六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤(rùn)土系豎向隔離墻防滲控污性能研究.pdf

1、隨著中國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，各類工業(yè)污染場(chǎng)地?cái)?shù)量迅速增加，迫切需要污染土水風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)。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(guó)環(huán)境巖土工程界的重要需求。中國(guó)鈣基膨潤(rùn)土儲(chǔ)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(rùn)土系豎向隔離墻技術(shù)，研究六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤(rùn)土機(jī)理及隔離墻防滲控污性能，可為推廣膨潤(rùn)土系豎向隔離墻技術(shù)在中國(guó)污染場(chǎng)地修復(fù)的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
　　本文

2、以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278100)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)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(rùn)土系豎向隔離墻為研究對(duì)象，以揭示改良機(jī)理和明確防滲控污性能為目標(biāo)，采用室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的技術(shù)路線，對(duì)六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤(rùn)土系豎向隔離墻技術(shù)進(jìn)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(rùn)土和回填料的分散特性變化規(guī)律。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)

3、，研究了分散劑種類、摻量對(duì)鈣基膨潤(rùn)土和回填料分散特性指標(biāo)的影響，對(duì)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(guò)一定值后，降低趨勢(shì)變緩和;改良鈣基膨潤(rùn)土和回填料的化學(xué)抗性明顯增強(qiáng);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(rùn)土泥漿的豎向隔離墻施工和易性。通過(guò)泥漿和易性測(cè)試，明確了六偏磷酸鈉和膨潤(rùn)土摻

4、量對(duì)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(rùn)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(rùn)土摻量增加而增長(zhǎng)，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(duì)應(yīng)關(guān)系;提出六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤(rùn)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(rùn)土系豎向隔離墻回填料的防滲和固結(jié)壓縮特性。通過(guò)柔性壁滲透和一維固結(jié)壓縮試驗(yàn)，查明了改良作用和膨潤(rùn)

5、土摻量對(duì)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(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)，該降低效果較增大膨潤(rùn)土摻量更為顯著;改良回填料滲透系數(shù)低于工程設(shè)計(jì)限值，且與國(guó)際廣泛應(yīng)用的砂-優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土隔離墻回填料滲透系數(shù)數(shù)量級(jí)相當(dāng);提出了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤(rùn)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(rùn)土的控制機(jī)理。通過(guò)SEM、XRD、FTIR試驗(yàn)和Zeta電位測(cè)量，明確了

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

7、究了金屬種類及濃度對(duì)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(lái)水滲透條件相比，鈣、鉛、鉻（六價(jià)）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(rùn)土回填料具有更優(yōu)越的化學(xué)相容性;用六偏磷酸鈉作為鈣基膨潤(rùn)土系豎向隔離墻材料改良劑，具有良好社會(huì)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　(6)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤(rùn)土及回填料吸附重金屬的特性。通過(guò)Batch吸附試驗(yàn)及pH、電導(dǎo)率和zeta電

8、位測(cè)試，研究了改良鈣基膨潤(rùn)土及改良回填料對(duì)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(rùn)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(duì)鉛的吸附能力顯著優(yōu)于鉻;鉛的吸附機(jī)理主要為離子交換和沉淀作用，鉻的吸附機(jī)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(píng)價(jià)分析模型。通過(guò)運(yùn)移參數(shù)擬合及不同因素對(duì)金屬離子擊穿改良隔離墻時(shí)間影響的分析，論證了六偏磷酸