水泥固化鉛污染土的碳化機(jī)理及碳化度評(píng)價(jià)

沈 晨 曹智國,2 章定文

(1東南大學(xué)交通學(xué)院，南京 211189)(2黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450003)

重金屬(如Pb、Zn等)不可降解且持久存在于土壤中[1].水泥固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)通過水泥的膠結(jié)作用使土壤轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)、不可流動(dòng)的固體，將重金屬固定、密封在土壤介質(zhì)中[2].在周圍復(fù)雜環(huán)境侵蝕下(如酸雨、凍融和碳化作用等)，固化后土體的長期性狀發(fā)生演變，其中二氧化碳(CO2)的碳化作用是導(dǎo)致非飽和水泥固化重金屬污染土在實(shí)際服役過程中性狀演變的核心外因之一[3].

水泥固化重金屬污染土的碳化作用是長期、復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，大氣中的CO2通過不同尺度的孔隙和裂紋等運(yùn)移通道進(jìn)入土體內(nèi)部，與可碳化相物質(zhì)(水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣(CH)和水化硅酸鈣(CSH)等)反應(yīng)生成碳酸鈣(CaCO3)，引起固化土體性狀的演變[4].碳化反應(yīng)改變了固化土的礦物成分、孔隙溶液pH值和微觀孔隙結(jié)構(gòu)等，使其重金屬溶出特性發(fā)生變化[5-6].Fitch[7]將采用水泥進(jìn)行固化處理后的電鍍廠廢棄物置于空氣中，對(duì)比分析10 a后固化體物理化學(xué)性能變化，X射線衍射(XRD)結(jié)果表明距表面5、5～10及10～15 cm范圍內(nèi)的主要礦物成分分別為CaCO3、單水方解石(CaCO3·H2O)和Ca(Zn(OH)3)2·2H2O；試樣不同位置處的酸中和能力與深度(0～50 cm)成正比，表面區(qū)域(5 cm以內(nèi))酸中和能力較低，碳化嚴(yán)重.Antemir等[8]綜合采用X射線分析、光學(xué)和電子顯微鏡(SEM-EDS)和浸出試驗(yàn)等研究了多個(gè)污染場(chǎng)地水泥固化土的長期性狀演變，結(jié)果表明隨碳化作用進(jìn)行，水泥水化產(chǎn)物CH與CO2發(fā)生碳化反應(yīng)逐漸消耗完畢并生成CaCO3，可能導(dǎo)致土體內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，改變其微觀結(jié)構(gòu)特征，增加重金屬污染物的溶出風(fēng)險(xiǎn).碳化作用還受CO2濃度、水泥摻入量和水灰比等因素的影響.

碳化作用下水泥固化重金屬污染土?xí)鸬V物成分、微觀孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙溶液pH值的變化.Branch等[9]采用SEM-EDS方法研究了碳化過程中混凝土主要礦物成分的變化和分布規(guī)律，隨試樣深度增大，鈣(Ca)、鋁硅(AS)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減小，即鈣元素向碳化表面聚集，硅元素具有向未碳化區(qū)遷移的趨勢(shì).Neves等[10]和Ashraf等[11]對(duì)水泥碳化機(jī)理進(jìn)行了微觀分析，發(fā)現(xiàn)了一種脫鈣的CSH或者含硅凝膠相物質(zhì)與無定形CaCO3混合組成的物質(zhì)(碳酸鈣-硅酸鈣相)，碳化過程中礦物組成和形態(tài)均發(fā)生變化.

碳化反應(yīng)生成的CaCO3沉淀在基體的孔隙結(jié)構(gòu)中，礦物的變化導(dǎo)致水泥塊體的微觀孔隙分布規(guī)律發(fā)生變化.Neves等[10]研究表明，隨碳化時(shí)間增加，混凝土碳化區(qū)0.1～10 μm孔隙占比增加，而0.01～0.1 μm孔隙占比減小，微觀孔隙結(jié)構(gòu)粗化，但總孔隙體積變小，這與Mo等[12]的試驗(yàn)結(jié)果一致.但Song等[13]通過壓汞試驗(yàn)(MIP)對(duì)混凝土碳化前后的微觀孔隙結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，碳化后混凝土微細(xì)孔體積增加，總孔隙體積減小.CH碳化轉(zhuǎn)化為CaCO3時(shí)，因礦物的摩爾體積增加固化體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生膨脹作用，增大了固化體產(chǎn)生微裂縫的概率[8].

