六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻防滲控污性能研究.pdf

1、隨著中國工業(yè)化和城市化進程的加快，各類工業(yè)污染場地數(shù)量迅速增加，迫切需要污染土水風險管控和修復。為控制污染物在淺層土體和地下土水的遷移，研究高效的防滲控污豎向阻隔技術(shù)是目前中國環(huán)境巖土工程界的重要需求。中國鈣基膨潤土儲量豐富，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。論文提出磷酸鹽分散劑改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻技術(shù)，研究六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土機理及隔離墻防滲控污性能，可為推廣膨潤土系豎向隔離墻技術(shù)在中國污染場地修復的應(yīng)用提供科學依據(jù)。
　　本文

2、以國家自然科學基金項目(51278100)、國家自然科學基金重點項目(41330641)和江蘇省杰出青年基金(BK2012022)為課題依托，以六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻為研究對象，以揭示改良機理和明確防滲控污性能為目標，采用室內(nèi)試驗和理論分析相結(jié)合的技術(shù)路線，對六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻技術(shù)進行系統(tǒng)研究，主要研究成果如下:
　　(1)研究了三種磷酸鹽分散劑改良鈣基膨潤土和回填料的分散特性變化規(guī)律。通過室內(nèi)試驗

3、，研究了分散劑種類、摻量對鈣基膨潤土和回填料分散特性指標的影響，對比分析了三種分散劑的改良效果。結(jié)果表明，磷酸鹽分散劑可顯著提高隔離墻材料分散性能，表觀黏度、液限和沉降體積隨分散劑摻量增加而降低，超過一定值后，降低趨勢變緩和;改良鈣基膨潤土和回填料的化學抗性明顯增強;六偏磷酸鈉的改良效果優(yōu)于三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉。
　　(2)系統(tǒng)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土泥漿的豎向隔離墻施工和易性。通過泥漿和易性測試，明確了六偏磷酸鈉和膨潤土摻

4、量對隔離墻泥漿工程特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，六偏磷酸鈉可顯著改善鈣基膨潤土泥漿的施工和易性，馬氏黏度和泥漿密度隨六偏磷酸鈉和膨潤土摻量增加而增長，濾失量、濾餅厚度和pH值隨摻量呈現(xiàn)不同變化規(guī)律;馬氏黏度、濾失量和濾餅厚度存在唯一對應(yīng)關(guān)系;提出六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土泥漿的關(guān)鍵工藝參數(shù)及其優(yōu)化方法。
　　(3)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻回填料的防滲和固結(jié)壓縮特性。通過柔性壁滲透和一維固結(jié)壓縮試驗，查明了改良作用和膨潤

5、土摻量對回填料滲透系數(shù)、固結(jié)與壓縮特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，六偏磷酸鈉可降低回填料滲透系數(shù)達一個數(shù)量級，該降低效果較增大膨潤土摻量更為顯著;改良回填料滲透系數(shù)低于工程設(shè)計限值，且與國際廣泛應(yīng)用的砂-優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土隔離墻回填料滲透系數(shù)數(shù)量級相當;提出了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻回填料的關(guān)鍵工藝參數(shù)及參數(shù)優(yōu)化流程。
　　(4)揭示了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土的控制機理。通過SEM、XRD、FTIR試驗和Zeta電位測量，明確了

6、六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土微觀結(jié)構(gòu)的變化特征。結(jié)果表明，六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土形成分散、致密的微觀結(jié)構(gòu)，土體表面負電勢增強;改良后膨潤土晶層間距減小;六偏磷酸鈉主要通過離子交換、化學吸附及空間位阻穩(wěn)定作用，增加膨潤土顆粒雙電層厚度、分離膨潤土團聚體、減小孔隙尺寸，進而形成改良鈣基膨潤土較高膨脹性、良好分散性及防滲性。
　　(5)明確了單一、復合金屬作用下改良鈣基膨潤土系隔離墻回填料的化學相容性。通過柔性壁滲透和一維固結(jié)壓縮試驗，研

7、究了金屬種類及濃度對改良回填料滲透系數(shù)和固結(jié)壓縮特性的影響。結(jié)果表明，與清潔自來水滲透條件相比，鈣、鉛、鉻（六價）溶液和粉煤灰滲濾液污染地下水均未引起改良回填料滲透系數(shù)的顯著增加;改良回填料較優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土回填料具有更優(yōu)越的化學相容性;用六偏磷酸鈉作為鈣基膨潤土系豎向隔離墻材料改良劑，具有良好社會環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
　　(6)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土及回填料吸附重金屬的特性。通過Batch吸附試驗及pH、電導率和zeta電

8、位測試，研究了改良鈣基膨潤土及改良回填料對鉛、鉻吸附特性的變化規(guī)律。結(jié)果表明，2％六偏磷酸鈉可使鈣基膨潤土和回填料的最大鉛吸附量增加45％和72％，最大鉻吸附量增加22％和13％;改良隔離墻材料對鉛的吸附能力顯著優(yōu)于鉻;鉛的吸附機理主要為離子交換和沉淀作用，鉻的吸附機制為離子交換。
　　(7)建立了六偏磷酸鈉改良隔離墻阻隔重金屬污染物定量評價分析模型。通過運移參數(shù)擬合及不同因素對金屬離子擊穿改良隔離墻時間影響的分析，論證了六偏磷酸