利用膨润土的膨胀和稠度特性对GCL渗透系数进行预测的试验研究

以土工合成粘土衬垫(Geosynthetic Clay Liner,GCL)在尾矿库防渗层中的应用为背景,研究不同浓度重金属离子(Cu和Zn)作用下,膨润土的自由膨胀量、液限及GCL渗透系数的变化规律,并分析它们之间的对应关系。试验结果显示,当重金属离子浓度在0.01mol/L到0.1mol/L之间递增时,膨润土的自由膨胀量和液限会随着重金属离子浓度的增大而大幅度减小,但当重金属离子浓度从0.1mol/L增加到0.5mol/L时,膨润土的自由膨胀量和液限则只有微小变化。在渗透试验中,当渗透溶液中重金属离子浓度小于0.01mol/L时,GCL的渗透系数能够保持稳定;但当重金属离子浓度大于0.02mol/L后,GCL的渗透系数会随着渗透溶液中重金属离子的浓度增加而不断升高。研究结果表明,当尾矿库渗滤液中重金属离子浓度大于0.02mol/L时,GCL的渗透系数与膨润土的自由膨胀量和液限之间具有良好的数学对应关系,可以利用自由膨胀量和液限对渗透系数进行预测。     

竖向应力作用下GCL的膨胀特性和渗透性能

近年来,土工织物膨润土垫(GCL)被越来越多地应用到各种防渗工程之中,它的防渗有效性也成为了设计人员和研究人员所关注的焦点。GCL的防渗有效性包括渗透性能、吸附能力和内部剪切强度三个方面。通过水化膨胀试验和渗透试验研究了GCL在竖向应力作用下的膨胀特性和渗透性能,并分析了正应力和加压水化顺序的影响。试验结果表明:(1)随着竖向应力的增大,GCL的膨胀量不断减小,而GCL的渗透系数则出现先减小后略有增大的规律;(2)水化加压顺序对GCL的膨胀量和渗透系数均有影响;(3)在实际工程应用中,GCL铺设完成后在堆载之前最好完全水化,这样能够大大提高GCL的防渗有效性。     

铜离子在废弃杨树叶粉上吸附的研究

以废弃杨树叶粉为原料,用微分脉冲伏安法测定了废弃杨树叶粉吸附水溶液中的铜离子。建立了微分脉冲伏安法测定铜离子的方法,在2.5×10~(-4)~2.5×10~(-7) mol/L范围内测定铜离子,检测限为2.51×0~(-8) mol/L,并用于铜离子在废弃杨树叶粉上吸附的研究,考察了铜离子浓度范围、吸附时间、温度、杨树叶粉用量对杨树叶粉吸附铜离子的影响。在40 mL含有铜离子(2.5×10~(-4) mol/L)的KCl(0.025mol/L)溶液中,0.1g杨树叶粉足以吸附99%的铜离子,0.3g的杨树叶粉吸附达到完全,表观一级吸附速率为0.004 37s~(-1),5min可近于吸附平衡。吸附不遵从Temkin等温吸附模型,升高温度不利于吸附过程。最大吸附量为63.48mg/g,可以用于自然pH值下污染水中铜离子的吸附去除。     

膨润土防水毯渗透性能实验研究

采用特定pH值的多级浓度Pb~(2+)溶液,对膨润土进行了自由膨胀量测试,同时以Pb~(2+)溶液作为水化液,对膨润土防水毯(GCL)的渗透系数进行了测试,指出GCL铺设时应注意强酸性和高离子浓度工程环境对GCL抗渗性能的影响。     

土工膜/GCL界面剪切强度特性的试验研究

土工复合膨润土垫(GCL)是一种新型复合材料,其良好的防渗隔气功能以及抗张拉的能力使其与HDPE土工膜(GM)的联合使用在填埋场具有广泛的应用前景,但GM/GCL界面较低的剪切强度易导致填埋场衬垫系统等失稳。利用大尺寸界面直剪仪进行三种不同土工膜与GCL界面的剪切试验,重点研究GCL不同加载水化顺序对膨润土挤出及界面强度的影响。试验结果表明:干燥状态下,粗糙土工膜/GCL界面的峰值强度较大于光滑土工膜/GCL界面的峰值强度,但粗糙土工膜/GCL界面表现出强烈的应变软化特性,其残余强度接近于光滑土工膜/GCL界面的强度;不同加载水化顺序是影响膨润土挤出的重要因素,并严重影响界面剪切强度;膨润土挤出造成粗糙土工膜/GCL界面的峰值摩擦角降低3.5°,大位移摩擦角降低7.6°,接近光滑土工膜/GCL界面的摩擦角。     

