CN107522459A - 一种海泥合成的油罐地坪防渗材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海泥合成的油罐地坪防渗材料及其制备方法，防渗材料至上而下依次为砂石层、有机胺改性后的海泥层和海泥层。有益效果为：顶部铺设砂石层防止水分蒸发；中部的有机胺改性后的海泥层，遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂；下部海泥层的渗透系数在1.0×10‑8cm/s以下，且不易开裂，开裂后2周内可重新生成低渗透性的凝胶状密封层，完成自动修复；与目前罐区地坪使用的防渗材料相比，该材料有很强的粘结强度，渗透系数小于1×10‑8cm/s；该材料在0~60℃之间性能稳定，具有一定的弹性，适应地坪区沉降；采用海泥为主要原料，成本低廉，沿海地区材料丰富且加工方便。

Description

一种海泥合成的油罐地坪防渗材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防渗材料技术领域，具体是一种海泥合成的油罐地坪防渗材料及其制备方法。
背景技术
罐基础至防火堤之间的地坪是原油罐区防渗的主要部位，面积上千平米，石油储罐的渗漏或泄露，会导致有机污染物进入土壤，进一步通过迁移污染地下水，从而威胁水环境和饮用水安全。
HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂 ，它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，耐环境应力开裂性亦较好，具有很好的防渗性能。但存在老化、施工过程中易机械破损等缺点，并且原油中的苯、甲苯容易对其造成腐蚀；粘性土遇油易缩水开裂、渗透系数增加。防渗层一旦遭受破坏，需要通过打孔、开挖等手段，然后进行修补，这样施工麻烦，增加了填埋场的运行和维护费用，且修补效果还存在着问题。同时粘土需求量太大，小型罐区还能解决来源问题，但对于大型罐区根本无法取得大量的天然粘土或膨润土，尤其对于海岛地区，运输成本高。刚性混凝土类防渗结构由于地基的沉降，容易开裂，修补困难。现有的常见防渗层普遍存在问题是一方面基底材料成本较高，另一方面防渗层受破坏后不能自我修复，而必须经过人工开挖和重建，从而耗费大量的人力和物力。
现有技术如授权公告号为CN 102690079 B的中国发明专利，公开了一种粘性防渗材料的制备方法及其用途。制备方法以粉煤灰 0-5 份、高岭土30-60 份、膨润土 40-80份、聚丙烯酸 1-3 份、聚丙烯酰胺0-3份、聚丙烯酸酯0-3份和十六烷基三甲基氯化铵 0-2份为原料，用重量计，经充分搅拌混合均匀后即得到防渗材料，密度为 1.15-1.20g/cm3。该粘性防渗材料防渗效果良好，但其自我修复效果不理想且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防渗效果优异，粘性好，吸水性强，不易开裂，自我修复速度快的海泥合成的油罐地坪防渗材料及其制备方法。
本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：一种海泥合成的油罐地坪防渗材料，至上而下依次为砂石层、有机胺改性后的海泥层和海泥层。顶部铺设砂石层防止水分蒸发；中部的有机胺改性后的海泥层，遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂；下部海泥层的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，且不易开裂，开裂后2周内可重新生成低渗透性的凝胶状密封层，完成自动修复。
作为优选，海泥层成分及其重量份为8~13份熟石灰、60~70份海泥、18~25份含二氧化硅和氧化铝的物质、2~8份硫酸钠和聚丙纤维0.01~0.03份。活性氧化物（SiO2、Al2O3）分别能与 Ca(OH)2在常温下起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙（C-S-H 或 CX-SY-HZ）和水化铝酸钙（C-Al-H 或C4AlH13），该反应速度缓慢，活化剂Na2SO4可明显加快上述反应速度。生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙与海泥反应生成低渗透性的凝胶状密封层，上述材料的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下。聚丙纤维加入海泥层后可明显提高海泥层防裂性能，防止石油通过裂痕渗透到地下水，造成污染。
作为优选，海泥和改性海泥中粒度小于5μm的颗粒含量高达60%以上，湿度为20~40%。粒度小，渗透系数小，保持一定湿度，防止海泥皲裂。
一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，包括防渗层海泥的制备、有机胺改性海泥的制备、防渗材料铺设。
作为优选，防渗层海泥的制备的步骤为在海泥中加入配方量熟石灰、含二氧化硅和氧化铝的物质、硫酸钠和聚丙纤维，搅拌充分反应，得到防渗层海泥。
作为优选，有机胺改性海泥的制备步骤为将海泥加入到有机胺溶液中，搅拌均匀，恒温放置2~5h，将海泥滤出，于110~140℃下干燥，直至海泥的重量不发生变化，得到改性海泥。改性海泥在遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂。
作为优选，海泥含水量为30~40%，海泥体积为有机胺溶液的50~70%；有机胺溶液与海泥的反应温度为80~100℃。上述条件制备的海泥改性率高，性质稳定。
