CN111320444A - 一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料及制备方法 - Google Patents

一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料及制备方法。该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料主要由原位土、钠化改性膨润土、有机改性凹凸棒土、改性添加剂组成。该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中原位土70‑85%，钠化改性膨润土8‑12%，有机改性凹凸棒土5%‑8%，改性添加剂5%‑20%。改性添加剂的主体成分包括粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，其质量占比为90:10:10:1~90:30:30:1。该绝热抗开裂竖向阻隔屏障具备如下特性：针对高浓度的重金属和有机复合污染溶液仍保持较低渗透系数；具备良好的化学兼容性；提供半刚性强度，并具备一定韧性可抗开裂；同时提供保温绝热功能；主体材料均属于绿色和资源再利用材料。

Description

一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料及制备 方法
技术领域
本发明涉及一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料及制备方法，属于污染场地隔离控制技术领域。
背景技术
近年来，随着我国经济发展和产业布局调整，大批工业企业逐步关停或搬离城区，其中包括很多农药厂、化工厂等易产生高污染废弃物的企业，这些污染场地具备多污染物种类、高污染浓度、多污染场地的特性。由于企业对于污染废弃物处置不当，导致原场地土壤积累大量的高污染废弃物，产生刺激性有毒气体，侵入地下水，流入江河湖海，严重影响周边环境和人体健康。为保护地下水资源和周边土壤不会遭受污染场地的影响，国际上的通用做法通常需要在污染场地周边构建竖向阻隔屏障，防止其扩大污染，并且针对污染场地本身运用原位或异位修复技术，进而从源头上对污染物进行治理。
目前国际上和国内环保领域的竖向阻隔屏障主要包括以下几类：土-膨润土阻隔屏障；水泥-膨润土阻隔屏障；土-水泥-膨润土阻隔屏障；土工膜复合阻隔屏障等。这些竖向阻隔屏障存在一定的实际弊端：一是目前主流阻隔屏障仅能定向针对重金属或有机污染物进行阻控，在面对多种重金属与有机物且较高浓度的复合污染场地时，阻隔屏障在高浓度的复合污染地下水的侵蚀下，阻隔材料膨润土中的主要成分蒙脱石发生化学剥蚀，渗透系数大幅增加无法满足《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》和《污染场地修复技术目录(第一批)》提出的1*10-9m/s竖向隔离要求，使得阻隔屏障失效；二是主流竖向阻隔屏障强度存在偏高(＞500KPa)或偏低(＜10KPa)的情况，其中强度偏高时会造成场地修复完成后二次改造困难，强度偏低时会存在墙体在周边施工或外界荷载而开裂的情况，进而导致阻隔屏障失效；三是在对污染场地进行修复时，可能会采用热脱附等依托于高温热交换蒸发污染组分的方法，主流竖向阻隔屏障没有考虑温度场的影响，自身导热系数较高，不具备绝热保温性能(导热系数远大于0.12W/m·K)，造成热扩散与热消减，影响高温热脱附去除污染组分效果；四是传统竖向阻隔屏障在外界荷载(如基坑开挖等大型建筑施工活动)作用下，隔离屏障主体势必出现的大量裂缝，导致渗透系数降低2-3个数量级或者直接防渗失效；五是主流竖向阻隔屏障中的水泥在生产过程中会产生大量CO2温室气体与SO2、CO和粉尘等有害物质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，可以实现：(1)该屏障具备较好的化学相容性，在高浓度的重金属和有机复合污染溶液的侵蚀下，仍可维持渗透系数小于1*10-9m/s竖向隔离要求；(2)属于半刚性阻隔屏障；(3)具备一定的保温绝热功能(导热系数较小)；(4)有一定的韧性，可以抗开裂；(5)材料应选用工业副产品/废料，降低阻隔屏障材料在生产过程中对于环境的污染与能耗。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其中原位土70-85％，钠化改性膨润土8-12％，有机改性凹凸棒土5％-8％，改性添加剂5％-20％。
进一步的，改性添加剂的主体成分包括粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维，其质量占比为90:10:10:1～90:30:30:1。
进一步的，钠化改性膨润土粒径小于0.002mm，液限不小于100％，阳离子交换量不小于75meq/100g。
进一步的，有机改性凹凸棒土，粒径小于75um，阳离子交换量不小于45meq/100g，比表面积不小于450m2/g。
进一步的，纳米零价铁粉粒径小于100nm，铁粉含量高于99％；所述的活性氧化镁的活性在90s-100s，纯氧化镁的含量不小于75％；所述的玄武岩纤维工程长度在6-15mm，单丝公称直径9-15um，拉伸强度≥1050MPa，弹性模量≥34GPa，断裂伸长率≤3.1％，单丝断裂强度保留率≥75％。
上述针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料的制备方法，包括下列步骤：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；对该悬浊液在30-35℃下搅拌12-24h得到2次悬浊液；在2次悬浊液基础上反复离心分离，对残留物用蒸馏水多次洗涤获得固体产物；烘干固体产物，研磨，得到200目以上的有机改性凹凸棒土，在烘箱内备用；
步骤2)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，加入适量的蒸馏水，搅拌均匀，得到泥浆样；
步骤3)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1～90:30:30:1混合，获得改性添加剂；
步骤4)将改性添加剂加入原位土中，搅拌均匀，形成复合原位土干粉；
步骤5)将复合原位土干粉加入到步骤2)制成的泥浆样中，混合均匀，得到所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
本发明有以下积极的效果：
一、本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，具备针对高浓度的重金属和有机复合污染物下，保持较低渗透性与较好化学相容性的特性。本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，不论是针对高浓度下重金属污染物或者有机污染物，仍可维持渗透系数小于1*10-9m/s竖向隔离要求，保证竖向隔离屏障的功能特性，使用年限大幅上升，针对多价重金属与卤代烃的复合污染场地的效果尤其突出。