混凝土的孔隙溶液pH值介于12～13之間，因碳化過程中CO2與堿性物質(zhì)(如CH、CSH等)發(fā)生反應(yīng)，堿性物質(zhì)消耗會(huì)使孔隙pH值降低至8左右，重金屬的溶解度在酸性或低堿性環(huán)境下變大，增加了溶出的風(fēng)險(xiǎn)[14].

碳化度定義為碳化過程中鈣實(shí)際參與反應(yīng)的量與可反應(yīng)理論量的比值.Chang等[15]分析了混凝土碳化度與孔隙溶液pH值間的關(guān)系，用pH值作為碳化度的表征指標(biāo)，根據(jù)pH值變化規(guī)律將碳化區(qū)分為3個(gè)區(qū)：完全碳化(pH≤9)、部分碳化(911.5).孔隙溶液pH值的變化可在一定程度上反映混凝土的碳化程度.

目前關(guān)于碳化效應(yīng)的研究主要集中在混凝土微觀結(jié)構(gòu)、碳化深度的影響因素及預(yù)測(cè)模型等方面，對(duì)水泥固化重金屬污染土碳化等研究較少.本文選用室內(nèi)加速碳化后的水泥固化重金屬污染土樣進(jìn)行分析，采用SEM、XRD、熱重分析(TGA)、MIP并結(jié)合孔隙溶液化學(xué)性質(zhì)測(cè)試，分析碳化過程中碳化產(chǎn)物分布及孔隙溶液pH值變化規(guī)律，探討碳化作用對(duì)固化土中鉛的賦存形態(tài)、微觀礦物形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)等的影響，提出采用孔隙溶液pH值作為碳化度表征指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法.

1 試驗(yàn)方案與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土取自東南大學(xué)九龍湖校區(qū)土木交通大樓建設(shè)工地地表下2 m處，過2 mm篩后測(cè)得其砂粒(0.075～2 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.0%，粉粒(0.005～0.075 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.3%，黏粒(<0.005 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.7%，塑限和液限分別為21.1%和43.6%.按照ASTM D698-07的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)方法測(cè)得土樣的最佳含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為20.8%，最大干密度為1.64 g/cm3，其擊實(shí)曲線如圖1所示.

試驗(yàn)采用普通硅酸鹽425#水泥固化劑，主要化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為CaO(65.0%)、SiO2(19.0%)、Al2O3(6.5%).

圖1 試驗(yàn)用土的擊實(shí)曲線

試驗(yàn)采用溶解度較高的硝酸鉛作為鉛污染源，硝酸根離子對(duì)水泥水化反應(yīng)的干擾較小[16].

微觀試驗(yàn)(SEM、XRD、TGA和MIP)選用鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、初始含水率為20%、初始干密度為1.48 g/cm3、水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.5%和15%、加速單側(cè)碳化7 d的水泥固化土試樣.

孔隙溶液的pH值測(cè)試對(duì)應(yīng)試樣的鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%和2%，初始含水率為20%，初始干密度為1.48 g/cm3，水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.5%和15%，加速碳化時(shí)間同樣為7 d.

1.2 試驗(yàn)方法

在預(yù)備試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，依據(jù)混凝土碳化試驗(yàn)規(guī)程[17]將正常養(yǎng)護(hù)60 d的試樣進(jìn)行加速單側(cè)碳化7 d后，水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%和15%的試樣碳化深度分別為6和4 cm，據(jù)此將高度10 cm、直徑5 cm的固化土試樣劃分為碳化和未碳化2部分，并沿高度平均分成5段(見圖2)，采用PbxCy-z(z= 1,2,…,5)表示鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x、水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為y試樣的第z段.在每段上分別取樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，并參考ASTM D4972-01[18]的方法測(cè)量孔隙溶液pH值.

