CN111732396A - 一种碱激发垂直防渗材料及制备方法 - Google Patents

一种碱激发垂直防渗材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱激发垂直防渗材料及制备方法，属于环境工程技术领域。所述碱激发垂直防渗材料，成分组成按质量百分比为：石英砂为70‑74％，活性淤泥灰为16‑20％，膨润土为1‑3％，MgO为1‑3％。本发明碱激发垂直防渗材料及制备方法具有一定强度，低渗透性及良好的化学相容性，并且以固体废弃物为主要原料，无污染，成本低，效果优于以水泥为主的防渗材料，实现资源化利用。

Description

一种碱激发垂直防渗材料及制备方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及一种碱激发垂直防渗材料及制备方法。
背景技术
随着我国工业化和城镇化水平不断提高，人口剧增，导致污染物大量排放，致使我国土壤与地下水污染严重，严重威胁城市环境安全，我国现有的工业污染场地近百万个，严重威胁周边地下水环境安全，土壤与地下水污染风险管控与修复治理，是国家可持续发展的战略性举措，已经成为国家环境整治工程的重点之一。为了保护地下水土资源不受垃圾填埋场和污染场地潜在污染的影响，通常需要在垃圾填埋场与污染场地的四周构建竖向防污阻隔屏障。
现有技术中一般采用水泥-膨润土防渗材料，虽然水泥-膨润土防渗材料可以提供一定的强度，但水泥-膨润土防渗材料有吸附能力差、防渗性能差、二氧化碳排放量大，服务年限短等弊端，水泥作为原材料有许多不足，水泥生产耗能高，大气污染物排放大，高浓度的重金属或有机污染物会抑制水泥水化反应，导致水化产物发育不良且数量少。
发明内容
本发明提供一种碱激发垂直防渗材料及制备方法，解决了或部分解决了现有技术中水泥-膨润土防渗材料有吸附能力差、防渗性能差、二氧化碳排放量大，服务年限短的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种碱激发垂直防渗材料，成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％。
基于相同的发明构思，本申请还提供一种碱激发垂直防渗材料的制备方法，包括以下步骤：获取石英砂；获取活性淤泥灰；获取膨润土；获取MgO；将所述石英砂为、活性淤泥灰、膨润土及MgO混合搅拌均匀形成碱激发垂直防渗材料，所述碱激发垂直防渗材料成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％。
进一步地，所述获取活性淤泥灰包括：将疏浚淤泥进行烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰；将淤泥灰高温煅烧，得到活性淤泥灰。
进一步地，所述疏浚淤泥的烘干温度为60-70℃。
进一步地，所述淤泥灰的煅烧温度为550-600℃。
进一步地，所述淤泥灰在煅烧过程中升温速率为25-30℃/min。
进一步地，所述获取膨润土包括：将所述膨润土在60-65℃的条件下烘干，经球磨并过100目筛。
进一步地，所述MgO的纯度大于98％。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于碱激发垂直防渗材料成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％，所以，活性淤泥灰含有硅铝成分，具有碱激发的潜质，MgO加入活性淤泥灰中可生形成水化产物水化硅酸镁M-S-H，膨润土遇水膨胀填补孔隙，使混合料结构更致密，并与水化反应生成物继续反应，最终生成C-S-H和C-A-H胶体，从而增加各颗粒之间连结性，使碱激发垂直防渗材料具有一定强度，低渗透性及良好的化学相容性，并且以固体废弃物为主要原料，无污染，成本低，效果优于以水泥为主的防渗材料，实现资源化利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的碱激发垂直防渗材料制备方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种碱激发垂直防渗材料，成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％。
本申请具体实施方式由于碱激发垂直防渗材料成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％，所以，活性淤泥灰含有硅铝成分，具有碱激发的潜质，MgO加入活性淤泥灰中可生形成水化产物水化硅酸镁M-S-H，膨润土遇水膨胀填补孔隙，使混合料结构更致密，并与水化反应生成物继续反应，最终生成C-S-H和C-A-H胶体，从而增加各颗粒之间连结性，使碱激发垂直防渗材料具有一定强度，低渗透性及良好的化学相容性，并且以固体废弃物为主要原料，无污染，成本低，效果优于以水泥为主的防渗材料，实现资源化利用。
参见图1，基于相同的发明构思，本申请还提供一种如碱激发垂直防渗材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，获取石英砂。
步骤2，获取活性淤泥灰。
步骤3，获取膨润土。
步骤4，获取MgO。
步骤5，将所述石英砂为、活性淤泥灰、膨润土及MgO混合搅拌均匀形成碱激发垂直防渗材料，所述碱激发垂直防渗材料成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％。
本申请获取石英砂，获取活性淤泥灰，获取膨润土，获取MgO，将所述石英砂为、活性淤泥灰、膨润土及MgO混合搅拌均匀形成碱激发垂直防渗材料，所述碱激发垂直防渗材料成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％，所以，在搅拌过程中，MgO加入活性淤泥灰中可生形成水化产物水化硅酸镁M-S-H，水化反应过程中的Ca2+与膨润土表面的负电荷结合，同时由于Ca2+与Na+之间离子交换作用使膨润土晶层间距减小，释放出结合水，膨润土及淤泥灰中的SiO2和AL2O3与OH-进一步发生反应，最终生成C-S-H和C-A-H胶体，从而增加各颗粒之间连结性，采用固体废弃物为主要原料，利用固体废弃物本身性质和各材料相互间的活性激发达到了防渗效果，具有无二次污染、成本低廉、制备方便及资源利用率高的特点。
详细介绍步骤2。
获取活性淤泥灰包括：将疏浚淤泥进行烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰；将淤泥灰高温煅烧，得到活性淤泥灰。
疏浚淤泥的烘干温度为60-70℃，淤泥灰的煅烧温度为550-600℃，淤泥灰在煅烧过程中升温速率为25-30℃/min，保证获得的活性淤泥灰符合要求。
