CN111549810A - 一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法 - Google Patents
一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法，所述密封剂包括改性膨润土和粘土，所述改性膨润土为经聚离子纤维素改性的钠基膨润土。本发明的用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法能够实现密封剂对土壤裂隙的填充及柔性止水帷幕底部的完全填充，有效阻隔地下水，解决柔性止水帷幕帷幕下方污染介质泄漏问题，适用于0‑40m或更深层的柔性止水帷幕底部密封，尤其适用于20‑40m或更深层的深层柔性止水帷幕底部密封，且密封剂材料获取简单，密封剂制备及灌注方法便易。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法，属于柔性止水帷幕领域。
背景技术
阻隔技术是采用阻隔、阻截、覆盖等工程措施，控制污染物迁移或阻断污染物暴露途径，使污染介质与周围环境隔离，降低和消除污染物对人体健康和环境风险的技术。阻隔技术包括水平阻隔和垂直阻隔两大类。
垂直柔性止水帷幕是垂直阻隔重要技术之一。目前的垂直柔性止水帷幕存在帷幕与土层、岩层密封度低，容易发生污染介质泄漏等问题，因此其底部需要灌注密封剂。现有技术中的密封剂往往存在渗透系数不够低的问题，当柔性止水帷幕的深度较深时，由于大量地下水和污染介质的存在，无法满足其底部密封需求，而且还存在由于密封剂没有足够的流动性，无法顺利输送到目标深度的问题。
发明内容
基于现有技术中的上述缺点，本发明提供一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法，能够实现密封剂对土壤裂隙的填充及柔性止水帷幕底部的完全填充，有效阻隔地下水，解决柔性止水帷幕帷幕下方污染介质泄漏问题，适用于0-40m或更深层的柔性止水帷幕底部密封，尤其适用于20-40m或更深层的深层柔性止水帷幕底部密封，且密封剂材料获取简单，密封剂制备及灌注方法便易。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术手段：
本发明提供一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂，其中，所述密封剂包括改性膨润土和粘土，所述改性膨润土为经聚离子纤维素改性的钠基膨润土。
优选的，所述粘土为当地粘土。
优选的，以重量计，所述密封剂包括60-80％重量的改性膨润土和20-40％重量的粘土。
本发明还提供上述密封剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钠基膨润土与水按照1:10-15的重量比例加入搅拌罐搅拌，得到钠基膨润土泥浆；
(2)向步骤(1)得到的钠基膨润土泥浆中加入0.5-2％重量的聚离子纤维素，加热至60-80℃，利用高速搅拌装置搅拌5-8h，转速为1500-2000r/min，得到改性膨润土泥浆；
(3)将步骤(2)得到的改性膨润土泥浆烘干10-14h，粉碎，过80目筛，得到改性膨润土；
(4)将步骤(3)得到的改性膨润土与过80目筛的粘土混合，充分搅拌，即得。
本发明还提供上述密封剂在柔性止水帷幕底部的灌注方法，包括以下步骤：
(1)将本发明的密封剂与水加入搅拌机，通过调节水的添加量使密封剂坍落度在120-180mm，搅拌20-30min，备用；
(2)将空气压缩机与空气注入管连接，将空气注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(3)启动空气压缩机，将空气压力设定为0.8-1.0MPa，运行15-20min，确保沉底及小石砾的重复扰动后，关闭空气压缩机；