作为优选，防渗材料铺设步骤为防渗材料采用“三明治”型防渗结构，最底层为1.0~2.0m 的海泥层，中间层为0.3~0.6m 的有机胺改性后的海泥层，最上层为0.8~1.5m的砂石层。三层材料组成“三明治”型防渗结构，渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，具有优异的防渗性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1）顶部铺设砂石层防止水分蒸发；中部的有机胺改性后的海泥层，遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂；下部海泥层的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，且不易开裂，开裂后2周内可重新生成低渗透性的凝胶状密封层，完成自动修复；2）与目前罐区地坪使用的防渗材料相比，该材料有很强的粘结强度，渗透系数小于1×10-8cm/s；该材料在0~60℃之间性能稳定，具有一定的弹性，适应地坪区沉降；3）采用海泥为主要原料，成本低廉，沿海地区材料丰富且加工方便。
具体实施例
下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：
一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，至上而下依次为砂石层、有机胺改性后的海泥层和海泥层。顶部铺设砂石层防止水分蒸发；中部的有机胺改性后的海泥层，遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂；下部海泥层的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，且不易开裂，开裂后2周内可重新生成低渗透性的凝胶状密封层，完成自动修复。
海泥层成分及其重量份为11份熟石灰、60份海泥、20份含二氧化硅和氧化铝的物质、6份硫酸钠和聚丙纤维0.02份。活性氧化物（SiO2、Al2O3）分别能与 Ca(OH)2在常温下起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙（C-S-H 或 CX-SY-HZ）和水化铝酸钙（C-Al-H 或C4AlH13），该反应速度缓慢，活化剂Na2SO4可明显加快上述反应速度。生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙与海泥反应生成低渗透性的凝胶状密封层，上述材料的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下。聚丙纤维加入海泥层后可明显提高海泥层防裂性能，防止石油通过裂痕渗透到地下水，造成污染。
有机胺改性后的海泥层的制备方法为将含水量36%的海泥加入到有机胺溶液中，海泥体积为有机胺溶液的55%，搅拌均匀。于90℃恒温放置3.4h，将海泥滤出，于120℃下干燥，直至海泥的重量不发生变化，得到改性海泥。改性海泥在遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂。
海泥和改性海泥中粒度小于5μm的颗粒含量高达60%以上，湿度为30%。粒度小，渗透系数小，保持一定湿度，防止海泥皲裂。
砂石层厚度为1m，有机胺改性后的海泥层厚度为0.5m，海泥层1.5m。三层材料组成“三明治”型防渗结构，渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，具有优异的防渗性能。
实施例2：
一种临港大型原油油罐地坪自修复防渗材料，至上而下依次为1m砂石层、0.5m有机胺改性后的海泥层和1.5m海泥层。海泥和改性海泥中粒度小于5μm的颗粒含量高达60%以上，湿度为30%。顶部铺设砂石层防止水分蒸发；中部的有机胺改性后的海泥层，遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂；下部海泥层的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，且不易开裂，开裂后2周内可重新生成低渗透性的凝胶状密封层，完成自动修复。
海泥层成分及其重量份为10份熟石灰、65份海泥、20份火山灰、6份硫酸钠和聚丙纤维（长度6mm）0.022份。活性氧化物（SiO2、Al2O3）分别能与 Ca(OH)2在常温下起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙（C-S-H 或 CX-SY-HZ）和水化铝酸钙（C-Al-H 或C4AlH13），该反应速度缓慢，活化剂Na2SO4可明显加快上述反应速度。生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙与海泥反应生成低渗透性的凝胶状密封层，上述材料的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下。聚丙纤维加入海泥层后可明显提高海泥层防裂性能，防止石油通过裂痕渗透到地下水，造成污染。其中，活化剂Na2SO4的作用原理为：
1）硫酸盐能迅速溶解于水，然后与石灰发生如下反应：
Na2SO4+Ca(OH)2 +2H2 O → CaSO4⋅ 2H2O ↓ +2NaOH
此反应使 pH 升高，加速火山灰质材料的溶解，从而加快早期火山灰反应。同时生成的石膏沉淀堵塞孔隙降低早期渗透性。随后，石膏沉淀有可能溶解则渗透系数会有增加；
2）由于生成的 CSH 凝胶包裹在火山灰质材料的颗粒上，使 Ca2+离子与溶解的SiO4 2-及AlO2-很难接触到，只能通过扩散作用继续反应，SiO4 2-的存在能和 AlO2-生成针尖状，棒状钙矾石，使 Ca2+离子通过空隙继续火山灰材质的水化作用；
3）SO4 2-能置换凝胶包裹层外侧 C-S-H 中的SiO4 2-，置换后的SiO4 2-继续和 Ca2+反应生成 C-S-H。
有机胺改性后的海泥层的制备方法为将含水量35%的海泥加入到有机胺溶液中，并加入0.002%的多肽，搅拌均匀。海泥体积为有机胺溶液的60%，多肽的氨基酸序列为TDHQMAQHSHACKLCVCVNCFCCGAAKCYLCRVLHPGKLCVCVNCSKQDNAYASAIPRDCHGGKTCEGICADHATATMDRYSDTGGPLSTARCVNAFHFYKRRGEENVSYKPFVVSWKYGVAGCFYTHCGPNFCCCIS。多肽在有机胺存在下，多肽对海泥进行络合改性，增强其疏水性能。于90℃恒温放置3h，将海泥滤出，于120℃下干燥，直至海泥的重量不发生变化，得到改性海泥。
