一种新型黏土功能层材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型黏土功能层材料及制备方法。该新型黏土功能层材料主要由高液限黏土、凹凸棒石黏土和硅藻土组成。该新型黏土功能层材料具备如下特性：具备良好的保水性能，可有效防止极端温度条件下土体水分散失；具备较低的土体气体扩散系数，可有效防止有机污染气体扩散；具备一定吸附功能，可吸附一定量有机污染物；具有较低的渗透系数，满足一般城市垃圾填埋场内击实黏土层的防渗要求；主体材料均为天然黏土矿物，属于绿色可再生资源，成本低廉，使用年限较长，可广泛应用于有机污染场地。染场地。

【技术实现步骤摘要】
一种新型黏土功能层材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及环境岩土工程
，尤其涉及一种新型黏土功能层材料及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国工业化和城镇化飞速发展，但随之产生城市用地紧张、交通堵塞、土体污染等一系列严重问题。随着政策需要和产业布局的调整，化工厂、农药厂、氯碱厂等工业企业搬离城市，遗留下大片工业有机污染场地。这些有机污染场地大量存在苯系物、总石油烃、有机氯农药等污染物，普遍具有毒性大、挥发性强、治理难度大等特点。由于企业处理措施不到位等原因，有机污染物在土体中侵入地下水或以气体形式扩散进入空气中，严重威胁周边生态环境安全。而面对我国土体污染的新形势，“风险管控”的概念被提出，针对风险评估后超标且暂时无法治理的场地，应当制定风险管控方案，移除或者清理污染源，采取污染隔离、阻断等措施，防止污染扩散。
[0003]目前，针对不同类型的土体污染物，主要的修复技术手段包括淋洗、固化/稳定化、化学氧化还原、微生物修复、隔离等，而有机污染场地由于其污染特性，需要对其进行阻隔。污染场地阻隔技术按布设方向主要分为垂直阻隔技术和水平工程屏障两大类，其中水平工程屏障可以有效限制渗滤液的下渗和VOC（volatile organic compounds）气体向上运移，在国外已广泛应用于有机工业污染场地的修复与治理。水平工程屏障中发挥阻隔效果的防渗层自上而下包括土工膜、土工合成黏土衬垫、击实黏土层，在实际工程应用中存在以下问题：一是当夏季气温超过35℃时，施工过程中击实黏土层直接暴露在阳光照射中，容易产生失水开裂现象；二是当施工工期较长时，即使上覆土工膜和土工合成黏土衬垫，击实黏土层仍存在失水开裂的可能性；三是若下层待修复土体含水率小于5%，由于水分运移，击实黏土层仍会发生失水开裂；四是施工过程中普遍存在土工膜破损现象，而水平工程屏障施工后期由于在土工膜上覆盖了卵石保护层，故无法更新土工膜破损，导致破损处存在热传导行为，导致破损处下方击实黏土层发生失水开裂。击实黏土层的失水开裂将导致其渗透系数增大2-3个数量级，土体扩散系数也会显著增大，严重影响其防渗性能和阻气性能，所以我们提出了一种新型黏土功能层材料及制备方法，用以解决上述所提出的问题。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种新型黏土功能层材料及制备方法。
[0005]本专利技术提出的一种新型黏土功能层材料，包括以下重量份的原料：高液限黏土90-95%，改性添加剂5%-10%；所述改性添加剂包括凹凸棒土和硅藻土，其质量占比为4:1~2:1。
[0006]该新型黏土功能层材料主要由高液限黏土、凹凸棒土和硅藻土组成，针对夏季极端高温天气，黏土功能层材料具有一定保水能力的支撑材料为凹凸棒土；提供阻气性能，使
黏土功能层材料的土体气体扩散系数低于普通击实黏土层的支撑材料为凹凸棒土和硅藻土；提供针对有机污染物的吸附功能的支撑材料为硅藻土和凹凸棒土；提供一定防渗性能的支撑材料为高液限黏土、凹凸棒土和硅藻土。上述材料均属于非金属矿物材料，绿色无污染，其在土体中的使用寿命远大于10年。
[0007]一种新型黏土功能层材料的制备方法，包括以下制备步骤：S1、将凹凸棒土原土和硅藻土原土分别用粉碎机粉碎，过100目筛初步分离杂质；S2、将步骤S1获得的凹凸棒土和硅藻土分别加水浸泡5-8小时，后加入2%浓度的六偏磷酸钠；S3、将步骤2所得材料以200-500r/min的转速搅拌1小时，进行搅拌擦洗，6-8小时后沉淀出提纯凹凸棒土和提纯硅藻土；S4，将步骤S3获得的提纯凹凸棒土和提纯硅藻土放置于105 ℃下烘干至少12小时；S5、将步骤S4烘干后的样品研磨至200目以上，按质量比凹凸棒土：硅藻土=4:1~2:1将其混合配置成改性添加剂，后放置于60-80℃的烘箱内备用；S6、对高液限黏土原土进行分选、烘干和粉碎，经100目筛过滤得到所需高液限黏土，并测试其最优含水率和最大干密度；S7、将步骤S1至步骤S5获得的改性添加剂与步骤S6所得的高液限黏土按质量占比混合，拌和后加入适量蒸馏水，使混合样含水率控制在较高液限黏土最优含水率多1%-4%；S8、运用电动搅拌机对步骤7所得材料进行搅拌，转速设定为50-150r/min，拌和5-10分钟；S9、用击实夯对步骤S8拌和均匀后的样品进行分层击实，每铺设15cm应击实一次，通过环刀法取样，待完全烘干后测试其干密度大于高液限黏土最大干密度的85%，最终得到本新型黏土功能层材料。
