防滲性能實(shí)驗(yàn)研究

孫雪景　王占華

(吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,長(zhǎng)春　130118)

垃圾填埋場(chǎng)中基于粉煤灰的改性粘土

防滲性能實(shí)驗(yàn)研究*

孫雪景王占華

(吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,長(zhǎng)春130118)

摘要：本文主要針對(duì)垃圾填埋場(chǎng)中基于粉煤灰的改性粘土防滲性能問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析,重點(diǎn)論述了制備粉煤灰改性粘土試樣實(shí)驗(yàn)和基于粉煤灰的改性粘土的變水頭滲透實(shí)驗(yàn).本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為垃圾填埋場(chǎng)基于粉煤灰的改性粘土的實(shí)際工程應(yīng)用提供了參考與借鑒.

關(guān)鍵詞：垃圾填埋場(chǎng)；改性粘土；粉煤灰；防滲性能實(shí)驗(yàn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(wèn)題成為目前亟待解決的問(wèn)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(wèn)題,主要表現(xiàn)在垃圾滲濾液所造成污染問(wèn)題[2].本文針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)垃圾填埋場(chǎng)防滲層的防滲性能開(kāi)展研究,主要采用向天然粘土加入粉煤灰這使其性質(zhì)進(jìn)行改變以解決開(kāi)裂、解體等問(wèn)題.

1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1　垃圾填埋場(chǎng)中基于粉煤灰改性粘土制備試樣實(shí)驗(yàn)

1.1.1實(shí)驗(yàn)意義和目的

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

1.1.2實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)材料包括:水、粘土、粉煤灰；主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備有:擊實(shí)儀、飽和儀、專(zhuān)用擊實(shí)筒、測(cè)試用螺絲刀、測(cè)試用環(huán)刀、噴水器、托盤(pán)、凡士林等相關(guān)設(shè)備.

1.1.3實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)分為如下3個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟:

(1) 進(jìn)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(xué)性能實(shí)驗(yàn)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行配備,通過(guò)實(shí)驗(yàn)使粉煤灰改性粘土含水率達(dá)到最優(yōu),配好試樣后,存放于陰暗處并且放置時(shí)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(shí)儀器對(duì)其進(jìn)行擊實(shí),每層擊實(shí)30下；

(3) 取下?lián)魧?shí)筒并且平放在實(shí)驗(yàn)桌上,采用測(cè)試用的環(huán)刀取樣,注意在取樣時(shí)要平整測(cè)試用環(huán)刀兩面的土樣,在平整時(shí)不能反復(fù)涂抹土樣兩面以避免空隙的閉塞,在每一個(gè)土樣上做標(biāo)記以備后面實(shí)驗(yàn)使用.

1.2　粉煤灰改性粘土變水頭滲透實(shí)驗(yàn)

1.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)材設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)主要研究在垃圾填埋場(chǎng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備如下:變水頭滲透裝置(見(jiàn)圖1)、專(zhuān)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(shè)備等.

圖1 變水頭滲透裝置

1.2.2實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)方法

該實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)水頭變化壓力下土樣滲流在一定時(shí)間內(nèi)液體滲透量來(lái)確定改性粘土的滲透系數(shù)[4].變水頭滲透系數(shù)的計(jì)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(cè)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始時(shí)間,s;t2為所測(cè)實(shí)驗(yàn)的終止時(shí)間,s;h1為壓力管中開(kāi)始時(shí)水頭位置,cm;h2為壓力管中終止時(shí)的水頭位置,cm.

具體實(shí)驗(yàn)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(shí)際要求進(jìn)行操作;

(2) 抽干飽和容器中的空氣使其達(dá)到真空狀態(tài),當(dāng)飽和容器中壓力接近-0.1MPa時(shí)使水流入容器中,當(dāng)水位達(dá)到2/3整個(gè)容器時(shí)停止抽真空.

(3) 接通滲透儀的進(jìn)水口與變水頭的進(jìn)水管;

(4) 通過(guò)打開(kāi)排氣閥的手段排出整個(gè)容器底部空氣;

(5) 對(duì)變水頭管進(jìn)行注水當(dāng)變水頭管的水位與水面具有一定高度時(shí)關(guān)閉管夾,此時(shí)若出水口有水溢出時(shí)記錄起始水頭位置和起始時(shí)間,并且按照預(yù)定時(shí)間間隔記錄水頭位置的變化.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本文的粉煤灰改性粘土防滲性能實(shí)驗(yàn)中取樣品高度L=6cm,樣品面積A=40cm2,測(cè)壓管斷面積a=3cm2.通過(guò)觀察滲透儀中水面變化情況,觀察時(shí)間為5h,所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(dāng)粘土摻入一定比例粉煤灰后,其滲透系數(shù)數(shù)量級(jí)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(gè)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(jìn)而使改性粘土的滲透系數(shù)降低；

(2) 從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)由于粉煤灰具有吸附作用,這個(gè)吸附作用可以將滲濾液中的重金屬離子進(jìn)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(huì)隨之變小.從表2可以看出,當(dāng)摻入20%粉煤灰含量時(shí)其滲透系數(shù)最小.因此在工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)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(chǎng)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(chǎng)中基于粉煤灰改性粘土的實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ),對(duì)改性粘土經(jīng)過(guò)摻入不同比例粉煤灰后,防滲層的滲透系數(shù)變化特性進(jìn)行了詳細(xì)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(shí)際工程中的要求.

參考文獻(xiàn)

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

[4] 陳武,李磊.頁(yè)巖改性粘土作為垃圾填埋場(chǎng)防滲襯墊試驗(yàn)研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2013,11(1):97-101.

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

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(lèi)號(hào)：TU 411

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-8919(2015)06-0026-03

作者簡(jiǎn)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.