添加粉煤灰对煤矸石基质有效水和持水性能的影响

作者：韩湘; 张超英; 耿玉清^*; 韩秀娜; 陈琳

来源：西北农林科技大学学报(自然科学版), 2023, 51(10): 89-96.

DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2023.10.010

• 煤矸石
• 粉煤灰
• 水分特征曲线
• 有效水分
• 持水性能

【目的】探索添加粉煤灰对煤矸石基质有效水分和持水能力的影响，为推进矿区生态修复和废弃物的资源化利用提供理论依据。【方法】以煤矸石和生土按照1∶1质量比混匀的煤矸石基质为研究对象，分别添加不同质量分数(0%(CK)、10%(F1)、20%(F2)和50%(F5))粉煤灰，经浇水处理后，取一部分煤矸石基质测定其颗粒组成，同时用环刀取不同处理的煤矸石基质测定其水分特征曲线，计算不同处理煤矸石基质的体积含水率(θ)和水吸力(S),用Gandner幂函数经验公式(θ=aS-b)对参数a(表征持水能力)和b(表征体积含水率变化的快慢)进行拟合。在此基础上，计算不同处理煤矸石基质的比水容量、大中小孔隙占比、田间持水量、萎蔫系数及速效水、缓效水和有效水含量。【结果】(1)与CK相比，添加粉煤灰使煤矸石基质的粉粒含量显著增加了3.81～15.62个百分点，砂粒和黏粒含量显著减少了3.87～9.87个百分点和0.10～6.01个百分点。(2)不同处理煤矸石基质的Gardner幂函数方程拟合系数(R2)在0.953 8～0.994 7。随着粉煤灰添加量的增加，方程拟合参数a呈增加趋势，b呈减小趋势，煤矸石基质的水分特征曲线也逐渐升高。煤矸石基质的比水容量随水吸力的增大呈现出先增大后减小的趋势。在任一水平的水吸力状态下，添加了粉煤灰的煤矸石基质的比水容量均大于CK,并且随着粉煤灰添加量的增加而增大。添加粉煤灰可以减少煤矸石基质的大孔隙比例，增加中小孔隙比例，其中F1、F2、F5的中、小孔隙比例分别较CK上升1.820,3.223,4.180个百分点和4.256,6.890,12.083个百分点。(3)随着粉煤灰添加量的增加，煤矸石基质的田间持水量及速效水、缓效水和有效水含量显著增加，但萎蔫系数无显著变化。【结论】添加粉煤灰可以改善煤矸石基质的颗粒组成和孔隙状况，提高其有效水含量和持水能力。

• 单位
  北京林业大学