防滲性能實驗研究

孫雪景　王占華

(吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院,長春　130118)

垃圾填埋場中基于粉煤灰的改性粘土

防滲性能實驗研究*

孫雪景王占華

(吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院,長春130118)

摘要：本文主要針對垃圾填埋場中基于粉煤灰的改性粘土防滲性能問題進行了詳細分析,重點論述了制備粉煤灰改性粘土試樣實驗和基于粉煤灰的改性粘土的變水頭滲透實驗.本文的實驗結(jié)論為垃圾填埋場基于粉煤灰的改性粘土的實際工程應用提供了參考與借鑒.

關(guān)鍵詞：垃圾填埋場；改性粘土；粉煤灰；防滲性能實驗

隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展以及現(xiàn)代化城市的不斷加速,城市所產(chǎn)生的生活垃圾數(shù)量在急劇增加,生活垃圾的處理問題成為目前亟待解決的問題之一.目前,生活垃圾處理方法中以衛(wèi)生填埋法作為其主要處理方法[1]，但這種方法也存在一定的環(huán)境污染問題,主要表現(xiàn)在垃圾滲濾液所造成污染問題[2].本文針對上述問題對垃圾填埋場防滲層的防滲性能開展研究,主要采用向天然粘土加入粉煤灰這使其性質(zhì)進行改變以解決開裂、解體等問題.

1實驗過程

1.1　垃圾填埋場中基于粉煤灰改性粘土制備試樣實驗

1.1.1實驗意義和目的

飽和度對基于粉煤灰改性粘土防滲層防滲系數(shù)有一定的影響.當通過配置所得試樣的飽和度較低時,其防滲層中的孔隙所殘留的氣體較多,使得整個防滲層的有效滲透面積將大大減小[3].本實驗的主要目的是測試改性粘土滲透系數(shù)前抽干試樣內(nèi)的空氣使其達到充分飽和.

1.1.2實驗材料及設備

主要實驗材料包括:水、粘土、粉煤灰；主要實驗設備有:擊實儀、飽和儀、專用擊實筒、測試用螺絲刀、測試用環(huán)刀、噴水器、托盤、凡士林等相關(guān)設備.

1.1.3實驗方法

本實驗分為如下3個實驗步驟:

(1) 進行配制不同比例的粉煤灰改性粘土,這一比例主要根據(jù)基于粉煤灰改性粘土的土工力學性能實驗所得實驗結(jié)論進行配備,通過實驗使粉煤灰改性粘土含水率達到最優(yōu),配好試樣后,存放于陰暗處并且放置時間在12h及以上以使水分能夠充分分布均勻；

(2) 將已經(jīng)配備好改性粘土試樣分成4層,采用擊實儀器對其進行擊實,每層擊實30下；

(3) 取下?lián)魧嵧膊⑶移椒旁趯嶒炞郎?采用測試用的環(huán)刀取樣,注意在取樣時要平整測試用環(huán)刀兩面的土樣,在平整時不能反復涂抹土樣兩面以避免空隙的閉塞,在每一個土樣上做標記以備后面實驗使用.

1.2　粉煤灰改性粘土變水頭滲透實驗

1.2.1實驗目的與實驗材設備

本實驗主要研究在垃圾填埋場中改性粘土滲透系數(shù)與粉煤灰添加比例之間的定量變化規(guī)律.主要實驗設備如下:變水頭滲透裝置(見圖1)、專用滲透容器、自制變水頭裝置、試樣飽和裝置和其他需要的設備等.

圖1 變水頭滲透裝置

1.2.2實驗步驟與實驗方法

該實驗主要通過水頭變化壓力下土樣滲流在一定時間內(nèi)液體滲透量來確定改性粘土的滲透系數(shù)[4].變水頭滲透系數(shù)的計算采用下式：

式中:K為滲透系數(shù),cm/s;a為變水頭斷面面積,cm2;L為試樣的高度,m;A為試樣斷面面積,cm2;t1為所測實驗的開始時間,s;t2為所測實驗的終止時間,s;h1為壓力管中開始時水頭位置,cm;h2為壓力管中終止時的水頭位置,cm.