二、本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，能够保证抗压强度在200kPa左右，维持半刚性状态。在针对周边防渗区域出现施工或者部分外加荷载时，本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料自身存在一定的强度，降低外部荷载对自身防渗性能产生的影响；本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料不会限制后续建筑、构筑物和地下空间的规划。
三、本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，具备较高的保温绝热功能。利于与热脱附等依托于高温热交换蒸发污染组分的方法相结合，减少热量散失，增强修复方法对于污染物的处理效果，并缩短处理时间，提高工程效率。
四、本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，自身具备一定的韧性。相较于传统竖向阻隔屏障，提升了自身的抗压强度、抗拉强度与抗弯强度，大大减少自身由于外界荷载或干湿循环而产生裂缝的数量和开口大小，增强了材料在使用时期的防渗性能，并且提升屏障服役年限。
五、本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，属于绿色和资源再利用材料，其中主体材料无论是在生产还是使用过程中，都属于无毒无害状态，属于绿色材料；粒化高炉矿渣微粉属于工业副产品/废料，并且没有像传统竖向隔离屏障运用水泥等会给环境带来污染与影响的材料，自身属于环境友好型材料。
六、本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，制备方法简易，对生产设备要求低，易推广与使用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
在本发明的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料制备方法中，主要步骤具体如下：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；对该悬浊液在30-35℃下搅拌12-24h得到2次悬浊液；在2次悬浊液基础上反复离心分离，对残留物用蒸馏水多次洗涤获得固体产物；烘干固体产物，研磨，得到200目以上的有机改性凹凸棒土，在烘箱内备用。
详言之，
①将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
②将①制成的悬浊液于30-35℃下恒温，使用电动搅拌机，转速保持在200-500r/min，持续搅拌12-24h，制得悬浊液；
③将②制成的悬浊液以2000-4000r/min的转速离心30-60min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作后得到固体产物；
④将③获得的固体产物放置于105℃下烘干至少12小时，得到样品；
⑤将④烘干后的样品研磨至200目以上，后放置于60-80℃的烘箱内备用，得到有机改性凹凸棒土。
步骤2)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，加入适量的蒸馏水，搅拌均匀，得到泥浆样。
详言之，
将上述处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并运用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200-500r/min的转速，拌和5-10min，获得固体产物；
在上述获得的固体产物拌和后加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌，转速保持1000～4000r/min的转速，拌和30-60min；
在电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样。
步骤3)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1～90:30:30:1混合，获得改性添加剂。
步骤4)将改性添加剂加入原位土中，搅拌均匀，形成复合原位土干粉。
详言之，
将改性添加剂加入原位土中，运用电动搅拌器保持200-500r/min的转速，拌和5-10min，形成复合原位土干粉。
步骤5)将复合原位土干粉加入到步骤2)制成的泥浆样中，混合均匀，得到所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
详言之，
将上述制成的复合原位土干粉加入步骤2)制成的泥浆样中，运用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200-500r/min，拌和5-10min，最终得出本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
最终得出的本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，各主体材料质量占比如下：原位土70-85％，钠化改性膨润土8-12％，有机改性凹凸棒土5％-8％，改性添加剂5％-20％。改性添加剂的主体成分包括粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，其质量占比为90:10:10:1～90:30:30:1。
其中：
钠化改性钙基膨润土粒径小于0.002mm，液限不小于100％，阳离子交换量不小于75meq/100g；
有机改性凹凸棒土，利用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对凹凸棒土进行改性，十六烷基三甲基溴化铵与凹凸棒土的质量比为1:9，粒径小于75um，阳离子交换量不小于45meq/100g，比表面积不小于450m2/g；
纳米零价铁粉直径小于100nm，铁粉含量高于99％；
活性氧化镁的活性在90s-100s，纯氧化镁的含量不小于75％；
短切玄武岩纤维工程长度在6-15mm，单丝公称直径9-15um，拉伸强度≥1050MPa，弹性模量≥34GPa，断裂伸长率≤3.1％，单丝断裂强度保留率≥75％。
下面的实施例只是用于详细说明本发明，并不以任何方式限制发明的保护范围。
