活性炭混合后改善石膏土塌陷特性

　　石膏質(zhì)土壤(也稱(chēng)為石膏質(zhì)土壤)含有大量的石膏水合硫酸鈣(CaCO4·2H2O)。任何非飽和土壤，在有或沒(méi)有額外負(fù)載的情況下，都會(huì)發(fā)生顆粒的徹底重新排列以及體積的巨大變化，這就是可塌陷土壤的特征。這項(xiàng)研究包括在石膏土中添加化學(xué)物質(zhì)以改善其塌陷特性。使用顆粒活性炭和粉末活性炭研究了石膏土的塌陷行為。

　　土壤化學(xué)混合

　　根據(jù)土壤樣品的干重百分比，用于生產(chǎn)各種組合的混合物的材料量與方便的情況相對(duì)應(yīng)，并提高了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了獲得均勻的混合物，將所需量的材料與土壤樣品徹底混合。將預(yù)定量的材料加入土壤中并在干燥狀態(tài)下充分混合，直到混合物的質(zhì)地和顏色看起來(lái)均勻，然后加入所需量的蒸餾水(土壤樣品干重的3%)，徹底重新混合。期間完成后，通過(guò)使用里程計(jì)裝置(單塌陷測(cè)試)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)程序。

　　不添加材料的可折疊測(cè)試結(jié)果

　　一個(gè)典型的反應(yīng)，其中使用25kPa的壓力來(lái)創(chuàng)建初始條件。通過(guò)在壓實(shí)模具中輕輕搗實(shí)樣品，在現(xiàn)場(chǎng)將樣品制備成干單位重量為14.63kN/m3。為了獲得符合標(biāo)準(zhǔn)的坍塌試驗(yàn)樣品，土壤樣品從初始條件逐漸加載，直到其在固重計(jì)裝置中達(dá)到200kPa的垂直應(yīng)力。然后將土壤樣品在水中浸泡24小時(shí)。由于浸泡過(guò)程，在200kPa應(yīng)力水平下觀察到額外的沉降。測(cè)試?yán)^續(xù)進(jìn)行更多的裝載和卸載，就像在傳統(tǒng)的合并中一樣。土樣的塌陷電位(CP)等于7.21，如圖1所示，根據(jù)倒塌試驗(yàn)結(jié)果土壤被歸類(lèi)為中度嚴(yán)重。

　　圖1：天然土壤的單次塌陷試驗(yàn)結(jié)果。

　　加入粒狀活性炭混合

　　顆粒活性炭是一種比粉狀活性炭粒徑更大的碳，通常用于過(guò)濾水和空氣中的污染物等。由于其成本低、吸附效果好，被用于各種流行的處理領(lǐng)域。活性炭以5%、10%和15%的百分比添加到土壤中，結(jié)果表明增強(qiáng)效果如圖2所示。添加5%活性炭改善的石膏土單次塌陷試驗(yàn)結(jié)果表明，塌陷率已降低至5.55%，而添加10%活性炭處理的樣品在200kPa壓力下的孔隙比從0.610降低到0.610至0.532，導(dǎo)致崩盤(pán)可能性降低至4.7%。土樣經(jīng)15%活性炭處理后孔隙比由0.596變?yōu)?.516，坍塌潛力降至4.9%。由于具有微孔的活性炭的物理機(jī)制為良好的吸附提供了理想的環(huán)境，由于吸附材料可以同時(shí)與多個(gè)表面相互作用，活性炭吸附了一些石膏鹽，降低了塌陷潛力。

　　圖2：用(5、10、15%)粒狀活性炭處理的土壤的塌陷測(cè)試結(jié)果。

　　加入粉末活性炭混合

　　粉末活性炭是顆粒活性炭材料的更精細(xì)版本。粉末活性炭由粉碎或粉末狀的碳顆粒組成，其中95-100%通過(guò)網(wǎng)狀過(guò)濾器。可通過(guò)80目(0.177毫米)篩網(wǎng)的顆粒具有出色的吸收性、低磨損和高密度。圖3說(shuō)明了對(duì)用10%粉末活性炭處理的石膏土樣品進(jìn)行的單次塌陷試驗(yàn)的結(jié)果，其中在200kPa的壓縮下，孔隙比從0.616變?yōu)?.549，將塌陷潛力降低到4.1%。處理過(guò)的樣品中塌陷潛力的降低可以通過(guò)粘合劑中的緊密結(jié)合來(lái)解釋。處理過(guò)的樣品中塌陷潛力的降低可以通過(guò)粘合劑的作用來(lái)解釋。由于小顆粒與石膏顆粒結(jié)合，它們比具有更大粒徑的活性炭更好地限制了水的影響和填充土壤中的孔洞。

　　圖3：用10%粉末活性炭處理的土壤的塌陷試驗(yàn)結(jié)果。

　　活性炭混合后改善石膏土塌陷特性究了對(duì)濕陷性土(石膏土)進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將其與以各種方式和百分比混合的各種附加材料混合顆粒活性炭(5%、10%和15%)、粉末活性炭(10%)以研究坍塌電位(CP)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)向土壤樣品中添加10%的顆粒活性炭時(shí)，會(huì)導(dǎo)致坍塌電位(CP)降低約(23%)。然后，坍塌電位(CP)隨著添加劑的增加而增加。用這種材料改良土壤的最佳百分比是10%。如果將粉末活性炭增加到10%會(huì)導(dǎo)致塌陷電位(CP)降低43%，表明添加劑將土壤從中度嚴(yán)重情況變?yōu)橹卸惹闆r，但是粉末活性炭可覆蓋石膏顆粒并填充土壤中的空隙。

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