具體實驗操作步驟為:

(1) 將所制備的粉煤灰改性粘土試樣裝入飽和容器中,并按照飽和裝置的實際要求進行操作;

(2) 抽干飽和容器中的空氣使其達到真空狀態(tài),當飽和容器中壓力接近-0.1MPa時使水流入容器中,當水位達到2/3整個容器時停止抽真空.

(3) 接通滲透儀的進水口與變水頭的進水管;

(4) 通過打開排氣閥的手段排出整個容器底部空氣;

(5) 對變水頭管進行注水當變水頭管的水位與水面具有一定高度時關(guān)閉管夾,此時若出水口有水溢出時記錄起始水頭位置和起始時間,并且按照預定時間間隔記錄水頭位置的變化.

2實驗結(jié)果與討論

本文的粉煤灰改性粘土防滲性能實驗中取樣品高度L=6cm,樣品面積A=40cm2,測壓管斷面積a=3cm2.通過觀察滲透儀中水面變化情況,觀察時間為5h,所得實驗數(shù)據(jù)見表1~表3.

表1 摻入比例為10%粉煤灰后改性粘土滲透系數(shù)結(jié)果

表2 摻入比例為20%粉煤灰后改性粘土滲透系數(shù)結(jié)果

表3 摻入比例為30%粉煤灰后改性粘土滲透系數(shù)結(jié)果

從表1~表3中可以看出,當粘土摻入一定比例粉煤灰后,其滲透系數(shù)數(shù)量級均在10-7cm/s及以上,滿足工程要求.分析原因主要有以下兩方面:

(1) 由于粉煤灰的滲透系數(shù)與最大干密度這個物理量有關(guān),摻入一定比例的粉煤灰使得其最大干密度降低進而使改性粘土的滲透系數(shù)降低；

(2) 從另一個角度來說由于粉煤灰具有吸附作用,這個吸附作用可以將滲濾液中的重金屬離子進行吸附,吸附后使得上述重金屬離子堵塞粉煤灰顆?？紫?其滲透系數(shù)將會隨之變小.從表2可以看出,當摻入20%粉煤灰含量時其滲透系數(shù)最小.因此在工程設計與應用時應當考慮把摻入20%粉煤灰的改性粘土作為防滲層襯里,使得防滲層襯里低滲透系數(shù)的性質(zhì)可以有效阻止垃圾填埋場滲濾液的外泄,防止環(huán)境污染.

3結(jié)論

本文以垃圾填埋場中基于粉煤灰改性粘土的實驗研究為基礎,對改性粘土經(jīng)過摻入不同比例粉煤灰后,防滲層的滲透系數(shù)變化特性進行了詳細的分析,結(jié)果表明隨著粉煤灰摻入比例的增大,其防滲層滲透系數(shù)值在減小,符合防滲層在實際工程中的要求.

參考文獻

[1] 劉海燕,王漢席.某城市生活垃圾填埋場防滲處理分析與探討[J].山西建筑,2015,41(28):117-118.

[2] 董軍,王淳立,殷宇.凍融作用對垃圾填埋場防滲層性能的影響[J].吉林大學學報(自然科學版),2011,41(2):541-544.

[3] 鄭越,劉方,吳永貴.粉煤灰對工業(yè)廢水中氨氮的吸附性能研究[J].環(huán)境科學與技術(shù),2011,34(1):15-18.

[4] 陳武,李磊.頁巖改性粘土作為垃圾填埋場防滲襯墊試驗研究[J].水利與建筑工程學報,2013,11(1):97-101.

*基金項目：吉林省教育廳“十二五”科學技術(shù)研究項目(吉教科合字[2013]第233號).

Experimental Research on Anti-seepage Performance of Modified Clays Based on Fly Ash Landfill Waste

SUN Xue-jing，WANG Zhan-hua

(SchoolofMunicipalandEnvironmentEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：In this paper the issues of impervious performance based on fly ash clay are analyzed in detail. The specimen preparation experiment and variable head permeability experiment are introduced. The experimental results of this paper can provide reference for practical engineering application of fly ash-modified clay in the landfill.

Keywords:landfill；modified clays；fly ash；anti-seepage performance experiment

中圖分類號：TU 411

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8919(2015)06-0026-03

作者簡介：孫雪景(1979~)，女，河北省石家莊市人，講師，在讀博士研究生.

收稿日期：2015-03-11.