關(guān)鍵詞：黏土；纖維素；植物膠；防滲漏材料；滲水率中圖分類號(hào)：TQ172.4 ；TU57 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2025）05-0104-04

Abstract：Inorderto improve the water storage efect of water conservancy projects，metakaolin wasusedas a clay materialand compounded with hydroxypropylmethylceluloseand Tianjing vegetable gum to preparecellulose/clayanti-leakage materialsandvegetable gum/clayanti-leakage materials，and their properties were studied.Theresultsshowed that theaddition of hydroxypropyl methylcellloseand vegetable gum totheanti-leakage materialscould increase their particle size and make them have the ability to prevent leakage.When theanti -leakage materials were prepared with 0.6% cellulose and 1.0% vegetable gum，the water seepage rate was basically 0.00% at 900 h，and the water quality was good for30 days.The pH valueswere7.20and7.28，the CODMn were 3.315and2.744 mg/L，the ammonia nitrogen contents were 0.352andO.375mg/L，andtheturbiditywere2.241and2.018NTU，respectively.Moreover，the3O-daystorage water quality reached the relevant national standards，and the storage efect was beter than that of HDPE geomembrane， which has certain potential value in the application of water conservancy engineering.

Key words ： clay ；cellulose ； plant gum ；anti leakage materials ； permeability rate

在各水利工程中，常常使用混凝土材料建造集水池等，經(jīng)常因混凝土材料開裂而引起坍塌，降低水利工程的安全性和服役壽命[12]。因此，針對(duì)防止水分滲漏材料的研究成為一個(gè)科學(xué)熱點(diǎn)。祁詣恒等為提高水閘護(hù)坡防滲性能，通過塑性纖維對(duì)混凝土材料進(jìn)行改性，制備一種抗壓、抗拉強(qiáng)度、抗?jié)B能力較好的改性混凝土材料[3]。周榮則以提高石壩面膜防滲結(jié)構(gòu)安全性為目的，通過室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了不同墊層材料對(duì)石壩防滲膜性能的作用效果[4]另外，董洋等通過黏土和膨潤(rùn)土，研制了一種防滲密封材料，并對(duì)其性能進(jìn)行研究，在防滲墻工程應(yīng)用中，該防滲密封材料可以有效阻止底部地下水繞流，防滲性能較好[5]。黏土類防滲漏材料在各水利工程中應(yīng)用較多，特別是在我國(guó)西北干旱地區(qū)[6?；诖?，本試驗(yàn)使用偏高嶺土作為黏土材料，以羥丙基甲基纖維素作為纖維素材料，以田菁膠作為植物膠材料，分別制備摻雜纖維素的黏土防滲漏材料以及摻雜植物膠的黏土防滲漏材料，并研究各防滲漏材料性能和儲(chǔ)水效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：偏高嶺土（工業(yè)純，龍創(chuàng)礦產(chǎn)）；田菁膠（AR，思揚(yáng)生物）；羥丙基甲基纖維素（AR，萬山新材料）；HDPE土工膜（工業(yè)純，信迎新材料）。

主要設(shè)備：JA5003B型電子天平（儀田儀器）；QL-N9型激光散射納米粒度儀（群隆儀器）；HTS-576型干燥箱（世測(cè)儀器）；RS-WTM型多功能水質(zhì)測(cè)定儀（建大仁科）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 黏土的預(yù)處理

本試驗(yàn)選用的黏土材料為偏高嶺土。對(duì)偏高嶺土材料依次進(jìn)行過篩、粉碎，然后，放入烘箱中，在恒溫95℃條件下進(jìn)行烘干處理，備用。

1.2.2 防滲漏材料的制備

以偏高嶺土作為黏土材料，通過添加適量纖維素和植物膠，制備適用于水利工程的防滲漏材料。在本試驗(yàn)中，選用的纖維素和植物膠分別是羥丙基甲基纖維素、田菁膠[7-8]。該防滲漏材料的具體制備步驟如下：

（1）使用電子天平稱量一定量預(yù)處理完成的黏土，并按照黏土總質(zhì)量的百分比稱量適量纖維素或植物膠；

（2）將黏土和纖維素（或植物膠）混合，將攪拌速率設(shè)置為300r/min，攪拌處理時(shí)間為 ，即可獲得防滲漏材料；

（3）將防滲漏材料裝人杯底有均勻小孔的塑料杯中，注意平鋪，讓塑料杯中的防滲漏材料平整且光滑，自然養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，即可作為防滲漏材料試樣進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 粒徑分布

先使用干燥箱對(duì)制備的防滲漏材料進(jìn)行干燥處理，然后進(jìn)行研磨處理，獲得約200目粒度的防滲漏材料粉末。之后，再通過激光散射納米粒度儀測(cè)試防滲漏材料，對(duì)各防滲漏材料的粒徑分布情況進(jìn)行分析。