[0008]本专利技术的有益效果：1、本新型黏土功能层材料，在夏季极端高温天气条件下，具有一定的保水性能。本新型黏土功能层材料在65℃下3小时保水率大于90%，24小时保水率仍大于40%，保证水平工程屏障中击实黏土层的持水抑开裂能力，抗高温能力大幅提升，可有效应用于夏季极端天气环境中。
[0009]2、本新型黏土功能层材料，具备良好的阻气防扩散性能。在应用于有机工业污染场地时，新型黏土功能层材料的土体气体扩散系数较低，可以有效阻隔VOC气体向上扩散运移，显著提高水平工程屏障的实际工程效果。
[0010]3、本新型黏土功能层材料，自身具备一定吸附性能。相对于普通击实黏土层，增加了吸附VOC气体的功能，极大的提高了水平工程屏障对有机污染物的治理效果和处理效率。
[0011]4、本新型竖向隔离屏障，相对于一般垃圾填埋场顶部覆盖层中的击实黏土层，渗透系数相对较低，满足一般垃圾填埋场击实黏土层渗透系数小于1
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10-7cm/s的要求，在一定程度上可以防止渗滤液下渗。
[0012]5、新型黏土功能层材料，为纯天然绿色材料，其中主体材料为黏土或非金属矿石粉末，其制备过程不产生二次污染，属于环境友好型材料。其制备方法简单，价格低廉，对设备与用地要求较低，易于推广使用。
具体实施方式
[0013]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。
[0014]实施例一一种新型黏土功能层材料，包括以下重量份的原料：高液限黏土95%，改性添加剂5%；所述改性添加剂包括凹凸棒土和硅藻土，其质量占比为4：1。
[0015]一种新型黏土功能层材料的制备方法，包括以下制备步骤：S1、将凹凸棒土原土和硅藻土原土分别用粉碎机粉碎，过100目筛初步分离杂质；S2、将步骤S1获得的凹凸棒土和硅藻土分别加水浸泡5-8小时，后加入2%浓度的六偏磷酸钠；S3、将步骤2所得材料以200-500r/min的转速搅拌1小时，进行搅拌擦洗，6-8小时后沉淀出提纯凹凸棒土和提纯硅藻土；S4，将步骤S3获得的提纯凹凸棒土和提纯硅藻土放置于105 ℃下烘干至少12小时；S5、将步骤S4烘干后的样品研磨至200目以上，按质量比凹凸棒土：硅藻土=4:1~2:1将其混合配置成改性添加剂，后放置于60-80℃的烘箱内备用；S6、对高液限黏土原土进行分选、烘干和粉碎，经100目筛过滤得到所需高液限黏土，并测试其最优含水率和最大干密度；S7、将步骤S1至步骤S5获得的改性添加剂与步骤S6所得的高液限黏土按质量占比混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型黏土功能层材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：高液限黏土90-95%，改性添加剂5%-10%；所述改性添加剂包括凹凸棒土和硅藻土，其质量占比为4:1~2:1。2.根据权利要求1所述的一种新型黏土功能层材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：S1、将凹凸棒土原土和硅藻土原土分别用粉碎机粉碎，过100目筛初步分离杂质；S2、将步骤S1获得的凹凸棒土和硅藻土分别加水浸泡5-8小时，后加入2%浓度的六偏磷酸钠；S3、将步骤2所得材料以200-500r/min的转速搅拌1小时，进行搅拌擦洗，6-8小时后沉淀出提纯凹凸棒土和提纯硅藻土；S4，将步骤S3获得的提纯凹凸棒土和提纯硅藻土放置于105 ℃下烘干至少12小时；S5、将步骤S4烘干后的样品研磨至200目...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕钰璋，温嘉明，杜延军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：