CN112341075A - 一种污染土壤表层阻隔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土壤修复领域，具体为一种污染土壤表层阻隔材料，具体是以胶凝剂、惰性填料、聚合物粉末或乳液、外加剂、水为原料，混合均匀后在基底上养护成膜形成的。本发明还提供了该污染土壤表层阻隔材料的制备方法，包括以下步骤：首先，将胶凝剂、惰性填料按一定质量比混合均匀，制成A组分；其次，将聚合物粉末或乳液、外加剂和水混合均匀，制成B组分；最后，将A组分缓慢加入到B组分中搅拌均匀，制成表层阻隔材料的均匀浆料，将浆料涂覆在基底上养护成膜，制得污染土壤表层阻隔材料。本发明的表层阻隔材料所用的铝污泥低廉易得，减少了水泥的使用量，降低了制备表层阻隔材料的成本，为铝污泥的处理方式提供了一条新的途径。

Description

一种污染土壤表层阻隔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种污染地块风险管控技术，属于土壤修复技术领域，具体涉及一种用于污染土 壤的表层阻隔材料及其制备方法。
背景技术
我国土壤生态环境保护形势依然严峻，历史遗留土地污染问题和不断涌现的新的土壤环境污 染问题急需解决。如不采取解决措施，土壤中的污染物如有机物可能会挥发到空气中污染空气， 或重金属和可溶性有机物等会随着地表雨水渗透到地下水而造成地下水的污染，从而会间接危害 人类健康。而可持续的风险管控是推动土壤污染防控的核心理论体系和技术方法，是确保土壤环 境管理的可操作和可实施的重要方法与支撑。土壤污染修复起步较早的发达国家在促进土壤环境 修复管理和产业发展中，就把历史遗留土壤污染修复与风险管控市场列为他们的管理阶段之中， 并且取得了一定的成效。可见土壤污染风险管控的重要性。对污染土壤风险管控的措施包括对污 染地块进行表层阻隔，阻隔的机理是：阻断土壤污染源与外界环境的接触(阻断污染物暴露途径)， 阻止地表雨水流经污染土壤而携带污染物到达地下水(控制污染物迁移)，从而达到降低或消除 污染物对人体健康和环境风险的目的。
CN102350440A公开了一种对轻度重金属污染的土壤实施稳定化阻隔的方法，其是在轻度重 金属污染的土壤之上，依次铺设药剂层、无纺布层、填料层、覆盖层，对污染因子进行有效的稳 定化阻隔。不足之处是总厚度较厚，成本较高，施工复杂，不利于后续对污染地块的完全治理。
CN108580533A公开了一种利用腐殖酸进行污染场地风险管控的方法和结构，其是主要由腐 殖酸构成的阻隔控制层，分为三层，从上向下依次是：(1)腐殖酸复合植物生长层，(2)中层腐 殖酸阻隔反应层，(3)底层腐殖酸阻隔层，以及其它辅助层，实现了污染场地的健康风险及环境 风险的管控。不足之处是总厚度较厚，成本较高，施工复杂，不利于后续对污染地块的完全治理。
CN103736720A公开了一种重金属污染土壤的原位阻隔治理方法，其污染地块顶部综合阻隔 层从下至上分别为：平衡层、土工布、防渗层、土工布、排水层和复垦层，不足之处是总厚度较 厚，成本较高，施工复杂，不利于后续对污染地块的完全治理。
此外，HDPE膜、聚氯乙烯膜、聚氨酯防水材料、沥青类防水材料等也都可达到表层阻隔的 目的，而且施工简单、对后续污染土壤的完全治理的影响较小，但是他们要么是抗风揭能力差、 不耐火，要么是含有挥发性的有毒气体。
综上所述，现有的可以作为污染地块风险防控的表层阻隔材料具有总厚度较厚，成本较高， 施工复杂、抗风揭能力差、不耐火，含有挥发性的有毒气体等缺点。因此，提供一种工艺简便易 操作，原材料易得，成本低，抗风揭能力好、耐火、环境友好、利于后续对污染地块完全治理的 表层阻隔材料刻不容缓。
发明内容
综上所述，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种污染土壤表层阻隔材料及其制 备方法，主要用于阻断土壤污染源与外界环境的接触，阻止地表雨水流经污染土壤而携带污染物 到达地下水。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种污染土壤表层阻隔材料，该表层阻隔材料是以胶凝剂、惰性填料、聚合物粉末或乳液、 外加剂、水为原料，混合均匀后在基底上养护成膜，即为表层阻隔材料。
作为优选，所述胶凝剂为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、白水泥中的一种。
作为优选，所述惰性填料为铝污泥、SiO2、滑石粉、高岭土中的一种或多种。
作为优选，所述聚合物粉末为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或丁苯橡胶粉(SBR)，所述聚合物 乳液为苯乙烯-丙烯酸酯乳液或聚丙烯酸酯乳液。
作为优选，所述外加剂包括消泡剂、成膜助剂、减水剂。其中，消泡剂为聚醚改性有机硅消 泡剂或有机硅消泡剂，成膜助剂为己二醇丁醚醋酸酯、醇酯-12、丙二醇乙醚中的一种，减水剂 为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁中的一种。
作为优选，所述基底为玻璃板、聚酯长丝土工布、膨润土防水毯、一布一膜复合土工膜中的 一种。
一种污染土壤表层阻隔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将胶凝剂、惰性填料按一定质量比混合均匀，制成A组分；
(2)将聚合物粉末或乳液、外加剂和水混合均匀，制成B组分；
