CN107246033A

CN107246033A - 一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂‑粘土混合衬垫

Info

Publication number: CN107246033A
Application number: CN201710634981.9A
Authority: CN
Inventors: 王升位; 费康; 洪家宝; 钱玉林; 许朝阳
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2017-07-30
Filing date: 2017-07-30
Publication date: 2017-10-13

Abstract

本发明涉及用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂‑粘土混合衬垫，包括砂‑粘土混合衬垫，所述砂‑粘土混合衬垫由砂土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成；所述砂土的质量大于或等于砂土和伊利石粘土总质量的10%，且小于砂土和伊利石粘土总质量的50%，所述伊利石粘土的质量大于砂土和伊利石粘土总质量的50%，且小于或等于砂土和伊利石粘土总质量的90%；所述水的质量为砂土和所述伊利石粘土总量的15~24%。使用时，预先在垃圾填埋场底部施工铺设厚度大于等于20cm的砂‑粘土混合衬垫，再填埋垃圾。本发明结构合理、使用方便、方法先进科学，通过本发明，可以很好的解决衬垫裂隙的产生和高渗沥液水位加速污染地下环境的问题。

Description

一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫

技术领域

本发明属于填埋场防渗领域，尤其涉及用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫。

背景技术

我国是人口大国，同时也是垃圾产量大国。目前常用的垃圾处理方式有三种，焚烧、填埋和堆肥。在各种处置方法中，卫生填埋因其安全卫生、处置量大、效率高的优点而被广泛的采用，我国80%以上的生活垃圾均采用填埋处置，越来越多的垃圾填埋场得到建设。

垃圾填埋场中的垃圾随着时间不断降解，会产生大量高浓度、成份复杂的污染物，这些污染物可以通过对流和扩散的方式穿过衬垫，从而对地下环境造成污染，为了防止污染物对地下环境的污染，需要在垃圾填埋场底部施工形成防渗衬垫，使其渗透系数k≤10^- ⁷cm/s。压实粘土在垃圾填埋场防渗衬垫中也一直扮演着十分重要的角色，而对于一些干旱地区，填埋场衬垫施工过程中，压实粘土往往会由于失水产生裂隙，粘土衬垫裂隙的产生会导致其防渗性能变差，裂隙形成的优势通道会加快渗沥液的渗漏，污染地下水及周围环境。同时，中国部分填埋场渗滤液的水头往往非常高，甚至可以达到10m以上，在这种高渗沥液作用下，需要对防渗衬垫提出更高的要求。目前还没有发现有相关发明可以解决该问题，为此，通过本发明可以很好的解决衬垫裂隙的产生和高渗沥液水位加速污染地下环境的问题。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫。

本发明的目的是这样实现的，一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，包括砂-粘土混合衬垫，其特征在于：所述砂-粘土混合衬垫由砂土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成；所述砂土的质量大于或等于砂土和伊利石粘土总质量的10%，且小于砂土和伊利石粘土总质量的50%，所述伊利石粘土的质量大于砂土和伊利石粘土总质量的50%，且小于或等于砂土和伊利石粘土总质量的90%；所述水的质量为砂土和所述伊利石粘土总量的15~24%。

所述砂土中包含细砂粒 25~30%、中砂粒 5~10%、粗砂粒 55~60%、细砾粒 5-10%，其中，细砂粒的粒径为0.075mm-0.25mm，中砂粒的粒径为0.25mm-0.5mm，粗砂粒的粒径为0.5mm-2mm，细砾粒的粒径为2mm-20mm。

所述伊利石粘土中包含粘粒 7~10%、粉粒 90~93%，其中，粘粒的粒径小于0.005mm，粉粒的粒径为0.005mm-0.075mm 。

所述伊利石粘土中包含下矿物成分，高岭石10~15%、伊利石50~60%、蒙脱石10~15%、石英15~20%。

当砂土的质量为砂土和伊利石粘土总质量的30%，伊利石粘土的质量为砂土和伊利石粘土总质量的70%时，水的质量为砂土和伊利石粘土总质量20%。

所述砂-粘土混合衬垫的孔隙率小于或等于35%，有效孔隙率小于或等于25%。

使用时，当渗沥液水位小于或等于12m时，所述砂-粘土混合衬垫的厚度大于或等于20cm。

使用时，预先在垃圾填埋场底部施工铺设厚度大于等于20cm的砂-粘土混合衬垫，再填埋垃圾。

本发明结构合理、使用方便、方法先进科学，通过本发明，为达到上述目的，一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，它为砂、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，它的孔隙率≤35%；所述砂土的质量占所述砂土和所述伊利石粘土总质量的百分比为X，10≤X＜50%；所述伊利石粘土的质量占所述砂土和所述伊利石粘土总质量的百分比为Y，50＜Y≤90%。所述水的质量与所述砂土和所述伊利石粘土总量的百分比为15~24%。

优化地，所述砂土中包含以下粒径分布：细砂粒 25~30%、中砂粒 5~10%、粗砂粒55~60%、细砾粒 5-10%。

进一步地，所述伊利石粘土中包含以下粒径分布，粘粒 7~10%、粉粒 90~93%；伊利石粘土中包含以下质量分数的矿物成分：高岭石10~15%、伊利石50~60%、蒙脱石10~15%、石英15~20%。