实施例1：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于30℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持200r/min，持续搅拌12h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以2000r/min的转速离心30min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作3次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干12小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至200目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于60℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持1000r/min的转速，拌和30min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:30:30:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持200r/min的转速，拌和5min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比80％，钠化改性膨润土10％，有机改性凹凸棒土质量占比5％，改性添加剂质量占比5％，本次得出的材料命名为“新型A”。
实施例2：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于35℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持500r/min，持续搅拌24h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以4000r/min的转速离心60min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作6次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干24小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至300目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于80℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持4000r/min的转速，拌和60min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:30:30:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持500r/min的转速，拌和5-10min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比80％，钠化改性膨润土10％，有机改性凹凸棒土质量占比5％，改性添加剂质量占比5％，本次得出的材料命名为“新型B”。
实施例3：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于30℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持200r/min，持续搅拌12h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以2000r/min的转速离心30min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作3次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干12小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至200目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于60℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持1000r/min的转速，拌和30min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持200r/min的转速，拌和5min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比80％，钠化改性膨润土10％，有机改性凹凸棒土质量占比5％，改性添加剂质量占比5％，本次得出的材料命名为“新型C”。
实施例4：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于35℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持500r/min，持续搅拌24h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以4000r/min的转速离心60min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作6次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干24小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至300目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于80℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持4000r/min的转速，拌和60min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持500r/min的转速，拌和5-10min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比80％，钠化改性膨润土10％，有机改性凹凸棒土质量占比5％，改性添加剂质量占比5％，本次得出的材料命名为“新型D”。