(3)将A组分缓慢加入到B组分中搅拌均匀，制成表层阻隔材料的均匀浆料，将浆料涂覆 在基底上养护成膜，制得污染土壤表层阻隔材料。
作为优选，A组分中，所述胶凝剂为普通硅酸盐水泥，所述惰性填料为铝污泥、滑石粉、二 氧化硅的混合物，普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅的质量比为5-6:2-3:1:1。
作为优选，B组分中，聚合物粉末或乳液的用量为：其中的聚合物固体含量与水泥和铝污泥 总用量的重量比值为4:8，水的用量为：其与水泥和铝污泥总用量的重量比值为0.4。
作为优选，步骤(3)中涂覆总厚度为1.5±0.2mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的表层阻隔材料所用的铝污泥低廉易得，减少了水泥的使用量，降低了制备表层 阻隔材料的成本，为铝污泥的处理方式提供了一条新的途径。
2、本发明的表层阻隔材料具有耐火、抗风揭、环境友好的特点，其厚度较薄，减少了对后 期污染土壤完全治理的工程量。
3、本发明的表层阻隔材料可直接用在平整的土壤表面，不需要对土壤表面做硬化处理。
4、本发明的表层阻隔材料施工方便、操作简单、适用范围广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明，在B组分中，聚灰比指聚合物实际质量(即固体质量)与水泥和铝污泥总用量的质 量之比；同理，水灰比指水的用量(外加水和聚合物乳液中的水之和)与水泥和铝污泥总用量的 质量比值。消泡剂、成膜助剂、减水剂的用量为占聚合物固体质量的百分比。
对比例
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为 8:0:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在玻璃板上，涂覆间隔时间为16h，使试样总厚度达 到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后脱模。将脱模后的 试样反面向上在40±2℃干燥箱中干燥处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔 材料。
实施例1
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为 6:2:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在玻璃板上，涂覆间隔时间为16h，使试样总厚度达 到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后脱模。将脱模后的 试样反面向上在40±2℃干燥箱中干燥处理48h,取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔 材料。
实施例2
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为 5.5:2.5:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在玻璃板上，涂覆间隔时间为16h，使试样总厚度达 到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后脱模。将脱模后的 试样反面向上在40±2℃干燥箱中干燥处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔 材料。
实施例3
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为5:3:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在玻璃板上，涂覆间隔时间为16h，使试样总厚度达 到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后脱模。将脱模后的 试样反面向上在40±2℃干燥箱中干燥处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔 材料。
实施例4
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为 5.5:2.5:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在聚酯长丝土工布上，涂覆间隔时间为16h，使试样 总厚度达到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后在40±2℃ 干燥箱中干燥处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔材料。
实施例5
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为 5.5:2.5:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在膨润土防水毯上，涂覆间隔时间为16h，使试样总 厚度达到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后在40±2℃ 干燥箱中干燥处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔材料。