1.3.2 防滲漏性能

在常溫環(huán)境中，將一定量水裝人含有防滲漏材料的帶孔塑料杯中，每間隔一定時(shí)間就使用電子天平稱量滲漏出來的水的質(zhì)量。根據(jù)稱量數(shù)據(jù)計(jì)算該防滲漏材料的滲水率，具體公式 ：

式中： 為塑料杯中水初始質(zhì)量，g； 為容器質(zhì)量，g； 為當(dāng)經(jīng)過 時(shí)間時(shí)，容器和滲漏出的水的

總質(zhì)量，g。

1.3.3 儲(chǔ)存水質(zhì)分析

在不同的塑料桶中分別平鋪HDPE土工膜以及試驗(yàn)制備的防滲漏材料，再分別倒入自來水2L。然后，在一個(gè)底部未鋪任何材料的空塑料桶中倒入2 L 自來水，作為空白水樣，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。使用水質(zhì)測(cè)定儀，對(duì)儲(chǔ)存一定時(shí)間后各塑料桶中的水質(zhì)變化情況進(jìn)行測(cè)試，分析各材料的儲(chǔ)存水質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維素添加量?jī)?yōu)化

2.1.1 粒徑分布

為探究纖維素的添加對(duì)防滲漏材料的作用效果，試驗(yàn)對(duì)純黏土材料和單獨(dú)添加1.4%纖維素的防滲漏材料分別進(jìn)行粒徑分布測(cè)試，并分析各材料的平均粒徑，具體見圖1。

由圖1可知，純黏土材料的顆粒粒徑主要分布在 25μm左右。添加 1.5% 纖維素的防滲漏材料粒徑則主要分布在 25～50μm 。根據(jù)圖1中呈現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算并分析可知，純黏土材料的平均粒徑為30.24μm ，添加 1.0% 纖維素的防滲漏材料平均粒徑則達(dá)到 32.61μm 。這是因?yàn)?，在防滲漏材料中，黏土材料可以和纖維素發(fā)生相互作用，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。這在一定程度上可以增大防滲漏材料中顆粒的體積，從而使防滲漏材料中顆粒之間間隙減小。因此，水分從防滲漏材料中經(jīng)過的通道變窄、變少，從而起到阻礙水分經(jīng)過、防滲漏的目的[10-I1]。綜上，與純黏土材料相比，在純黏土材料中添加纖維素所制備的防滲漏材料平均粒徑很大，有一定的防滲漏性能。

2.1.2 防滲漏性能

本試驗(yàn)以偏高嶺土為黏土材料，以不同羥丙基甲基纖維素添加量制備防滲漏材料。并對(duì)各防滲漏材料進(jìn)行防滲漏性能測(cè)試，分析在900h時(shí)各防滲漏材料的滲水率情況，具體見圖2。

由圖2可知，與未添加任何纖維素的純黏土材料相比，各添加有纖維素的防滲漏材料900h時(shí)的滲水率明顯下降。當(dāng)未添加任何纖維素時(shí)，純黏土材料的滲水率最大，達(dá)到45.68%。從圖2還可以看到，當(dāng)纖維素添加量為0.2%和0.4%時(shí)，防滲漏材料的900h滲水率較小。當(dāng)在純黏土材料中添加0.2%纖維素時(shí)，防滲漏材料防水率迅速降低到9.46%，降低幅度為79.29%。當(dāng)在純黏土材料中添加0.4%纖維素時(shí)，防滲漏材料防水率也較低，為13.23%。這與純黏土材料相比，降低幅度達(dá)到71.04%。當(dāng)纖維素添加量達(dá)到0.6%及以上時(shí)，防滲漏材料在900h時(shí)的滲水率基本為0.00%，防滲漏性能較好。這些試驗(yàn)現(xiàn)象的原理是，純黏土材料顆粒之間存在較多的空隙，整體比較疏松。因此，純黏土材料中有較多的水分經(jīng)過通道，所以，滲水率較大，防滲漏能力較弱。當(dāng)在純黏土材料中添加適量纖維素時(shí)，纖維素材料可以與黏土材料相互作用，使防滲漏材料整體變得更加致密。因此，在防滲漏材料基體中，各顆粒之間的粘附性更好，間隙減小。所以，防滲漏材料中的孔洞、空隙等數(shù)量減小，水分經(jīng)過的通道減少，材料擁有阻礙水分經(jīng)過的能力，具備一定防滲漏能力[1214]?？傊?dāng)纖維素添加量在0.6%及以上時(shí)，防滲漏材料的防滲漏效果較好。綜上，在防滲漏材料中，纖維素添加量應(yīng)為0.8%。