水化状态对含针刺GCL复合衬里抗剪强度的影响分析

针刺GCL和HDPE土工膜(GM)在防渗工程中应用广泛,含多层界面的复合衬里整体抗剪强度是边坡稳定性分析的关键。介绍了含针刺GCL复合衬里的大单剪试验方法,并且对比分析了针刺GCL初始状态分别为干燥和完全水化两种情况下的复合衬里抗剪强度。结果表明,复合衬里的剪切破坏不会发生在干燥针刺GCL内部界面,而GCL干燥状态下的复合衬里单剪强度未必高于GCL完全水化状态下的复合衬里单剪强度。结合含GCL复合衬里的剪切破坏机理,阐述了针刺GCL的水化状态对复合衬里抗剪强度的影响。含GCL复合衬里在不同水化状态下的界面滑移稳定性都应引起工程人员的重视。     

盐溶液对膨润土-砂混合物膨胀性能的影响

利用自制固结仪,开展膨润土-砂混合物在蒸馏水及不同浓度的NaCl、KCl和CaCl₂溶液下的膨胀变形试验,研究盐溶液浓度和阳离子交换反应对混合物膨胀变形的影响。试验表明,试样在蒸馏水与不同浓度的NaCl溶液下可用同一条e_m-p_e曲线表示,表明NaCl主要通过渗透吸力的作用影响混合物的膨胀变形。K⁺、Ca²⁺主要通过置换吸附在钠基膨润土表面的Na⁺,使得膨胀性能减弱,因此NaCl溶液的抑制性小于KCl和CaCl₂。值得关注的是,膨润土-砂混合物在KCl与CaCl₂溶液下随浓度的变化产生了不同的膨胀变形规律。当浓度为0.1 mol/L时,由于同浓度下CaCl₂溶液中的总离子浓度大于KCl,从而通过渗透吸力的提高增大了有效应力,此时CaCl₂的抑制效果强于KCl;而浓度在0.5 mol/L时,CaCl₂的抑制效果弱于KCl,因为此时溶液中离子浓度较高,一方面K⁺可以充分置换吸附在膨润土表面的Na⁺;另一方面K⁺更容易嵌入相邻晶层间硅氧四面体中氧原子形成的孔穴里,使得相邻晶层连接起来,导致水分子不易进入层间,无法正常吸水,从而明显地抑制了膨胀变形。     

水化针刺GCL剪切破坏机理的试验研究

土工膨润土防水毯(GCL)的内部剪切强度是影响复合防渗衬里边坡稳定性的关键因素,加筋纤维的存在使针刺GCL的内部剪切强度明显高于非加筋GCL。含水化GCL的复合防渗衬里结构剪切试验会发生应力小峰值现象,但大都被研究人员忽视;加筋纤维对GCL峰值剪切强度的贡献处于定性阶段。通过开展GCL内夹钠基膨润土的饱和剪切试验和理论分析,证实应力小峰值现象为水化针刺GCL应力位移曲线的固有特征,并且小峰值应力代表了GCL内夹膨润土的抗剪强度贡献。以应力位移曲线上的应力小峰值现象为基础,将加筋纤维对GCL峰值剪切强度的贡献定量化,结合破坏机理分析了针刺GCL内部剪切破坏和应力位移发展过程。考虑针刺GCL剪切强度各部分贡献,提出了一种能反映针刺GCL破坏机理的峰值强度准则。     

影响GCL防渗性能因素分析

钠基膨润土防水毯(以下简称GCL)在国内已应用20多年,但GCL的生产和使用存在一些疏忽,影响了GCL的防渗性能和使用效果。通过对编织布、膨润土粒径、施工搭接,以及测试方法等方面存在的问题进行分析,阐明这些因素对GCL防渗性能以及测试的影响。研究结果表明:圆织编织布不宜用于防渗要求严格的GCL的生产;以GCL为主防渗层的工程,应该使用粉末型GCL;GCL检测应将由于编织布不平整导致的缺土现象列入检测指标;施工中处理GCL搭接区域阻断无纺布导渗作用的措施应有效可靠。     

