溶出行为。以铅污染土为对象,采用酸/碱滴定试验和pH相关溶出试验测得浸出液中铅的浓度与pH值的关系,通过连续提取试验确定铅的5种化学赋存形态,研究碳化作用下水泥固化重金属污染黏性土化学溶出特性的变化以及重金属污染物的溶出与pH值的关系。结果表明:碳化作用下,固化污染土的酸/碱缓冲能力减弱18.5%~72.4%;固化污染土中铅的溶解度与pH值的关系展现了两性物质的行为特征,pH值介于7~11之间时,铅的溶解度相对较小,pH值小于7或大于11时,铅的溶解度较大;固化污染土中铅的化学赋存形态均以铁锰氧化物结合态为主,碳化作用下,水泥固化土中可交换态和碳酸盐结合态所占比例分别增加4.3%和3.5%,而铁锰氧化物结合态、有机结合态和残余态所占比例分别减小2.1%、0.9%和4.8%;酸雨和碳化共同作用下水泥固化土中的铅更易溶出。

关键词：碳化固化/稳定化铅污染土化学溶出

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大线速度下超高压水射流破岩试验研究

岩土力学 2023年第3期44卷 615-623页

作者：张金良杨风威曹智国苏伟林黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 河南郑州450003 郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和... 详细信息

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%~82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%~85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%~42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%~85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。

关键词：隧道掘进机大线速度超高压水射流切割深度预测模型

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水泥土无侧限抗压强度表征参数研究

岩石力学与工程学报 2015年第S1期34卷 3446-3454页

作者：曹智国章定文东南大学交通学院江苏南京210096

水泥土主要包括水泥加固土和水泥稳定土两大类。选用2种典型土样,分别配制高含水率的水泥加固土和低含水率的水泥稳定土,进行一系列的水泥土无侧限抗压强度试验,旨在分析水泥土的孔隙率、饱和度以及强度的变化规律,提出有效表征水泥土... 详细信息

水泥土主要包括水泥加固土和水泥稳定土两大类。选用2种典型土样,分别配制高含水率的水泥加固土和低含水率的水泥稳定土,进行一系列的水泥土无侧限抗压强度试验,旨在分析水泥土的孔隙率、饱和度以及强度的变化规律,提出有效表征水泥土强度变化规律的参数。试验结果表明:水泥土孔隙率的大小与初始含水率、压实程度以及水泥水化产物生产量等相关;水泥土的饱和度随水泥掺入量或养护龄期的增加而降低;在常用的水泥掺入量范围(5%~20%)内,水泥土强度随水泥掺入量增加近似呈幂函数关系增大,水泥土强度与养护龄期的对数近似呈线性关系。基于试验结果,提出一个综合反映水泥掺入量、养护龄期以及孔隙率等因素对水泥土强度影响规律的综合表征参数,水泥加固土和水泥稳定土的强度均与综合表征参数呈幂函数关系。已有研究的试验数据也验证了提出的水泥土强度综合表征参数的有效性。

关键词：土力学水泥加固土水泥稳定土孔隙率饱和度无侧限抗压强度综合表征参数

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高压水射流辅助破岩TBM现场掘进试验研究

Journal of Central South University 2022年第12期29卷 4066-4077页

作者：张金良杨风威曹智国夏毅敏李勇昌 Yellow River Engineering Consulting Co. Ltd.Zhengzhou 450003China Key Laboratory of Water Management and Water Security for Yellow River Basin Ministry of Water Resources(under construction)Zhengzhou 450003China College of Water Resources and Environment Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001China College of Mechanical and Electrical Engineering Central South UniversityChangsha 410083China

隧道掘进机(TBM)应对超硬岩的破岩效率低一直是困扰TBM应用的共性难题。为探索高压水射流辅助TBM破岩的技术可行性,依托福建省龙岩市万安溪引水工程,采用自主研制的国内首台高压水力耦合破岩TBM“龙岩号”,开展现场掘进试验研究,介绍高... 详细信息

隧道掘进机(TBM)应对超硬岩的破岩效率低一直是困扰TBM应用的共性难题。为探索高压水射流辅助TBM破岩的技术可行性,依托福建省龙岩市万安溪引水工程,采用自主研制的国内首台高压水力耦合破岩TBM“龙岩号”,开展现场掘进试验研究,介绍高压水力耦合破岩TBM的关键技术,验证高压水射流辅助TBM的破岩效果,分析高压水射流压力和刀盘转速对TBM贯入度、掘进速度和贯入度指数的影响规律。试验结果表明,高压水射流辅助破岩技术可提高TBM贯入度和岩体可掘性。随高压水射流压力的增加,TBM贯入度增大,贯入度指数减小,270 MPa压力下贯入度最大可增加64%;随刀盘转速的增加,高压水射流的辅助破岩作用减弱。现场掘进试验参数条件下,高压水射流压力270 MPa、刀盘转速6 r/min时对应的掘进速度最大。试验结果体现了高压水射流辅助破岩的技术优越性,研究成果可作为高压水射流辅助破岩TBM掘进参数选择的依据。

关键词：隧道掘进机高压水射流贯入度掘进速度贯入度指数

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高校图书馆文化传承创新服务研究

参花(下) 2023年第12期 101-103页

作者：曹智国宁夏师范学院

在新时代背景下，高校图书馆不仅是为读者提供学术交流与服务的公共文化场所，更是实现文化传承与发展的重要平台，担负着弘扬优秀传统文化的重责大任。高校图书馆要想更好地发挥自身优势，需要对读者特征以及信息技术等多方面因素进行...

