用于处理含污染物的地下流体的土工屏障材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于处理含污染物的地下流体的土工屏障材料。该土工屏障材料由废铸砂、粉煤灰、膨润土和水，按一定比例混合均匀制成混合物。本发明专利技术可以改进土工屏障体处理地下流体的污染物的功效，可以将对环境产生污染的废铸砂和粉煤灰再生为工程中可以应用的土工材料。使用本材料不仅符合环境保护要求，也符合可持续发展的需要，是一种绿色环保型材料。本发明专利技术还涉及用于处理污染流体的土工屏障材料的制作方法和使用土工屏障材料处理地下污染流体的方法。本发明专利技术所用的原料为工业中的次生废料，原料来源量大面广，价格便宜，在经济上显著优于粘土土工屏障材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护材料
，具体涉及一种用于处理含污染物的地 下流体的上工屏障材料和这种土工屏障材料的制造方法。
技术介绍
污染场地(源)的污染物会逐渐往下渗透到含水层并随着地下水的流动， 形成地下流体，迁移到远处区域形成大范围的污染。土工屏障体是构筑在地下流 体的迁移路径或下水位上的地下土工构筑物，用来控制和阻滞地下流体中的污染 物的迁移。根据土工屏障材料在实际中的需要，并考虑到经济性，土工屏障材料应满 足如下要求1)应有比较好的抗渗透性能，土工屏障体的渗透系数不大于 lxl(r7Cm/S。 土工屏障体构筑在地下流体的迁移路径或下水位上，尤其是地下水 流动量大的区域，抗渗性能良好的土工屏障可以减少地下流体渗透土工屏障的流 量，从而控制和减少地下流体中污染物质的迁移；2)应有比较好的污染物阻滞 效果，特别是具有一定的活性，以便通过置换和吸附的反应去除地下流体中的污 染物；3)应具有快速形成强度和整体性的特点，有利于及时遏制地下流体的迁 移或者恶劣场地的施工，且可大大縮短施工周期；4)应具有较强的抗腐蚀性， 在一种或多种污染物渗透的环境下，能较好地保持低渗透性和高污染物阻滞性； 5) 土工屏障材料应来源广泛，成本不能过高，在达到污染物阻滞的前提下，土 工屏障体填筑的厚度应尽可能小，以节省材料用量和施工工作量。现有土工屏障材料主要为土类。具体可分为三类， 一类是粘土， 一类是粘 土质混合物， 一类是水泥浆质混合物。其中，粘土和粘土质混合物应用比较广泛， 技术也比较成熟，但是粘土和粘土质混合物作为土工屏障材料主要存在以下问 题1) 粘土屏障体的整体性较差。压实粘土经历多次干湿循环和冻融循环后， 屏障材料的粘结性明显降低，容易发生开裂，渗透性提高，导致地下流体的渗流 量增加，污染物的迁移增加。2) 粘土屏障体的时效性较差。压实粘土长时间接触腐蚀性的污染物后，屏障材料的吸附和置换能力明显下降，导致污染物质容易发生迁移。如果增加屏障 体的填筑厚度，不仅增加占地面积、材料用量和施工工作量，而且难以保证屏障 体的整体性。3)粘土屏障材料来源有限。粘土材料虽然是常见的天然材料，但符合地下 流体污染物处理的粘土并不随处可得，我国不少地区地下土工屏障所采用的粘土 无法保证全部合乎国家标准，也很难达到规定的压实度，因此抗渗透性差，难以 达到要求。泥浆质混合物屏障材料的主要缺点是材料的粘粒含量少，对污染物的吸 附性较差，由于浆液含水量高，施工时质量不好控制，容易发生泌浆现象，随着 水分的流失，收縮大，容易形成干燥裂缝失去阻水功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的缺点，提出一种用于处理含污染 物的地下流体的土工屏障材料，充分利用废铸砂、粉煤灰和膨润土固有特性，直 接将三种材料在水相介质中混合制成胶体，用于生产，可大量使用废铸砂和粉煤 灰，做到废料利用，减少了废铸砂和粉煤灰对环境的污染，节约大量的粘土，具 有成本低廉，原料来源广泛，且抗渗透性、整体强度性和污染物阻滞性能优于粘 土。本专利技术目的通过以下技术方案来实现 一种用于处理含污染物的地下流体 的土工屏障材料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配制而成废铸砂40% ~ 70%、粉煤灰10% ~ 30%、膨润土 10% ~ 15%、水10% ~ 20% 。 所述土工屏障材料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配制而成 废铸砂50%、粉煤灰20%、膨润土10%、水20% 。