实施例6
本实施例的表层阻隔材料的制备方法，如下：
(1)依次称取普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅置于容器中，它们的质量比为 5.5:2.5:1:1，用转速为600r/min的搅拌机搅拌均匀，制成均匀的A组分，待用；
(2)按聚灰比为4:8称取聚合物粉末乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)溶于水中，其中水灰比为0.4 保持不变，在转速为800r/min的搅拌机下搅拌均匀，然后依次加入质量为0.85％聚醚改性有机硅、 1.11％己二醇丁醚醋酸酯、0.75％木质素磺酸钙，继续搅拌20min，制成均匀的B组分；
(3)将步骤(1)中混合均匀的A组分缓慢加入到步骤(2)中的B组分中，在600r/min的 转速下搅拌15min，制成表层阻隔材料的均匀浆料，待用；
(4)将步骤(3)中的浆料分三次涂覆在一布一膜土工布上，涂覆间隔时间为12-24h，使试 样总厚度达到1.5±0.2mm，于(23±2)℃、相对湿度(50±10)％条件下养护96h，然后在40±2℃ 干燥箱中干燥处理48h，取出后置于干燥器中冷却至室温，制得表层阻隔材料。
对实施例1-3污染土壤表层阻隔材料的性能进行考察，相关性能如表1所示。
表1对比例和实施例1-3污染土壤表层阻隔材料的性能
Figure BDA0002688660450000061
本发明表层阻隔材料主要是以拉伸强度、耐水性、不透水性为主，断裂伸长率为辅，相同实 验条件下，吸水率越低，材料的耐水性就越好。故从表1中可看出，实施例1、2和3的拉伸强 度、耐水性都比对比例中的好。此外，对比例和实施例1、2和3的试样在去离子水中浸水30d 后，对比例的试样发生了溶胀，同样表明其耐水性差。综上结果表明该表层阻隔材料中铝污泥可 以代替部分的水泥，铝污泥的使用不仅使水泥的使用量降低了，而且铝污泥也得到了利用，此外， 材料的性能也得到了提高。此表层阻隔材料适用于污染土壤表面做了混凝土等硬化处理的表面。
实施例4-6中的表层阻隔材料适用于未做硬化处理的污染土壤表面，其抗拉强度大，抗开裂 性能好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱 离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的 范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，该表层阻隔材料是以胶凝剂、惰性填料、聚合物粉末或乳液、外加剂、水为原料，混合均匀后在基底上养护成膜，即为表层阻隔材料。
2.根据权利要求1所述的污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，所述胶凝剂为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、白水泥中的一种。
3.根据权利要求1所述的污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，所述惰性填料为铝污泥、SiO2、滑石粉、高岭土中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，所述聚合物粉末为乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）或丁苯橡胶粉（SBR），所述聚合物乳液为苯乙烯-丙烯酸酯乳液或聚丙烯酸酯乳液。
5.根据权利要求1所述的污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，所述外加剂包括消泡剂、成膜助剂、减水剂。
6.根据权利要求5所述的污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂或有机硅消泡剂，成膜助剂为己二醇丁醚醋酸酯、醇酯-12、丙二醇乙醚中的一种，减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁中的一种。
7.根据权利要求1所述的污染土壤表层阻隔材料，其特征在于，所述基底为玻璃板、聚酯长丝土工布、膨润土防水毯、一布一膜复合土工膜中的一种。
8.一种污染土壤表层阻隔材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将胶凝剂、惰性填料按一定质量比混合均匀，制成A组分；
（2）将聚合物粉末或乳液、外加剂和水混合均匀，制成B组分；
（3）将A组分缓慢加入到B组分中搅拌均匀，制成表层阻隔材料的均匀浆料，将浆料涂覆在基底上养护成膜，制得污染土壤表层阻隔材料。
9.根据权利要求8所述的污染土壤表层阻隔材料的制备方法带，其特征在于，A组分中，所述胶凝剂为普通硅酸盐水泥，所述惰性填料为铝污泥、滑石粉、二氧化硅的混合物，普通硅酸盐水泥、铝污泥、滑石粉、二氧化硅的质量比为5-6 : 2-3 :1 : 1。
10.根据权利要求8所述的污染土壤表层阻隔材料的制备方法，其特征在于，B组分中，聚合物粉末或乳液的用量为：其中的聚合物固体含量与水泥和铝污泥总用量的重量比值为4:8，水的用量为：其与水泥和铝污泥总用量的重量比值为0.4。
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