圖2 試樣單側(cè)加速碳化后取樣位置示意圖

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 礦物成分

2.1.1 碳化引起的水泥水化產(chǎn)物變化

碳化部分(Pb0.5C7.5-1、Pb0.5C15-1)和未碳化部分(Pb0.5C7.5-5、Pb0.5C15-5)的XRD試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.由圖可知，試樣未碳化部分(Pb0.5C7.5-5和Pb0.5C15-5)均分布有CH和CSH，基本未檢測(cè)到CaCO3；而碳化部分(Pb0.5C7.5-1和Pb0.5C15-1)基本未檢測(cè)到CH和CSH，同時(shí)測(cè)試到較多的CaCO3， 在試樣Pb0.5C7.5和Pb0.5C15的碳化部分與未碳化部分均檢測(cè)到鈣礬石(AFt).可見，碳化使得CH和CSH轉(zhuǎn)化為CaCO3，AFt基本未參與碳化反應(yīng).水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.5%和15%時(shí)CH和CSH的變化規(guī)律基本一致.

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

2.1.2 碳化對(duì)重金屬Pb礦物形式的影響

XRD試驗(yàn)分析結(jié)果見圖4.由圖可知，試樣未碳化部分(Pb0.5C7.5-5、Pb0.5C15-5)均檢測(cè)到硅酸鉛(PbSiO3)、鉛輝石(Pb2SiO4)、鋁酸鉛(Pb2Al2O5)和鉛酸鈣(CaPbO3)，這是因?yàn)镻bO作為兩性氧化物(與酸、堿性物質(zhì)均能發(fā)生反應(yīng))，可分別與SiO2、Al2O3、CaO結(jié)合形成PbSiO3、Pb2SiO4、Pb2Al2O5和CaPbO3[19].Pb多以Si-O-Pb結(jié)合體沉淀的方式被固化，少部分以Pb2Al2O5和CaPbO3的形式被固化[20-21].碳化部分Pb0.5C7.5-1也檢測(cè)到PbSiO3、Pb2SiO4和Pb2Al2O5，此外還檢測(cè)到PbCO3的存在，Pb0.5C15-1中檢測(cè)到了Pb2SiO3、Pb2Al2O5和PbCO3，說明在水泥固化鉛污染土中Pb主要以硅酸鉛、鋁酸鉛和鉛酸鈣等沉淀的形式被固定，碳化作用下會(huì)有新沉淀PbCO3形成.

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

2.2 微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)

圖5和圖6分別為水泥固化土試樣Pb0.5C7.5和Pb0.5C15的SEM-EDS能譜分析圖，譜圖1、譜圖2對(duì)應(yīng)的區(qū)域見圖5(a)，譜圖3對(duì)應(yīng)的區(qū)域見圖6(a).由圖5可知：碳化部分Pb0.5C7.5-1中存在大量結(jié)晶狀態(tài)較差的菱形體CaCO3，其附近仍觀察到少量的板狀CH，此外觀察到無定形態(tài)的小顆粒狀物質(zhì)(可能為含鉛化合物)；未碳化部分Pb0.5C7.5-5的試樣中存在大量不規(guī)則片狀體單硫型硫鋁酸鈣(AFm)晶體[22]，未發(fā)現(xiàn)CSH和CH，可知Pb的存在抑制了CSH和CH的生成，影響了CSH和CH的微觀形態(tài)特征.

(a) 碳化部分Pb0.5C7.5-1

(b) 未碳化部分Pb0.5C7.5-5

由圖6可知：由于水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，碳化部分Pb0.5C15-1中CaCO3結(jié)晶狀態(tài)良好，附近還觀察到棒狀A(yù)Ft的存在；未碳化部分Pb0.5C15-5也發(fā)現(xiàn)了棒狀A(yù)Ft，此外還觀察到CSH的存在.綜合圖5和圖6可知，未碳化的水泥固化土中水泥水化產(chǎn)物主要以CSH、AFt和AFm的形式存在，碳化后的水泥固化土中存在大量CaCO3.