在新时代背景下，高校图书馆不仅是为读者提供学术交流与服务的公共文化场所，更是实现文化传承与发展的重要平台，担负着弘扬优秀传统文化的重责大任。高校图书馆要想更好地发挥自身优势，需要对读者特征以及信息技术等多方面因素进行综合考量，对管理形式进行优化调整，通过创新服务等方式，引导高校师生积极主动地阅读，感受优秀传统文化的内涵和魅力，从而推动文化传承实现更好的发展。

关键词：

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水泥固化铅污染土的碳化机理及碳化度评价

东南大学学报（自然科学版） 2021年第1期51卷 129-137页

作者：沈晨曹智国章定文东南大学交通学院南京211189 黄河勘测规划设计研究院有限公司郑州450003

为了探究水泥固化处理重金属污染场地在碳化作用下的微观结构演变规律及碳化度表征指标,选取典型加速碳化7 d后的铅污染土试样进行分析.采用X射线衍射、电镜扫描和热重分析等测试方法,分析了碳化作用对矿物成分、铅的赋存形态、孔隙分... 详细信息

为了探究水泥固化处理重金属污染场地在碳化作用下的微观结构演变规律及碳化度表征指标,选取典型加速碳化7 d后的铅污染土试样进行分析.采用X射线衍射、电镜扫描和热重分析等测试方法,分析了碳化作用对矿物成分、铅的赋存形态、孔隙分布特征及孔隙溶液pH值的影响规律.结果表明:固化重金属污染土中Pb主要以硅酸盐、氢氧化物等化学沉淀的形式被固定;碳化作用下水泥水化产物氢氧化钙和水化硅酸钙逐渐转化为摩尔体积更大的CaCO3和含硅凝胶,导致固化土总孔隙体积减小;固化污染土碳化度随试样深度的增大而减小,碳化部分的碳化度介于24%~28%之间,未碳化部分的碳化度介于0~3%之间;碳化度与孔隙溶液pH值成良好的线性关系.测量孔隙溶液pH值可间接评价水泥固化铅污染黏性土的碳化度.

关键词：固化/稳定化铅污染黏性土碳化作用微观机理碳化度

基于加速碳化技术的河湖污染淤泥固化资源化利用关键技术研发及应用

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治黄科技信息 2023年第5期 15-16页

作者：曹智国水利部黄委会黄河档案馆设计院

1研究背景城市河道和湖泊由于长期受到周边工农业废水的排放影响,淤积严重,需定期进行河湖污泥的疏浚清理。目前我国大部分地区将污泥脱水后填埋处置,这种方式对环境影响大、资源化利用程度低,而且受到环境和土地条件限制。疏浚的污泥... 详细信息

1研究背景城市河道和湖泊由于长期受到周边工农业废水的排放影响,淤积严重,需定期进行河湖污泥的疏浚清理。目前我国大部分地区将污泥脱水后填埋处置,这种方式对环境影响大、资源化利用程度低,而且受到环境和土地条件限制。疏浚的污泥以黏土和粉细砂等颗粒物为主,污染物主要包括重金属和难降解有机污染物,其中重金属对水体和生物的毒性很大。为防止污泥填埋后对环境产生二次污染,通常要对污泥中的重金属等污染物进行处理。

关键词：资源化利用工农业废水难降解有机污染物污泥脱水环境影响填埋处置二次污染河湖

CaO对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土的影响

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岩土力学 2018年第1期39卷 29-35页

作者：章定文项莲曹智国东南大学交通学院江苏南京201196 东南大学江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室江苏南京210096

为研究Ca O的赋存形态及含量对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果的影响,采用高铝水泥提供Al O_2^-,纯石膏或磷石膏提供SO_4^(2-),高铝水泥、石膏、普通硅酸盐水泥或生石灰提供Ca O,制备不同组分固化剂配比的固化土,测试试样强度和... 详细信息

为研究Ca O的赋存形态及含量对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果的影响,采用高铝水泥提供Al O_2^-,纯石膏或磷石膏提供SO_4^(2-),高铝水泥、石膏、普通硅酸盐水泥或生石灰提供Ca O,制备不同组分固化剂配比的固化土,测试试样强度和孔隙溶液p H值等宏观物理力学指标,通过醋酸缓冲溶液法测试试样的铅溶出量,对比分析不同固化剂固化土的矿物成分与微观结构特征。结果表明,钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果显著;钙矾石对孔隙的填充作用带来的增强效果不能代替水化硅酸钙胶结土颗粒的胶结作用,普通硅酸盐水泥对试样的强度更有利,但其后期强度增幅不大,而生石灰有利于固化土强度的持续增长;生石灰较普通硅酸盐水泥对钙矾石的形成、稳定和重金属Pb^(2+)的固化/稳定化更有利;磷石膏和纯石膏对试样的p H值、无侧限抗压强度及钙矾石固化/稳定化重金属Pb^(2+)的效果影响较小;固化土体微观结构特征表明,Ca O含量对钙矾石生成形态及作用效果影响显著。当Ca O含量较低时,早期生成的钙矾石将向单硫型硫铝酸钙转化。研究成果可丰富重金属污染场地原位处理技术,具有重要的理论意义和工程应用价值。

关键词：铅污染土钙矾石固化/稳定化 CaO含量淋滤无侧限抗压强度