2.2 植物膠添加量?jī)?yōu)化

2.2.1 粒徑分布

試驗(yàn)以田菁膠作為植物膠，研究純黏土材料和添加 0.4% 植物膠的防滲漏材料粒徑分布情況，并分析各材料的平均粒徑，具體見圖3。

由圖3可知，純黏土材料和添加 0.4% 植物膠的防滲漏材料粒徑均主要分布在 25μm左右。其中，在 25～100μm ，添加 0.4% 植物膠的防滲漏材料粒徑累計(jì)分布明顯多余純黏土材料?；趫D3中相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算并分析得到純黏土材料的平均粒徑為30.24μm ，添加 0.4% 植物膠的防滲漏材料平均粒徑則高達(dá) 33.15μm 。這種變化與在防滲漏材料中添加纖維素時(shí)相比，差別不大。當(dāng)在防滲漏材料中添加適量植物膠時(shí)，植物膠可以和纖維素發(fā)生相互作用，產(chǎn)生團(tuán)聚，從而使防滲漏材料中的顆粒粒徑增大。因此，防滲漏材料中顆粒之間間隙減小，水分經(jīng)過的通道被阻礙[15-16]。所以，材料防滲漏性能提高。綜上，在防滲漏材料中添加植物膠，可以增大其粒徑，增強(qiáng)其防滲漏的能力。

2.2.2 防滲漏性能

為了探究在防滲漏材料中植物膠添加量的作用效果，試驗(yàn)以不同植物膠添加量制備防滲漏材料，進(jìn)行 900h 的防滲漏試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著防滲漏材料中植物膠添加量的增多，滲水率基本呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。當(dāng)未添加任何植物膠材料時(shí)，純黏土材料在 900h 時(shí)的滲水率最大，達(dá)到 45.68% 。當(dāng)添加 0.2% 植物膠時(shí)，防滲漏材料滲水率迅速較低，為11.25%。當(dāng)防滲漏材料中植物膠添加量為 0.8% 時(shí)，滲水率減小到3.51%?？梢钥吹剑?dāng)防滲漏材料中的植物膠添加量達(dá)到 1.0% 時(shí)，滲水率基本為 0.00% ，防滲漏效果較好。這些變化說明，植物膠的添加，可以顯著提高防滲漏材料的防滲漏能力。并且，這種提升效果隨著植物膠添加量的增多更加明顯。這些現(xiàn)象都是由于添加植物膠使防滲漏材料粒徑增大引起的[17-18]總之，在試驗(yàn)中，當(dāng)添加植物膠1.0%時(shí)，防滲漏材料的防滲漏能力較佳。

2.3 儲(chǔ)存水質(zhì)分析

試驗(yàn)分別以 0.6% 纖維素添加量和 1.0% 植物膠添加量制備不同的防滲漏材料，并與市售HDPE土工膜、空白水樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究?jī)?chǔ)存30d時(shí)的水質(zhì)情況。具體測(cè)試結(jié)果見表1。

由表1可知，在儲(chǔ)存水質(zhì)的酸堿性方面，各防滲漏材料和空白水樣的 pH值基本無較大差別。在存儲(chǔ)水質(zhì)的 方面 ，0.6% 纖維素防滲漏材料和空白水樣相差不大， 1.0% 植物膠防滲漏材料低于空白水樣。而HDPE土工膜的 則達(dá)到15.064mg/L。這不符合GB5749—2006中生活飲用水的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[19-20]。另外，在儲(chǔ)存水質(zhì)的氨氮含量方面，0.6%纖維素防滲漏材料和 1.0% 植物膠防滲漏材料儲(chǔ)存水質(zhì)的氨氮含量均低于空白水樣，而HDPE土工膜的儲(chǔ)存水質(zhì)氨氮含量則較高，不能滿足相關(guān)要求。并且，在渾濁度方面，0.6%纖維素防滲漏材料和1.0%植物膠防滲漏材料儲(chǔ)存水質(zhì)的渾濁度均能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。而HDPE土工膜的儲(chǔ)存水質(zhì)渾濁度則較高。總之，試驗(yàn)制備的0.6%纖維素防滲漏材料和 1.0% 植物膠防滲漏材料有著較好的防滲漏能力，且對(duì)存儲(chǔ)水質(zhì)的作用效果較小，水質(zhì)情況較好，可以符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3結(jié)語

（1）纖維素和植物膠的添加均可以增大防滲漏材料粒徑，提高其防滲漏性能。純黏土材料、纖維素/黏土防滲漏材料和植物膠/黏土防滲漏材料的平均粒徑分別是30.24、32.61和33.15μm；（2）纖維素最佳添加量應(yīng)為0.6%及以上，而植物膠最佳添加量為1.0%。此時(shí)，各防滲漏材料在900h時(shí)的滲水率基本為0.00%，防滲漏性能較好；（3）0.6%纖維素防滲漏材料和 1.0% 植物膠防滲漏材料對(duì)儲(chǔ)存水質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生較大影響，30d儲(chǔ)存水質(zhì)情況較好。

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（責(zé)任編輯：蘇幔）