优化地，所述X为10~50%，所述Y为50~90%。

X为30%，所述Y为70%时，所述水的质量为所述砂土和所述伊利石粘土总量的20%。

优化地，砂-粘土混合衬垫的孔隙率≤35%，有效孔隙率≤25%。

优化地，当渗沥液水位≤12m时，所述砂-粘土混合衬垫的厚度≥20cm。

本发明还特别涉及一种上述的垃圾填埋场砂-粘土混合衬垫在垃圾填埋中的应用，预先在垃圾填埋场底部施工形成厚度大于等于20cm的所述砂-粘土衬垫，再填埋垃圾。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明垃圾填埋场砂-粘土混合衬垫，为砂土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，通过严格控制粘土衬垫的孔隙率以及砂土与伊利石粘土的比例，取得了意想不到的效果：砂-粘土衬垫具有较小的的收缩势，避免衬垫干燥产生裂隙，并且会产生较小的渗透系数（k）和较大的起始水力梯度（i ₀），从而可以阻挡污染物渗沥液的渗透。

本发明涉及一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，砂-粘土衬垫为砂土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，孔隙率≤35%；所述砂土的质量与所述砂土和所述伊利石粘土总量的百分比为X，10≤X＜50%；所述伊利石粘土的质量与所述砂土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y，50＜Y≤90%。通过严格控制砂-粘土衬垫的孔隙率以及砂土与伊利石粘土的比例，这样产生了意想不到的效果：砂-粘土衬垫具有较小的的收缩势，避免衬垫干燥产生裂隙，并且会产生较小的渗透系数（k）和较大的起始水力梯度（i ₀），从而可以阻挡污染物渗沥液的渗透。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明通过黏土中加砂可以很好的解决衬垫干燥产生裂隙的问题，黏土中加砂可以改良衬垫的收缩势，从而避免砂-黏土衬垫在干燥条件下失水开裂。（2）填埋场产生高渗沥液水位在中国已普遍存在，衬垫产生起始水力梯度的特性很少被应用在填埋场防渗工程中，通过黏土中加砂，发现存在最优添加量，此时砂-黏土渗透系数最小起始水力梯度最大，可以很好的阻滞高水位渗沥液污染地下环境。（3）通过严格控制砂-粘土衬垫的孔隙率以及砂土与伊利石粘土的比例，可以同时达到抗裂和防渗的特殊效果。

附图说明

附图1为本发明垃圾填埋场砂-粘土衬垫中含有不同比例的伊利石粘土时具备的不同起始水力梯度和渗透系数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明垃用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，它为砂土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，它的孔隙率≤35%；所述砂土的质量占所述砂土和所述伊利石粘土总质量的百分比为X，10≤X＜50%；所述伊利石粘土的质量占所述砂土和所述伊利石粘土总质量的百分比为Y，50＜Y≤90%。通过严格控制砂-粘土衬垫的孔隙率以及砂土、伊利石粘土的比例，这样产生了意想不到的效果：砂-粘土衬垫具有较小的的收缩势，避免衬垫干燥产生裂隙，并且会产生较小的渗透系数（k）和较大的起始水力梯度（i ₀），从而可以阻挡污染物渗沥液的渗透；而垃圾填埋场底部砂-黏土混合衬垫的水力梯度i小于其起始水力梯度i ₀时，可完全阻挡水污染物渗沥液的渗透。其中，水的质量占所述砂和所述伊利石粘土总量的百分比为15~24%。所述砂土中优选包含以下粒径分布：细砂粒 25~30%、中砂粒 5~10%、粗砂粒55~60%、细砾粒5-10%。所述伊利石粘土中优选包含以下粒径分布，粘粒 7~10%、粉粒 90~93%；伊利石粘土中含以下矿物成分，高岭石10~15%、伊利石50~60%、蒙脱石10~15%、石英15~20%。采用上述砂土和伊利石粘土制得的砂-粘土衬垫阻挡污染物渗沥液渗透的效果最好。

其中，所述X优选为10~50%，所述Y优选为50~90%，此时的起始水力梯度i ₀大于12；而当X优选为30%，Y优选为70%时，垃圾填埋场砂-粘土衬垫的起始水力梯度可达60，垃圾填埋场砂-粘土混合衬垫渗透系数达到最小，起始水力梯度i ₀达到最大（如图1所示），此时当垃圾填埋场砂-粘土混合衬垫的水力梯度i小于i ₀时，可完全阻挡水的渗入。垃圾填埋场砂-粘土混合衬垫的孔隙率≤35%，有效孔隙率≤25%，由于砂和伊利石粘土混合，一方面通过改变粒径级配，黏土可以填充砂土中的孔隙，改变砂-黏土混合土的孔隙率，另一方面伊利石黏土中具有一定的结合水，结合水在渗透过程中很难发生剪切流动，因此有效孔隙率为总孔隙率减去结合水对应的孔隙率。而考虑到我国最高渗沥液水位一般≤12m，上述垃圾填埋场砂-粘土混合衬垫的厚度需要确保≥20cm，这样才能确保完全阻挡水的渗入。