实施例5：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于30℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持200r/min，持续搅拌12h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以2000r/min的转速离心30min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作3次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干12小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至200目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于60℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持1000r/min的转速，拌和30min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:30:30:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持200r/min的转速，拌和5min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比70％，钠化改性膨润土12％，有机改性凹凸棒土质量占比8％，改性添加剂质量占比10％，本次得出的材料命名为“新型E”。
实施例6：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于35℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持500r/min，持续搅拌24h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以4000r/min的转速离心60min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作6次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干24小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至300目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于80℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持4000r/min的转速，拌和60min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:30:30:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持500r/min的转速，拌和5-10min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比70％，钠化改性膨润土12％，有机改性凹凸棒土质量占比8％，改性添加剂质量占比10％，本次得出的材料命名为“新型F”。
实施例7：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于30℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持200r/min，持续搅拌12h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以2000r/min的转速离心30min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作3次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干12小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至200目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于60℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持1000r/min的转速，拌和30min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持200r/min的转速，拌和5min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为200r/min，拌和5min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比70％，钠化改性膨润土12％，有机改性凹凸棒土质量占比8％，改性添加剂质量占比10％，本次得出的材料命名为“新型G”。
实施例8：
步骤1)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；
步骤2)将步骤1)制成的悬浊液于35℃下恒温，运用电动搅拌机，转速保持500r/min，持续搅拌24h，制得悬浊液；
步骤3)将步骤2)制成的悬浊液以4000r/min的转速离心60min，倒出上清液，残余物用蒸馏水洗涤，随后再次离心分离，反复此项操作6次后，获得固体产物；
步骤4)将步骤3)获得的固体产物放置于105℃下烘干24小时，得到样品；
步骤5)将步骤4)烘干后的样品研磨至300目，得到有机改性凹凸棒土，后放置于80℃的烘箱内备用；
步骤6)将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，并使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到固体产物；
步骤7)在步骤6)获得固体产物中加入同等质量的蒸馏水，运用电动搅拌机充分搅拌转速保持4000r/min的转速，拌和60min，获得泥浆样；
步骤8)在步骤7)电动搅拌机充分搅拌的过程中，根据泥浆样粘度适当添水，制成有机改性凹凸棒土和钠化改性膨润土的泥浆样；
步骤9)将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1混合均匀，得到改性添加剂，
将改性添加剂加入原位土中，使用电动搅拌器，保持500r/min的转速，拌和5-10min，形成复合原位土干粉；
步骤10)将步骤9)制成的复合原位土干粉加入步骤8)制成的泥浆样中，使用电动搅拌器进行搅拌，转速设定为500r/min，拌和10min，得到绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料中，原位土质量占比70％，钠化改性膨润土12％，有机改性凹凸棒土质量占比8％，改性添加剂质量占比10％，本次得出的材料命名为“新型H”。
对照例：
为直观对比传统型竖向阻隔屏障和本发明的绝热抗开裂竖向阻隔屏障的各项指标，更清晰地明确绝热抗开裂竖向阻隔屏障的优点，故设立传统土-膨润土竖向隔离墙的对照案例，并按照通用施工质量占比，其中原位土质量占比为85％，膨润土质量占比为15％。本次得出的材料命名为“对照S”。
表1原位土物理性质
Figure BDA0002393880750000121
表2膨润土物理性质指标
Figure BDA0002393880750000122
Figure BDA0002393880750000131