試樣碳化部分Pb0.5C7.5-1和Pb0.5C15-1的EDS元素分析如表1所示.由表可知，譜圖1中C、O和Ca元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，Al、Si和Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，微觀礦物形態(tài)具備典型的CaCO3特征，少量Pb元素存在可能是由于CaCO3表面吸附了極少量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.16%)Pb離子.譜圖2對(duì)應(yīng)區(qū)域元素C、O、Si和Pb(18.22%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，Al和Ca的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，微觀礦物形態(tài)具備含鉛化合物特征，其礦物可能為Pb-O-C-Si結(jié)合體，與XRD測(cè)試的分析結(jié)果一致.譜圖3中碳化部分Pb0.5C15-1的微觀礦物形態(tài)具備CaCO3的特征，碳化作用下CSH與CO2發(fā)生碳化反應(yīng)生成CaCO3和一種含硅凝膠[23]礦物，有少量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.28%)Pb離子依附在礦物表面.

(a) 碳化部分Pb0.5C15-1

(b) 未碳化部分Pb0.5C15-5

表1 EDS元素分析 %

2.3 固化土的碳化度熱重分析

2.3.1 熱重分析曲線

水泥固化土Pb0.5C7.5和Pb0.5C15試樣1～5段的熱重(TG)曲線和微商熱重(DTG)曲線分別如圖7和圖8所示.由圖7(a)及圖8(a)可知，樣品中的CSH、CH和CaCO3隨溫度升高而分解，吸附水脫水以及結(jié)合水蒸發(fā)導(dǎo)致樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減??；樣品經(jīng)風(fēng)干處理后，剩余可蒸發(fā)水的含量差異導(dǎo)致各樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總減小量不同，碳化作用對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)總減小量的影響無法評(píng)估.

對(duì)比分析圖7(b)及圖8(b)DTG曲線，樣品在100、300、400～500、700 ℃附近均有較為明顯的峰值，分別對(duì)應(yīng)可蒸發(fā)水的損失、CSH、CH和CaCO3的分解.樣品Pb0.5C7.5-1～Pb0.5C7.5-5和Pb0.5C15-1～Pb0.5C15-5在700 ℃附近的峰值逐漸減小，表明其碳化程度逐漸降低.試樣Pb0.5C15在700 ℃附近的峰值比Pb0.5C7.5大，表明水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加會(huì)產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物，在碳化反應(yīng)作用下生成更多的CaCO3.

(a) TG曲線

(b) DTG曲線

(a) TG曲線

(b) DTG曲線

2.3.2 CaCO3-CSH-CH質(zhì)量分布

CSH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)參照J(rèn)ain等[24]的方法計(jì)算，根據(jù)CH脫水計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)CaCO3釋放CO2計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并采用酚酞指示劑法測(cè)得碳化深度.圖9為水泥固化土CaCO3、CSH、CH質(zhì)量分?jǐn)?shù)在試樣Pb0.5C7.5和Pb0.5C15(1～5段)上的分布規(guī)律.由圖可知，試樣Pb0.5C7.5的1、2、3段為碳化部分，4、5段為未碳化部分；Pb0.5C15的1、2段為碳化部分，3、4、5段為未碳化部分.2種試樣的CaCO3-CSH-CH質(zhì)量分布規(guī)律相似，隨取樣位置深度(1～5段)增加，CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減小，CSH和CH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大，說明碳化度隨試樣深度的增加而降低，與熱重分析結(jié)果一致.

圖10為試樣Pb0.5C7.5和Pb0.5C15的1～5段各區(qū)域碳化度分布圖.Ca的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可通過CaCO3、CSH和CH的化學(xué)分子量計(jì)算，碳化度Dc具體計(jì)算公式如下[9]：

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

圖10 水泥固化土的碳化度分布

(1)

式中，σ1、σ2分別為水泥固化土試樣碳化部分、未碳化部分所含CaCO3中Ca的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；σCSH、σCH分別為未碳化部分所含CSH、CH中Ca的質(zhì)量分?jǐn)?shù).由圖可知，碳化部分水泥固化土的碳化度介于24%～28%之間，未碳化部分的碳化度介于0～3%之間.