实施例3：
一种临港大型原油油罐地坪自修复防渗材料，至上而下依次为0.9m砂石层、0.6m有机胺改性后的海泥层和1.4m海泥层。海泥和改性海泥中粒度小于5μm的颗粒含量高达60%以上，湿度为30%。顶部铺设砂石层防止水分蒸发；中部的有机胺改性后的海泥层，遇到泄露的油品不会失水，发生皱缩开裂；下部海泥层的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下，且不易开裂，开裂后2周内可重新生成低渗透性的凝胶状密封层，完成自动修复。
海泥层成分及其重量份为9份熟石灰、68份海泥、18份粉煤灰、6份硫酸钠和聚丙纤维（长度6mm）0.022份。活性氧化物（SiO2、Al2O3）分别能与 Ca(OH)2在常温下起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙（C-S-H 或 CX-SY-HZ）和水化铝酸钙（C-Al-H 或C4AlH13），该反应速度缓慢，活化剂Na2SO4可明显加快上述反应速度。生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙与海泥反应生成低渗透性的凝胶状密封层，上述材料的渗透系数在1.0×10-8cm/s以下。聚丙纤维加入海泥层后可明显提高海泥层防裂性能，防止石油通过裂痕渗透到地下水，造成污染。
有机胺改性后的海泥层的制备方法为将含水量32%的海泥加入到有机胺溶液中，海泥体积为有机胺溶液的70%，搅拌均匀。于90℃恒温放置3h，将海泥滤出，于120℃下干燥，直至海泥的重量不发生变化，得到改性海泥。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
SEQUENCE LISTING
<110> 浙江海洋大学
<120> 一种临港大型原油油罐地坪自修复防渗材料
<130> 1
<160> 1
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 138
<212> PRT
<213> 人工合成
<400> 1
Thr Asp His Gln Met Ala Gln His Ser His Ala Cys Lys Leu Cys Val
1 5 10 15
Cys Val Asn Cys Phe Cys Cys Gly Ala Ala Lys Cys Tyr Leu Cys Arg
20 25 30
Val Leu His Pro Gly Lys Leu Cys Val Cys Val Asn Cys Ser Lys Gln
35 40 45
Asp Asn Ala Tyr Ala Ser Ala Ile Pro Arg Asp Cys His Gly Gly Lys
50 55 60
Thr Cys Glu Gly Ile Cys Ala Asp His Ala Thr Ala Thr Met Asp Arg
65 70 75 80
Tyr Ser Asp Thr Gly Gly Pro Leu Ser Thr Ala Arg Cys Val Asn Ala
85 90 95
Phe His Phe Tyr Lys Arg Arg Gly Glu Glu Asn Val Ser Tyr Lys Pro
100 105 110
Phe Val Val Ser Trp Lys Tyr Gly Val Ala Gly Cys Phe Tyr Thr His
115 120 125
Cys Gly Pro Asn Phe Cys Cys Cys Ile Ser
130 135

Claims (9)

1.一种海泥合成的油罐地坪防渗材料，其特征在于：所述的防渗材料至上而下依次为砂石层、有机胺改性后的海泥层和海泥防渗层。
2.根据权利要求1所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料，其特征在于：所述的海泥层成分及其重量份为8~13份熟石灰、60~70份海泥、18~25份含二氧化硅和氧化铝的物质、2~8份硫酸钠和0.01~0.03份聚丙纤维。
3.根据权利要求2所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料，其特征在于：所述的含二氧化硅和氧化铝的物质包括火山灰或粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料，其特征在于：所述的防渗层海泥和改性海泥中粒度小于5μm的颗粒含量高达60%以上，湿度为20~40%。
5.一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，其特征在于包括防渗层海泥的制备、有机胺改性海泥的制备、防渗材料铺设。
6.根据权利要求5所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，其特征在于：所述的防渗层海泥的制备的步骤为在海泥中加入配方量熟石灰、含二氧化硅和氧化铝的物质、硫酸钠和聚丙纤维，搅拌充分反应，得到防渗层海泥。
7.根据权利要求5所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，其特征在于：所述的有机胺改性海泥的制备步骤为将海泥加入到有机胺溶液中，搅拌均匀，恒温放置2~5h，将海泥滤出，于110~140℃下干燥，直至海泥的重量不发生变化，得到改性海泥。
8.根据权利要求7所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，其特征在于：所述的海泥含水量为30~40%，海泥体积为有机胺溶液的50~70%；有机胺溶液与海泥的反应温度为80~100℃。
9.根据权利要求5所述的一种海泥合成的油罐地坪防渗材料的制备方法，其特征在于：所述的防渗材料铺设步骤为防渗材料采用“三明治”型防渗结构，最底层为1.0~2.0m 的海泥层，中间层为0.3~0.6m 的有机胺改性后的海泥层，最上层为0.8~1.5m的砂石层。
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