Влияние бамбукового биоугля на прочность и водоудерживающие свойства малопластичной глины и илистого песка

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6201 (2023) Цитировать эту статью

2507 Доступов

8 Альтметрика

Подробности о метриках

Биоуголь — это богатый углеродом стабильный продукт, получаемый в результате термохимического разложения биомассы. Свойства биоугля варьируются в зависимости от типа сырья, скорости нагрева, температуры пиролиза и т. д. Следовательно, механические и гидрологические свойства почвы с добавлением биоугля (BAS) также различаются в зависимости от типа биоугля и почвы. Однако в предыдущей литературе отсутствует влияние добавки бамбукового биочара (BB) на прочность почвы и водоудерживающие свойства. Биомасса бамбука подвергалась пиролизу при 600 °C для получения биоугля. Для приготовления БАВ смешивали ББ и грунты (малопластичная глина (КЛ) и илистый песок (СМ)). Образцы готовили путем смешивания ББ в пяти соотношениях: 0%, 1%, 2%, 3,5% и 5% от массы сухой почвы. Применение биоугля увеличило оптимальное содержание влаги, щелочность (pH) и пределы Аттерберга, в то же время снизило максимальную сухую плотность и удельный вес обеих почв (CL и SM). Было отмечено, что неограниченная прочность на сжатие (UCS) почвы CL увеличивается на 10,5% при содержании биоугля 2% и после этого снижается, тогда как было обнаружено, что UCS почвы SM постоянно снижается с увеличением содержания биоугля. Таким образом, результат неограниченной прочности на сжатие (UCS) показал, что применение биоугля оказывает противоположный эффект на обе почвы. Измеренное гравиметрическое содержание воды (GWC) в БАВ увеличивалось с увеличением биоугля в обеих почвах. Однако при том же содержании биоугля GWC увеличивался больше в CL, чем в SM. Микроструктурный анализ показал, что добавка биоугля заполнила поровое пространство почвенной матрицы, что привело к увеличению значений UCS и GWC. Повышенная водоудерживающая способность и прочность (UCS) CL-почвы, обогащенной биоуглем, свидетельствует о том, что ее можно использовать в качестве материала для покрытия свалок.

Биоуголь (BC) представляет собой богатый углеродом стабильный продукт, полученный в результате пиролиза или газификации биомассы при высокой температуре с небольшим количеством доступного кислорода или вообще без него в закрытой камере1,2. Основным сырьем (сырьем) для производства биоугля являются сельскохозяйственные отходы, навоз животных, твердые бытовые отходы, отходы лесного хозяйства и деревообработки3. В целом пиролиз — это термохимическое разложение органических веществ в анаэробной среде в диапазоне температур 200–700 °C с образованием синтез-газа, бионефти и биоугля4. Обычно для производства энергии используются синтез-газ и бионефть2,5. Принимая во внимание, что из-за преимуществ биоугля, которые включают более высокую удельную поверхность, катионообменную способность, содержание углерода, pH, водоудерживающую способность, более низкую плотность и т. д., он широко используется для удаления загрязнений тяжелыми металлами, секвестрации углерода, сельского хозяйства. и инженерные области6,7. Таким образом, биоуголь потенциально может применяться в сельском хозяйстве, на зеленых крышах, биоинженерных склонах, насыпях, свалках и т. д. Недавно исследователи исследовали потенциальное применение биоугля в качестве возможного укрывного материала на свалках и для устойчивости склонов, покрытых растительностью8,9,10,11,12. ,13,14,15,16.

В прошлом были проведены различные исследования различных типов биоугля, полученного из сырья, для изучения геотехнических (механических и гидрологических) свойств почвы, обогащенной биоуглем (BAS), и большинство исследований пришли к выводу, что свойства биоугля варьируются в зависимости от типа сырья, пиролиза. температура, скорость нагрева и атмосферное состояние камеры пиролиза8,17,18,19,20,21,22,23. Более того, в нескольких исследованиях сообщалось, что свойства БАВ изменяются с возрастом биоугля24. Механические и гидрологические свойства БАВ также различаются в зависимости от размера частиц биоугля25,26,27.

В целом исследователи сообщили о снижении сухой плотности БАВ12,27. Тогда как прочность на сжатие без ограничений (UCS) и прочность на сдвиг BAS противоречили результатам, которые показали различия в зависимости от сырья и типа почвы. Исследования на глинистой почве показывают, что значение UCS увеличивается до определенного процента содержания биоугля, а затем снижается28,29. Бора и др.22 сообщили о неизмененном или сниженном значении UCS илистого песка из-за повышенного содержания биоугля. Ахмед и др.30 наблюдали снижение прочности на сдвиг на илистой суглинистой почве, связанное с добавлением биоугля. Садасивам, Редди15 и Сюй и др.31 сообщили об увеличении параметров прочности на сдвиг вследствие применения биоугля на илистой глине и чисто глинистой почве. Помимо механических характеристик, применение биоугля также влияет на водоудерживающую способность почвы. Сообщалось, что применение биоугля повысило водоудерживающую способность (WRC) почвы21,32,33,34,35,36. Однако некоторые исследователи сообщают о противоречивых результатах, например, применение биоугля неэффективно для увеличения количества или другого сырья, имеющего непохожие WRC BAS37,38,39,40.