为全方位模拟现场阻隔性能测试，故选取江苏盐城某化工工厂污染场地作为实验对象，其污染物为高浓度的重金属及有机物复合污染场地其中具体的污染物浓度见表3，该表只罗列了部分污染物，还有一些微量、危害较小的重金属和有机物没有阐明。
表3江苏盐城某化工工厂污染场地具体污染物浓度情况
测定污染物 平均样品数 浸出浓度(mg/kg)
锌 3 518.1-725.2
铜 4 264.2-449.3
镉 3 0.73-1.21
铅 3 12.6–16.2
砷 4 47.52–92.36
甲苯 3 24.4-26.8
1,2-二氯苯 3 13.2-18.9
三氯乙烯 2 0.52-0.98
渗透系数测试：
渗透系数测试采用改进滤失实验进行测试，滤失液选用表3的现场污染液，具体测试结果如表4。其中，根据我国《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》和《污染场地修复技术目录(第一批)》提出了竖向隔离墙的渗透系数需要小于1*10-9m/s要求。
表4渗透系数测试结果
实施例 渗透系数(m/s)
对照例S 5.8×10<sup>-8</sup>
新型A 7.5×10<sup>-10</sup>
新型B 7.3×10<sup>-10</sup>
新型C 6.3×10<sup>-10</sup>
新型D 5.9×10<sup>-10</sup>
新型E 2.9×10<sup>-10</sup>
新型F 2.8×10<sup>-10</sup>
新型G 1.7×10<sup>-10</sup>
新型H 1.5×10<sup>-10</sup>
污染物去除率测试：
本绝热抗开裂竖向阻隔屏障针对重金属与有机物有良好的阻隔与去除特性，通过测试通过阻隔渗出的液体的重金属及有机物含量，并与原溶液中重金属1及有机物的含量进行对比，即可直观看出绝热抗开裂竖向阻隔屏障实际对污染物的去除率，并与传统竖向阻隔屏障形成对比。由于本试验中选用的污染液中污染组分过于复杂，故选择对人体和周边环境影响最大的污染物种类作为代表，分别是重金属污染物镉，有机污染物1,2-二氯苯具体见表5。
表5污染物去除率测试结果
Figure BDA0002393880750000141
Figure BDA0002393880750000151
强度测试：
强度测试采用实施案例养护28天后的无侧限抗压强度测试，具体各案例强度见表6。
表6强度测试结果
实施例 无侧限抗压强度(kPa)
对照例S 8.9
新型A 132.7
新型B 135.5
新型C 128.9
新型D 130.1
新型E 153.4
新型F 155.7
新型G 152.6
新型H 153.8
导热系数测试：
导热系数采用基于稳态法原理测试导热系数的美国耐驰公司的HFM436/3/1E仪器，对各实施案例进行定量评价，具体导热系数范围如下表。
表7导热系数测试结果
实施例 导热系数(W/m·K)
对照例S 1.890
新型A 0.956
新型B 0.961
新型C 0.977
新型D 0.980
新型E 0.524
新型F 0.531
新型G 0.547
新型H 0.555
由以上各种实验的结果可以表明，相较于传统的竖向隔离屏障，本发明的绝热抗开裂竖向阻隔屏障具备良好的阻隔各种高浓度的重金属与有机复合污染物的特性，其中对于多价金属和卤代烃的阻隔效果极佳，能完全满足国家规定的竖向隔离屏障渗透系数小于1*10-9m/s要求；并且本绝热抗开裂竖向阻隔屏障也有极强的针对重金属与有机复合污染物的截污效果，去除效率最高可达98.9％；本绝热抗开裂竖向阻隔屏障自身属于半刚性材料，具备一定的抗压强度，强度远远大于传统竖向隔离屏障的强度，能接受一定的外界荷载，并且具备抗开裂的特性；同时本绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料相较于传统竖向隔离屏障，具备极好的绝热特性。
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其特征在于：其中原位土70-85%，钠化改性膨润土8-12%，有机改性凹凸棒土5%-8%，改性添加剂5%-20%。
2.根据权利要求1所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其特征在于：所述的改性添加剂的主体成分包括粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，其质量占比为90:10:10:1~90:30:30:1。
3.根据权利要求1所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其特征在于：所述的钠化改性膨润土粒径小于0.002 mm，液限不小于100%，阳离子交换量不小于75meq/100g。
4.根据权利要求1所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其特征在于：所述的有机改性凹凸棒土，粒径小于75um，阳离子交换量不小于45meq/100g，比表面积不小于450m2/g。
5.根据权利要求4所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其特征在于：所述的有机改性凹凸棒土是利用十六烷基三甲基溴化铵对凹凸棒土进行改性，十六烷基三甲基溴化铵与凹凸棒土的质量比为1:9。
6.根据权利要求2所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料，其特征在于：所述的纳米零价铁粉粒径小于100nm，铁粉含量高于99%；所述的活性氧化镁的活性在90s-100s，纯氧化镁的含量不小于75%；所述的玄武岩纤维工程长度在6-15mm，单丝公称直径9-15um，拉伸强度≥1050MPa，弹性模量≥34GPa，断裂伸长率≤3.1%，单丝断裂强度保留率≥75%。
7.根据权利要求1所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料的制备方法，包括下列步骤：
步骤1）将十六烷基三甲基溴化铵溶解于蒸馏水中，加入凹凸棒土，保持两者质量比为1:9，制得悬浊液；对该悬浊液在30-35℃下搅拌12-24h得到2次悬浊液；在2次悬浊液基础上反复离心分离，对残留物用蒸馏水多次洗涤获得固体产物；烘干固体产物，研磨，得到200目以上的有机改性凹凸棒土，在烘箱内备用；
步骤2）将处理好后的有机改性凹凸棒土加入钠化改性膨润土中，加入适量的蒸馏水，搅拌均匀，得到泥浆样；
步骤3）将粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁，按质量占比90:10:10:1~90:30:30:1混合均匀，获得改性添加剂；
步骤4）将改性添加剂加入原位土中，搅拌均匀，形成复合原位土干粉；
步骤5）将复合原位土干粉加入到步骤2）制成的泥浆样中，搅拌均匀，得到所述的针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料。
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