水化普通硅酸盐水泥颗粒吸附水中磷酸盐研究

以水化普通硅酸盐水泥颗粒为吸附剂,研究了时间、温度和粒径等因素对其吸附PO3-4效果的影响.结果表明:在20℃,粒径0.5~1.0mm,初始PO3-4质量浓度100mg/L条件下,水化普通硅酸盐水泥颗粒吸附平衡时间为192h,平衡吸附量高达16.06mg/g;经0.25mol/L盐酸活化后,水化水泥颗粒对PO3-4的平衡吸附量增至18.54mg/g;粒径2.0~3.0mm的颗粒对PO3-4的吸附效果优于0.5~1.0mm和5.0~60mm的颗粒.吸附过程遵循假二级动力学模型,符合Freundlich等温方程.热力学解析的结果表明:酸活化水化水泥颗粒吸附PO3-4时焓变ΔH=7.56kJ/mol,熵变ΔS=0.0416kJ/（mol·K）;4,20℃的吉布斯自由能ΔG分别为-3.98,-4.65kJ/mol;酸活化水化水泥颗粒对PO3-4的吸附是一个以吸热、化学吸附为主,熵推动且自发的过程.     

膨润土、累托石和沸石对Sr^2＋的吸附性能研究

本文在研究膨润土、累托石和沸石样品的矿物组成和基本物化性能的基础上,以这三种样品作为吸附剂,研究它们在静态条件下对Sr2＋的吸附效果。结果表明：在静态吸附条件下,三种样品的吸附效果因物化性质的不同而有所差异,其中,膨润土的吸附效果要好于其他两种样品。三种样品对Sr2＋的吸附率都随着原液浓度的增加而减小,随着吸附剂量的增加而增大。0.1g的膨润土、累托石和沸石样品的最大吸附量分别为19.71mg/g,11.83mg/g,12.27mg/g,对应于0.0 mol/L,0.005mol/L,0.01mol/L的原液浓度获得。     

氨氮在土工合成黏土衬垫中的扩散行为研究

氨氮是垃圾渗滤液中最具代表性的污染物之一,但其在土工合成黏土衬垫(GCL)中的扩散行为至今尚未得到重视。开展批式吸附试验和扩散试样浸提试验测定氨氮在GCL中的吸附分配系数;进行扩散试验测定氨氮在GCL中的扩散系数;基于试验得到的吸附分配系数和扩散系数,使用数值软件POLLUTE v7.0对氨氮在GCL中的运移行为进行模拟。试验结果表明,氨氮在膨润土上的吸附分配系数为0.017L/g,在GCL中的扩散系数约为9.0×10^-11m²/s。POLLUTE v7.0的模拟结果显示,当考虑扩散存在时,氨氮将提前30 a击穿GCL。     

水泥固化体淋滤液对GCL防渗性能的影响

水泥固化/稳定化是危险废弃物处理的经济、高效方法,然而,水泥固化体的淋滤液中含有大量Ca~(2+),其长期渗透有可能导致填埋场底部土工合成黏土衬垫(geosyntheticclayliner,GCL)的防渗性能下降,从而引发二次污染。使用柔性壁渗透仪,测定有效应力和水泥固化体淋滤液共同作用下GCL的渗透系数,探讨了淋滤液浓度以及不同有效应力对GCL渗透系数的影响。试验结果表明:当有效应力为24kPa时,水泥固化体淋滤液的持续渗透会使GCL的渗透系数增大179～721倍,淋滤液中Ca~(2+)浓度越高,GCL渗透系数增大的幅度越大。通过增加有效应力,可以降低固化体淋滤液对GCL防渗性能所造成的负面影响,当有效应力增大至438 kPa时,固化体淋滤液对GCL防渗性能所造成的负面影响全部被抵消。     

GCL/GM界面膨润土挤出机理研究

土工复合膨润土垫(GCL)具有良好的防渗隔气及抗张拉等性能,在填埋场中具有较好的应用前景。GCL/GM界面由于膨润土挤出而导致其剪切强度较小,将影响GCL在填埋场边坡中的使用。因此,采用改进的固结仪进行了膨润土挤出机理的研究,重点探讨了正应力、加载速率、加载与水化的顺序、土工织物类型以及渗滤液等因素对膨润土挤出的影响,并在实验结果的基础上提出了超孔隙水压力挤出机理:快速加载时,GCL内部产生了较大的超孔隙水压力,导致膨润土颗粒在该渗透力的作用下通过土工织物中的孔隙往GCL/GM界面的间隙迁移。     