2.4 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征與孔隙溶液pH值

2.4.1 累積孔隙體積

圖11為試樣Pb0.5C7.5和Pb0.5C15的MIP試驗(yàn)測(cè)得的累積進(jìn)汞量V與孔隙直徑D間關(guān)系圖.由圖可知，碳化部分Pb0.5C7.5-1的最終累積進(jìn)汞量低于未碳化部分Pb0.5C7.5-5，Pb0.5C15-1的最終累積進(jìn)汞量也低于Pb0.5C15-5.由于碳化反應(yīng)使CH和CSH轉(zhuǎn)化為摩爾體積相對(duì)更大的CaCO3，因此水泥固化土總的孔隙體積減小.試樣Pb0.5C7.5的最終累積進(jìn)汞量均小于試樣 Pb0.5C15，這是由于水泥摻量增加會(huì)生成更多的水泥水化產(chǎn)物，固化土孔隙體積減小，變得更加密實(shí).

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

2.4.2 孔隙分布密度及孔隙體積分布

圖12為Pb0.5C7.5和Pb0.5C15兩種試樣的累積進(jìn)汞量對(duì)孔隙直徑的對(duì)數(shù)求一階導(dǎo)數(shù)后得到的孔隙分布密度圖，圖13為孔隙體積分布圖.由圖12可知，2種試樣未碳化部分(Pb0.5C7.5-5和Pb0.5C15-5)的孔隙分布密度均呈現(xiàn)單峰特征，峰值出現(xiàn)在0.01～0.1 μm的孔隙直徑之間，而碳化部分(Pb0.5C7.5-1和Pb0.5C15-1)的孔隙分布密度均呈現(xiàn)雙峰特征，碳化作用下0.01～0.1 μm孔隙直徑對(duì)應(yīng)的峰值較低，新峰出現(xiàn)在0.1～1 μm的孔隙直徑之間.這是由于碳化作用下CSH脫鈣形成一種含硅凝膠，脫鈣現(xiàn)象使水泥固化土中較大的孔隙增多，因此直徑在0.1～1 μm的孔隙增多，出現(xiàn)新的峰值.

由圖13可知，2種不同水泥摻量的試樣 Pb0.5C7.5和Pb0.5C15中孔隙體積在小于0.01 μm和大于10 μm范圍內(nèi)的占比較小，較多地分布在0.01～0.1和0.1～1 μm直徑范圍內(nèi).碳化后直徑在0.01 μm以下的孔隙所占體積分?jǐn)?shù)略微減小，直徑在0.01～0.1 μm范圍內(nèi)的孔隙所占體積分?jǐn)?shù)有一定的減小，直徑1 μm以上的孔隙所占體積分?jǐn)?shù)均有一定的增大.這是由于反應(yīng)生成的CaCO3會(huì)使固化土孔隙體積減小，CSH的脫鈣會(huì)使水泥固化土的孔徑變大.

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

2.4.3 孔隙溶液的pH值

圖14為試樣Pb0.5C7.5、Pb2C7.5、Pb0.5C15和Pb2C15分別對(duì)應(yīng)取樣位置1～5段的孔隙溶液pH值.由圖可知，取樣位置1～5段的碳化度逐漸減小，對(duì)應(yīng)的孔隙溶液pH值從8.1～8.4增加到10.5～11.5，這是由于樣品表面附近呈堿性的水泥水化產(chǎn)物與酸性氣體CO2發(fā)生碳化反應(yīng)而被消耗，因此孔隙溶液的pH值較低.水泥摻入量增大，水化產(chǎn)物增多，孔隙溶液堿度增加，pH值隨之增大.孔隙溶液pH值隨鉛含量的增加而減小，這是因?yàn)殂U對(duì)水泥的水化反應(yīng)有一定的抑制作用.

