活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭混合后改善石膏土塌陷特性

　　石膏質土壤(也稱為石膏質土壤)含有大量的石膏水合硫酸鈣(CaCO4·2H2O)。任何非飽和土壤，在有或沒有額外負載的情況下，都會發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。這項研究包括在石膏土中添加化學物質以改善其塌陷特性。使用顆粒活性炭和粉末活性炭研究了石膏土的塌陷行為。

　　土壤化學混合

　　根據土壤樣品的干重百分比，用于生產各種組合的混合物的材料量與方便的情況相對應，并提高了測試結果的準確性。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。將預定量的材料加入土壤中并在干燥狀態下充分混合，直到混合物的質地和顏色看起來均勻，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，通過使用里程計裝置(單塌陷測試)進行實驗程序。

　　不添加材料的可折疊測試結果

　　一個典型的反應，其中使用25kPa的壓力來創建初始條件。通過在壓實模具中輕輕搗實樣品，在現場將樣品制備成干單位重量為14.63kN/m3。為了獲得符合標準的坍塌試驗樣品，土壤樣品從初始條件逐漸加載，直到其在固重計裝置中達到200kPa的垂直應力。然后將土壤樣品在水中浸泡24小時。由于浸泡過程，在200kPa應力水平下觀察到額外的沉降。測試繼續進行更多的裝載和卸載，就像在傳統的合并中一樣。土樣的塌陷電位(CP)等于7.21，如圖1所示，根據倒塌試驗結果土壤被歸類為中度嚴重。

　　圖1：天然土壤的單次塌陷試驗結果。

　　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域。活性炭以5%、10%和15%的百分比添加到土壤中，結果表明增強效果如圖2所示。添加5%活性炭改善的石膏土單次塌陷試驗結果表明，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，導致崩盤可能性降低至4.7%。土樣經15%活性炭處理后孔隙比由0.596變為0.516，坍塌潛力降至4.9%。由于具有微孔的活性炭的物理機制為良好的吸附提供了理想的環境，由于吸附材料可以同時與多個表面相互作用，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試結果。

　　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%通過網狀過濾器。可通過80目(0.177毫米)篩網的顆粒具有出色的吸收性、低磨損和高密度。圖3說明了對用10%粉末活性炭處理的石膏土樣品進行的單次塌陷試驗的結果，其中在200kPa的壓縮下，孔隙比從0.616變為0.549，將塌陷潛力降低到4.1%。處理過的樣品中塌陷潛力的降低可以通過粘合劑中的緊密結合來解釋。處理過的樣品中塌陷潛力的降低可以通過粘合劑的作用來解釋。由于小顆粒與石膏顆粒結合，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結果。

　　活性炭混合后改善石膏土塌陷特性究了對濕陷性土(石膏土)進行了多項實驗，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)。發現當向土壤樣品中添加10%的顆粒活性炭時，會導致坍塌電位(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%會導致塌陷電位(CP)降低43%，表明添加劑將土壤從中度嚴重情況變為中度情況，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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