所述土工屏障材料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配制而成 废铸砂70%、粉煤灰10%、膨润土10%、水10% 。本专利技术中的粉煤灰按国家标准GBT1596—2005 "用于水泥和混凝土中的粉 煤灰"中C类III级标准规定的要求，对细度、含水量没有另外的要求，要求烧 失量小于15%，三氧化硫含量小于3%，废铸砂为铸造工业固体废弃物，粒径需 要小于l.Omm，膨润土同普通填埋场衬垫层所用的膨润土。用水选用不含有害杂 质的洁净水， 一般自来水即可。本专利技术的机理本专利技术材料中的废铸砂和粉煤灰是两种不但具有粘土的低 透水性和吸附性，而且含有一定活性物质的土工屏障材料。废铸砂颗粒细小，平 均90%的颗粒分布在0.15-0.8mm级配。废铸砂击密后的渗透系数可达10—7cm/s 数量级，满足屏障材料的低渗透性要求。废铸砂含有丰富的活性物质，尤其是零 价铁、粘性矿物质和有机碳，可吸附或离子交换氯乙烯化合物、毒性重金属和氯 化物杀虫剂，可有效降解有机污染物。粉煤灰颗粒不仅细小，级配在0.075-0.5mm， 比表面积大，有利于吸附作用，且具有良好的水硬胶凝性能，在水相介质下，粉 煤灰颗粒表面的活性二氧化硅(Si02)与氢氧化钙(Ca(OH)2)和硫酸盐产生水 化反应生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，将周围颗粒介质胶结，形成一定强度， 增加材料的整体性和抗腐蚀性，达到固化和稳定重金属迁移的目的。本专利技术材料 中的膨润土是一种1:2晶格结构的粘土，颗粒小于0.075mm,具有高吸水膨胀性， 小粒径的膨润土可填充在废铸砂和粉煤灰混合料的颗粒孔隙中，增加混合物的密 实度和减小混合物的渗透性，在水相介质中，膨润土吸水发生膨胀，进一步增加 混合物的密实度和减小混合物的渗透性，这显然也将促进污染物的阻滞效果。一种用于处理含污染物的地下流体的土工屏障材料的制作与使用方法将 上述原材料混合搅拌均匀后就可作为地下屏障体的土工材料。本专利技术在实际应用时可使用传统的浇筑、泵送、灌浆和喷桨法施工，这些 施工方式均无需进行压实，所需大型设备较少，可以较大幅度节约成本。将本发 明用于填筑地下屏障体时，抗渗透性、强度整体性和抗腐蚀性优于粘土屏障体、 粘土质屏障体和水泥浆质屏障体，可以达到阻滞地下流体的污染物迁移的目的。本专利技术采用上述技术方案后，主要有以下优点和效果(1) 采用废铸砂和粉煤灰为主要原料配方，在地下流体屏障材料的制作上， 避免了大量使用粘土为原料，节约了土地资源，变废为宝，保护环境。(2) 本专利技术所使用的主要材料为废铸砂和粉煤灰，材料来源广泛，价格低 廉的材料，因此实际运营成本也较低，便于推广应用。(3) 本材料为自密实材料，填筑后无需机械压实，有自动填实和填平的特 点，相对使用粘土作为屏障材料，减少了大型设备的使用量，简化了施工作业， 提高了施工安全，提高了填筑屏障的均匀性和强度，节约大量成本。(4) 本材料为自硬性材料，与使用粘土作为屏障材料相比，填筑后强度、整体性和抗渗透性得到提高，有助于阻滞地下流体的污染物。(5) 本材料抗腐蚀性好，与使用粘土作为屏障材料相比，填筑后材料颗粒 胶结成整体，抗污染物腐蚀的性能得到提高，使用时效也增强。(6) 本材料阻滞污染物效果好，废铸砂和粉煤灰含有活性物质，可促进污 染物的吸附、置换和降解，提高地下流体的污染物的阻滞。(7) 本专利技术掺加一定量膨润土后，体积略有膨胀，不仅可避免出现收縮裂 缝，而且体积膨胀有利于材料的密实度，可进一步提高抗渗透性和整体性。(8) 本专利技术的土工材料可广泛用作土工屏障材料用作水利帷幕(图1)，卫 生填埋场衬垫层(图2)的材料。附图说明图l: 土工屏障材料用作水利帷幕的示意图。附图说明l-污染源、2-地下水位、3-地下流体、4-水利帷幕、5-弱透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理含污染物的地下流体的土工屏障材料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配制而成：　废铸砂４０％～７０％、粉煤灰１０％～３０％、膨润土１０％～１５％、水１０％～２０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓安，曹昊，陈祯，丁文林，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]