圖14 孔隙溶液pH值

2.5 水泥固化鉛污染土碳化度的間接評(píng)價(jià)方法

圖15為根據(jù)熱重分析試驗(yàn)結(jié)果得到的水泥固化土碳化度與測(cè)得孔隙溶液pH值的關(guān)系圖.由圖15(a)和(b)可知，試樣1～5段孔隙溶液的pH值隨取樣深度的增加而增大，水泥固化土的碳化度逐漸減小.Chang等[25]的研究表明混凝土的碳化度與孔隙溶液pH值成線性關(guān)系，結(jié)合圖15(c)的擬合直線可知，試樣Pb0.5C7.5和Pb0.5C15水泥固化土的碳化度Dc與孔隙溶液pH值均具有良好的線性關(guān)系，具體關(guān)系式如下：

Pb0.5C7.5
Dc=-10.4P+113.2

(2)

Pb0.5C15
Dc=-9.7P+111.5

(3)

式中，P為孔隙溶液的pH值.Chang等[25]對(duì)混凝土碳化度進(jìn)行了歸一化處理，采用P/PDc=0(PDc=0為碳化度為零時(shí)對(duì)應(yīng)的孔隙溶液pH值)代替pH，得到混凝土的碳化度Dc與P/PDc=0的關(guān)系如下：

Dc=-230.7(P/PDc=0)+230.4

(4)

參照以上分析結(jié)果對(duì)2種試樣的碳化度與孔隙溶液pH值間關(guān)系進(jìn)行歸一化處理(見圖15(d))，結(jié)果表明可用一條直線表征水泥固化鉛污染土碳化度與孔隙溶液pH值間關(guān)系，具體表達(dá)式如下：

(a) 試樣Pb0.5C7.5

(b) 試樣Pb0.5C15

(c) 碳化度與孔隙溶液pH值線性關(guān)系圖

(d) 歸一化處理

Dc=-111.2(P/PDc=0)+112.3

(5)

式(5)中碳化度與P/PDc=0的關(guān)系式參數(shù)與式(4)中碳化度關(guān)系式相關(guān)參數(shù)不同，這可能是由采用的水泥固化土的材料特性差異和環(huán)境差異引起的.

3 結(jié)論

1) 由XRD測(cè)試和SEM-EDS能譜分析結(jié)果可知，重金屬Pb主要以硅酸鉛、鋁酸鉛和鉛酸鈣等沉淀的形式被固定，在碳化作用下會(huì)生成新的PbCO3物質(zhì)沉淀.碳化作用導(dǎo)致CaCO3的含量增加和含硅凝膠的形成，但Pb的存在會(huì)抑制CH和CSH的發(fā)育，Pb的礦物形式主要為PbCO3和PbSiO3，有少量的Pb離子依附于CaCO3表面.

2) 根據(jù)MIP的結(jié)果，由于CaCO3的摩爾體積比CH和CSH大，碳化后CaCO3增多導(dǎo)致固化污染土的總孔隙體積減小.碳化作用下CSH脫鈣會(huì)使水泥固化土的孔徑變粗，孔徑在0.1～1、1～10 μm和大于10 μm范圍的孔隙體積分?jǐn)?shù)增大.

3) DTG曲線表明在100、300、400～500和700 ℃附近有4個(gè)較為明顯的峰值，分別對(duì)應(yīng)可蒸發(fā)水損失、CSH分解、CH分解和CaCO3分解.碳化度可用碳化過程中鈣實(shí)際參與反應(yīng)的量與可反應(yīng)理論量的比值表示，碳化度隨樣品深度的增加而減小，CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之減小，CSH和CH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大.碳化部分的碳化度介于24%～28%之間，未碳化部分的碳化度介于0～3%之間.

4) 采用P/PDc=0代替pH進(jìn)行歸一化處理后的孔隙溶液pH值與碳化度成良好的線性關(guān)系，通過測(cè)量孔隙溶液的pH值可間接評(píng)價(jià)固化重金屬污染土碳化度.