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

实施例1

本实施例提供一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，由砂土和伊利石粘土加适量的水混合搅拌均匀，并压实而成。砂土粒径分布：细砂粒 25~30%、中砂粒 5~10%、粗砂粒 55~60%、细砾粒 5-10%，细砂粒的粒径为0.075mm-0.25mm，中砂粒的粒径为0.25mm-0.5mm，粗砂粒的粒径为0.5mm-2mm，细砾粒的粒径为2mm-20mm。伊利石粘土是以伊利石为主的粘土，粒径分布为：粘粒 7~10%、粉粒 90~93%，粘粒的粒径小于0.005mm，粉粒的粒径为0.005mm-0.075mm；伊利石粘土具体矿物成份为：11wt%高岭石、58wt%伊利石、12wt%蒙脱石和19wt%石英，该粘土经过晒干、粉碎、筛选处理而获得粒径小于1mm的颗粒（测得该粘土最优含水率为18.80wt%）。将砂土与伊利石粘土按照不同质量比例进行混合（定义伊利石粘土的质量占所述砂土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y），具体伊利石粘土的添加量分别为30%、50%、70%、80%、90%。

在本实施例中，采用上述比例的砂-黏土加水混合后经过普通压实形成厚度为4cm的砂-粘土实验衬垫，并进行抽真空包和，饱和后试样饱和度可达98%以上，饱和后置于柔性壁渗透仪中进行渗透试验，渗透液采用去离子水，假定实验条件为：填埋场底部衬垫上方垃圾体为20m、垃圾密度为1g/cm3、则围压设置为200kPa，测得的渗透系数、起始水力梯度i ₀如图1所示（图1中横坐标指伊利石黏土添加质量百分含量；纵坐标分别为砂-粘土衬垫的渗透系数和起始水力梯度）；而其中加入水的质量占干配料质量（干配料质量为砂土和伊利石粘土的质量之和）的22%。图1中，随着伊利石粘土添加量的增加，渗透系数先逐渐减小后略微增加，但都满足《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》（CJ113-2007）规定的k≤1.0×10^-7cm/s；

当砂-粘土混合试样中伊利石粘土添加量≥50%时，起始水力梯度i ₀开始出现，并且起始水力梯度i ₀随着伊利石粘土添加量的增加而增大，当伊利石粘土添加量达到70%时，渗透系数达到最小，起始水力梯度达到最大，此时，孔隙率为35%，有效孔隙率为25%（由于结合水很难发生渗透，因此，用总孔隙率减去结合水对应的孔隙率，即为有效孔隙率），随后随着伊利石粘土添加量的增加而减小。

由于我国真实填埋场导排层容易发生堵塞，导致渗沥液水位壅高，即最高渗沥液水位可达10~12m的情况，可以采用本实施例中混合比例为70wt%伊利石粘土和30wt%砂土组成的防渗衬垫，对应砂-粘土层孔隙率≤35%，有效孔隙率≤25%，铺设厚度为20cm时即可形成完全不透水的防渗衬垫。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，包括砂-粘土混合衬垫，其特征在于：所述砂-粘土混合衬垫由砂土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成；所述砂土的质量大于或等于砂土和伊利石粘土总质量的10%，且小于砂土和伊利石粘土总质量的50%，所述伊利石粘土的质量大于砂土和伊利石粘土总质量的50%，且小于或等于砂土和伊利石粘土总质量的90%；所述水的质量为砂土和所述伊利石粘土总质量的15~24%。

2. 根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：所述砂土中包含细砂粒 25~30%、中砂粒 5~10%、粗砂粒 55~60%、细砾粒 5-10%，其中，细砂粒的粒径为0.075mm-0.25mm，中砂粒的粒径为0.25mm-0.5mm，粗砂粒的粒径为0.5mm-2mm，细砾粒的粒径为2mm-20mm。

3. 根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：所述伊利石粘土中包含粘粒 7~10%、粉粒 90~93%，其中，粘粒的粒径小于0.005mm，粉粒的粒径为0.005mm-0.075mm 。

4.根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：所述伊利石粘土中包含下矿物成分，高岭石10~15%、伊利石50~60%、蒙脱石10~15%、石英15~20%。

5.根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：当砂土的质量为砂土和伊利石粘土总质量的30%，伊利石粘土的质量为砂土和伊利石粘土总质量的70%时，水的质量为砂土和伊利石粘土总质量20%。

6.根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：所述砂-粘土混合衬垫的孔隙率小于或等于35%，有效孔隙率小于或等于25%。

7.根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：使用时，当渗沥液水位小于或等于12m时，所述砂-粘土混合衬垫的厚度大于或等于20cm。

8.根据权利要求1所述的一种用于垃圾填埋场底部防渗抗裂的砂-粘土混合衬垫，其特征在于：使用时，预先在垃圾填埋场底部施工铺设厚度大于或等于20cm的砂-粘土混合衬垫，再填埋垃圾。