水化针刺GCL+GM复合衬里的单剪破坏特征

针刺GCL和HDPE土工膜(GM)广泛应用于填埋场防渗衬里,GCL的内部剪切强度和GCL/GM界面剪切强度是填埋场复合衬里边坡滑移稳定性的控制因素。通过开展不限定剪切破坏面的水化针刺GCL+GM复合衬里大单剪试验,获得了剪切过程中GCL/GM界面位移和GCL内部位移发展规律,分析了GM的糙面分别与GCL的有纺面和无纺面接触时的峰值强度,揭示了GCL+GM复合衬里的整体剪切破坏特征。试验结果表明:大单剪试验能够正确和合理地模拟GCL与GM间的相互作用,GCL+GM复合衬里中的极限破坏面不仅会随着法向应力的增加而发生转移,甚至出现GCL内部和GCL/GM界面同时成为剪切破坏面的临界状态。     

冻融-干湿循环作用下土工合成黏土衬垫防渗性能变化规律

土工合成黏土衬垫(Geosynthetic Clay Liners,GCL)是废弃物处置场底部衬垫系统和上部覆盖系统建设中经常使用的一种材料。由于气候的周期性变化对GCL的防渗性能会造成一定的影响,分析了冻融循环和干湿循环作用下GCL渗透系数变化的内在机制及规律。膨润土黏土粒径及双电层变化是影响GCL渗透系数改变的主要原因,冻融循环对GCL防渗性能的影响较小,而干湿循环对GCL渗透系数的影响较大。     

钙改性膨润土对磷的动态吸附及其再生研究

以膨润土为原料,制备钙改性膨润土(Ca-B),采用动态吸附试验,研究了磷初始浓度、流量、初始p H值和共存离子对Ca-B吸附磷性能的影响。结果表明,一定程度上增加初始磷浓度有助于提高Ca-B的磷吸附量; pH值的升高和流量的增加均不利于Ca-B对磷的吸附;共存离子Cl~-和NO_3~-对Ca-B吸附磷的影响较小,但F-会抑制Ca-B对磷的吸附。采用NaOH溶液对Ca-B进行再生,增加NaOH浓度有利于磷酸根的洗脱,当NaOH浓度为1. 0 mol/L时对磷的洗脱率较高,达到了88. 4%。Ca-B具有较好的再生能力,经过5次循环吸附和再生后,对磷的吸附量仅下降了15. 7%。     

水杨酸选择性检测试纸的制备与应用

利用水杨酸、聚甲基丙烯酸甲酯与乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯的分子间作用力,制备了水杨酸选择性检测试纸。分析了聚甲基丙烯酸甲酯溶液质量分数、吸附时间和pH值等对水杨酸选择性检测试纸检测性能的影响。研究结果表明:应用制备的试纸检测水杨酸溶液,其线性值为50~2 200μmol/L,检测限为48μmol/L。测定250μmol/L水杨酸溶液时,6次测定的相对标准偏差为2.86%。     

土工合成材料膨润土衬垫及其应用

土工合成材料膨润土衬垫(GCL)是20世纪90年代中期在国际上出现的一种新型土工合成材料,它是由膨润土外覆土工织物或土工膜,通过针刺、粘结或缝合而制成的一种复合防渗材料(图1)。GCL的防渗性能介于压实粘土衬垫(CCL)和高分子材料土工膜之间。GCL具有施工简便,防渗性能、自愈性、耐久性良好和造价低的特点,可在不同的工程中采用相同的材料．既可解决粘土稀少地区的防渗材料问题,又可克服CCL的施工难度大的缺点。     

净水型赤泥-矿渣基地聚合物透水混凝土的研究

研究了赤泥掺量、碱激发剂模数及碱当量、集料空隙率等对赤泥-矿渣基地聚合物透水混凝土(RSGPC)力学性能、透水性能和重金属吸附性能的影响规律,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)等微观测试手段,探讨了RSGPC对溶液中重金属离子的吸附机理及重金属离子在RSGPC浆体表面的分布规律.结果表明:RSGPC对重金属离子的吸附性能随赤泥掺量的增加和集料空隙率的降低而增加,而受碱激发剂模数及碱当量的影响不大; RSGPC对重金属离子的吸附作用主要是未水化赤泥颗粒、地聚合物凝胶以及低钙硅比C-S-H凝胶的吸附作用,同时还与透水混凝土表面浆体和溶液中重金属离子的接触时间有关;提高浆体自身的力学性能与吸附性能,是协调透水混凝土强度、透水、净水三者之间矛盾的有效途径.