详细介绍步骤3。
获取膨润土包括：将膨润土在60-65℃的条件下烘干，经球磨并过100目筛，保证获得的膨润土符合要求。
详细介绍步骤4。
MgO的纯度大于98％，保证MgO加入淤泥灰中可生形成水化产物水化硅酸镁M-S-H。
为了更清楚介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
方法1
将疏浚淤泥在60℃条件下烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰，将淤泥灰600℃高温煅烧2h，煅烧过程中升温速率为25℃/min，得到活性淤泥灰，将膨润土在60℃条件下烘干，经球磨并过100目筛。分别取100g淤泥灰、400g石英砂、5g膨润土、10gMgO混合加水搅拌均匀至满足塌落度(100mm-150mm)形成碱激发防渗材料。
方法2
将疏浚淤泥在60℃条件下烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰，将淤泥灰600℃高温煅烧2h，煅烧过程中升温速率为25℃/min，得到活性淤泥灰，将膨润土在60℃条件下烘干，经球磨并过100目筛。分别取100g淤泥灰、400g石英砂、10g膨润土、10gMgO混合加水搅拌均匀至满足塌落度(100mm-150mm)形成碱激发防渗材料。
方法3
将疏浚淤泥在60℃条件下烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰，将淤泥灰600℃高温煅烧2h，煅烧过程中升温速率为25℃/min，得到活性淤泥灰，将膨润土在60℃条件下烘干，经球磨并过100目筛。分别取100g淤泥灰、400g石英砂、15g膨润土、10gMgO混合加水搅拌均匀至满足塌落度(100mm-150mm)形成碱激发防渗材料。
方法4
将疏浚淤泥在60℃条件下烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰，将淤泥灰600℃高温煅烧2h，煅烧过程中升温速率为25℃/min，得到活性淤泥灰，将膨润土在60℃条件下烘干，经球磨并过100目筛。分别取100g淤泥灰、400g石英砂、15g膨润土、15gMgO混合加水搅拌均匀至满足塌落度(100mm-150mm)形成碱激发防渗材料。
对比方法1
将膨润土在60℃条件下烘干，经球磨并过100目筛。分别取100g水泥、400g石英砂、5g膨润土混合加水搅拌均匀至满足塌落度(100mm-150mm)形成防渗材料。
对比方法2
将膨润土在60℃条件下烘干，经球磨并过100目筛。分别取100g水泥、400g石英砂、10g膨润土混合加水搅拌均匀至满足塌落度(100mm～150mm)形成防渗材料。
养护7d
无侧限抗压强度(kPa) 渗透系数(cm/s)
方法1 293 2.7×10<sup>-7</sup>
方法2 363 1.4×10<sup>-7</sup>
方法3 338 2.5×10<sup>-7</sup>
方法4 333 2.4×10<sup>-7</sup>
对比方法1 515 8.5×10<sup>-6</sup>
对比方法2 489 5.4×10<sup>-6</sup>
养护14d
无侧限抗压强度(kPa) 渗透系数(cm/s)
方法1 331 2.4×10<sup>-7</sup>
方法2 389 1.3×10<sup>-7</sup>
方法3 305 2.3×10<sup>-7</sup>
方法4 310 2.2×10<sup>-7</sup>
对比方法1 541 6.3×10<sup>-6</sup>
对比方法2 512 3.5×10<sup>-6</sup>
养护28d
无侧限抗压强度(kPa) 渗透系数(cm/s)
方法1 558 7.1×10<sup>-8</sup>
方法2 646 3.6×10<sup>-8</sup>
方法3 579 6.7×10<sup>-8</sup>
方法4 599 6.2×10<sup>-8</sup>
对比方法1 773 4.6×10<sup>-6</sup>
对比方法2 731 2.3×10<sup>-6</sup>
由表中可以看出，在养护28天下，相较于方法1、3、4，方法2有着更好的强度及低渗性；相较于对比方法2，方法2有着相近的强度及更好的低渗性，又由于材料本身为废弃物，达到了以废治废，资源化利用的目的。本发明提供了一种垂直防渗材料的制备方法及最优配比，该种材料有着相较于传统水泥垂直防渗材料更好的低渗性，有着满足于规范要求的强度，且无二次污染、成本低廉、制备方便、资源利用率高等优点。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种碱激发垂直防渗材料，其特征在于，成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％。
2.一种如权利要求1所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取石英砂；
获取活性淤泥灰；
获取膨润土；
获取MgO；
将所述石英砂为、活性淤泥灰、膨润土及MgO混合搅拌均匀形成碱激发垂直防渗材料，所述碱激发垂直防渗材料成分组成按质量百分比为：石英砂为70-74％，活性淤泥灰为16-20％，膨润土为1-3％，MgO为1-3％。
3.根据权利要求2所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于，所述获取活性淤泥灰包括：
将疏浚淤泥进行烘干，球磨、破碎处理后过200目筛，得到淤泥灰；
将淤泥灰高温煅烧，得到活性淤泥灰。
4.根据权利要求3所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于：
所述疏浚淤泥的烘干温度为60-70℃。
5.根据权利要求3所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于：
所述淤泥灰的煅烧温度为550-600℃。
6.根据权利要求3所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于：
所述淤泥灰在煅烧过程中升温速率为25-30℃/min。
7.根据权利要求2所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于，所述获取膨润土包括：
将所述膨润土在60-65℃的条件下烘干，经球磨并过100目筛。
8.根据权利要求2所述的碱激发垂直防渗材料的制备方法，其特征在于：
所述MgO的纯度大于98％。
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