張洪達(dá)

(上海理工大學(xué)，上海 200093)

膨潤土防水毯滲透性能實驗研究

張洪達(dá)

(上海理工大學(xué)，上海 200093)

采用特定pH值的多級濃度Pb2+溶液，對膨潤土進(jìn)行了自由膨脹量測試，同時以Pb2+溶液作為水化液，對膨潤土防水毯(GCL)的滲透系數(shù)進(jìn)行了測試，指出GCL鋪設(shè)時應(yīng)注意強(qiáng)酸性和高離子濃度工程環(huán)境對GCL抗?jié)B性能的影響。

GCL，Pb2+，自由膨脹量，滲透性能

地下水是飲用水的重要來源。近30年來，我國地下水的供給量已達(dá)到了總供水量的20%，北方缺水地區(qū)則占到了52%［1］。固體廢棄物填埋場已成為地下水的一個主要潛在威脅。水體中的重金屬污染是世界性難題。鉛(Pb)是最難降解的重金屬之一，其對生物體生命健康具有極大危害，研究表明飲用水中超過0.02 mg/L的鉛就可能直接引起貧血、肝炎、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病等健康問題［2］。填埋處理方式是我國目前處理固體廢棄物的主要方式［3］。若處置不當(dāng)，填埋場中的重金屬離子可能會擴(kuò)散到周邊環(huán)境，對人類生產(chǎn)活動和健康造成不良影響。例如謝燕湘等［4］比對了臨澧垃圾填埋場投產(chǎn)前后周圍水稻中鉛鎘含量差異，發(fā)現(xiàn)該垃圾填埋場周圍水稻中鉛含量有逐年增高的趨勢，由此可見有必要對填埋場可能造成的地下水污染進(jìn)行評價。

現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場需要建造由多層屏障系統(tǒng)組成的防滲系統(tǒng)。由于價格經(jīng)濟(jì)，施工方便且滲透系數(shù)極低，膨潤土防水毯(GCL)已被廣泛地應(yīng)用于填埋場的防滲。GCL具有極低的滲透系數(shù)和對不均勻變形的適應(yīng)能力，并且對液體中有害物質(zhì)具有一定的吸附能力。

現(xiàn)有研究表明金屬離子的存在對于膨潤土的吸附滲透性質(zhì)具有顯著影響。本文對GCL在多級濃度的硝酸鉛溶液水化條件下進(jìn)行了滲透試驗。由此得到的滲透系數(shù)指標(biāo)可為GCL作為襯墊系統(tǒng)對鉛離子的抗?jié)B效果評估提供試驗數(shù)據(jù)參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用GCL采用針刺法制造。經(jīng)測試GCL內(nèi)膨潤土，含水量為12%，陽離子交換量為54.63 cmol/kg，在超純水條件下的自由膨脹量為24 mL/2 g。由于膨潤土具有較強(qiáng)的離子交換性，為了避免引入其他干擾離子，下述試驗用水全部采用超純水。

1.2 滲透系數(shù)測試方法

由于GCL滲透系數(shù)極低，常規(guī)剛性壁測試方法滲濾液側(cè)漏問題會嚴(yán)重影響測試精度，本次試驗采用英國GDS柔性壁滲透儀進(jìn)行常水頭滲透系數(shù)測定，測試方法分別參考標(biāo)準(zhǔn)JG/T 193—2006和ASTM D5084-10進(jìn)行，具體實驗步驟如下［5，6］:1)切取一塊10 cm×10 cm的GCL，用刻刀沿直徑70 mm的環(huán)刀劃破上層土工布，將GCL放入預(yù)先準(zhǔn)備好的500 mL水化液中。2)水化48 h后，用直徑70 mm的環(huán)刀切取試樣，放入壓力室。3)壓力室安裝完畢后注水，并調(diào)節(jié)圍壓為35 kPa，進(jìn)出水壓力為15 kPa進(jìn)行反壓飽和，如圖1所示。4)反壓飽和48 h后將進(jìn)水壓力增加到30 kPa進(jìn)行滲透試驗。5)透水24 h后每隔1 h計算滲透系數(shù)，直至相鄰兩次測試結(jié)果相差小于15%為止。

2 試驗結(jié)果與分析

GCL滲透系數(shù)k與水化液濃度C的關(guān)系如圖2所示。由圖2可見:Pb2+作為水化液時，濃度 C對滲透系數(shù)影響顯著，當(dāng)C＜0.01 mol/L時，滲透系數(shù)與不經(jīng)水化或超純水水化時滲透系數(shù)差距不大，但也已經(jīng)不能滿足規(guī)范規(guī)定的限值，達(dá)到10－10m/s級，當(dāng)0.01 mol/L＜C＜0.10 mol/L時滲透系數(shù)急劇增大，從10－10數(shù)量級增加至10－7數(shù)量級，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范規(guī)定的范圍。當(dāng)C＞0.1 mol/ L時GCL幾乎喪失抗?jié)B性，隨C的增大k基本保持不變。

圖2 水化液濃度與GCL滲透系數(shù)的關(guān)系

3 結(jié)論及建議

Pb2+對GCL滲透性能的影響已不容忽視，在工程實踐中如果遇到強(qiáng)酸性和高濃度Pb2+的極端情況，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，例如對膨潤土進(jìn)行改性或加大膨潤土的用量等。目前國內(nèi)國際關(guān)于GCL在溶液環(huán)境下的長期性能研究尚少，本次實驗由于時間限制未能全面揭示GCL在Pb2+溶液環(huán)境下的膨脹及滲透性能，關(guān)于膨潤土對于Pb2+吸附性的詳細(xì)探討及其與膨脹性滲透性的關(guān)系將另附文討論。

［1］羅 蘭.我國地下水污染現(xiàn)狀與防治對策研究［J］.中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2008(8):72-75.

［2］D.Ozdes，A.Gundogdu，B.Kemer，et al.Removal of Pb(Ⅱ)ions from aqueous solution by a waste mud from copper mine industry:equilibrium，kinetic and thermodynamic study［J］.Hazard.Mater，2009(166):1480-1487.

［3］陳云敏，高 登，朱 斌，等.垃圾填埋場沿襯墊界面的地震穩(wěn)定性及永久位移分析［J］.中國科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué)，2008 (38):79-94.

［4］謝燕湘，郭志忠，李兆敏，等.臨澧縣垃圾填埋場投產(chǎn)前后周圍水稻中鉛鎘含量比對監(jiān)測［J］.中國衛(wèi)生檢驗雜志，2013 (14):2998-2990.

圖1 柔性壁滲透儀

［5］JG/T 193—2006，鈉基膨潤土防水毯［S］.

［6］ASTM D5084-10，2010，“Standard Test Methods for Measurements of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Material U-sing a Flexible Wall Permeameter，”Annual Book of ASTM Standards，Vol.04.08，ASTMInternational，West Conshohocken，PA.

On permeability performance of Geosynthetic Clay Liner

Zhang Hongda
(University of Shanghai for Science＆Technology，Shanghai 200093，China)

Free swell index were tested at multilevel concentrations by adjusting specific pH value.Meanwhile，the coefficient of permeability under hydration solution of Pb2+were also tested.It should be much concerned when laying GCL under a engineering environment of strong acid and high concentration.

Geosynthetic Clay Liner，Pb2+，free swell index，permeability

U441.33

:A

1009-6825(2016)36-0200-02

2016-10-16

張洪達(dá)(1992-)，男，在讀碩士