(4)将密封剂输送泵与密封剂注入管连接，将密封剂注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(5)关闭空气压缩机后，启动密封剂输送泵，将注入压力设定为20-30MPa，注入密封剂，每个密封剂注入点间距控制在1-3m，厚度控制在1-3m，注入完成后，将空气注入管与密封剂注入管抽出。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明密封剂中所使用的改性膨润土为经聚离子纤维素改性的钠基膨润土，通过特定的改性方法，尤其是特定的搅拌转速，能够使聚离子纤维素与钠基膨润土的片层发生插层反应，有效减少了膨润土在盐溶液、重金属离子中，双电子层厚度减小，孔隙通道变大引起的渗透系数增大的问题；同时，由于本发明改性膨润土的优异性能，可以用粘土替代部分改性膨润土而仍能够达到理想的效果，粘土重量最高可占密封剂的40％，大大减少了改性膨润土的用量成本。本发明密封剂的自身渗透性系数能够达到低至1×10-8cm/s至1×10-9cm/s；同时，本发明合理的密封剂灌注方法能够保证密封剂在灌注至底槽后，仍能维持如此良好的密封性。
2、本发明的密封剂在灌注前，通过调节水的添加量控制密封剂的坍落度在特定范围，能够使密封剂具有良好的流动性，以确保密封剂能够被送输送到足够深的目标深度以及对岩层裂隙的充分填充。
3、本发明在密封剂的灌注方法中，通过在注入密封剂前先在特定参数下注入空气，能够保证气压可以对水平1-1.5m范围内的沉淀泥浆及小石砾进行充足的扰动作用，防止泥浆沉淀及小石砾混入到密封剂中影响密封剂密封效果；通过设定特定的密封剂注入压力，能够保证将密封剂泵入预定深度的槽缝内；通过设定特定的密封剂注入间距及厚度，能够确保密封剂的填充密封效果。
4、总体而言，本发明所提供的用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂及其制备和灌注方法能够实现密封剂对土壤裂隙的填充及柔性止水帷幕底部的完全填充，有效阻隔地下水，解决柔性止水帷幕帷幕下方污染介质泄漏问题，适用于0-40m或更深层的柔性止水帷幕底部密封，尤其适用于20-40m或更深层的深层柔性止水帷幕底部密封，且密封剂材料获取简单，密封剂制备及灌注方法便易。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
本实施例的密封剂由60％重量的改性膨润土和40％重量的当地粘土组成，制备方法如下：
(1)将钠基膨润土与水按照1:15的重量比例加入搅拌罐搅拌，得到钠基膨润土泥浆；
(2)向步骤(1)得到的钠基膨润土泥浆中加入2％重量的聚离子纤维素，加热至80℃，利用高速搅拌装置搅拌8h，转速为2000r/min，得到改性膨润土泥浆；
(3)将步骤(2)得到的改性膨润土泥浆烘干14h，粉碎，过80目筛，得到改性膨润土；
(4)将步骤(3)得到的改性膨润土与过80目筛的当地粘土混合，充分搅拌，即得。
经变水头渗透试验(GBT 50123-2019土工试验方法标准)测试，本实施例的密封剂渗透系数为5.02×10-9cm/s。
本实施例的40m深柔性止水帷幕及其底部密封剂的整体施工方法如下：
(1)开槽：先采用旋挖钻机在两端头和中间引孔，然后采用液压抓斗挖出孔之间的土层、砂层和砾石层，最后采用双轮铣槽机处理岩层，开槽的同时向槽孔内灌注膨润土泥浆护壁；
(2)柔性止水帷幕的下放：用下膜机将柔性止水帷幕(HDPE膜)下放到目标深度；
(3)将本实施例的密封剂与水加入搅拌机，通过调节水的添加量使密封剂坍落度在180mm，搅拌30min，备用；
(4)将空气压缩机与空气注入管连接，将空气注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(5)启动空气压缩机，将空气压力设定为1.0MPa，运行20min，确保沉底及小石砾的重复扰动后，关闭空气压缩机；
(6)将密封剂输送泵与密封剂注入管连接，将密封剂注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(7)关闭空气压缩机后，启动密封剂输送泵，将注入压力设定为30MPa，注入密封剂，每个密封剂注入点间距控制在1m，厚度控制在1m，注入完成后，将空气注入管与密封剂注入管抽出。
实施例2
本实施例的密封剂由80％重量的改性膨润土和20％重量的当地粘土组成，制备方法如下：
(1)将钠基膨润土与水按照1:10的重量比例加入搅拌罐搅拌，得到钠基膨润土泥浆；
(2)向步骤(1)得到的钠基膨润土泥浆中加入0.5％重量的聚离子纤维素，加热至60℃，利用高速搅拌装置搅拌5h，转速为1500r/min，得到改性膨润土泥浆；
(3)将步骤(2)得到的改性膨润土泥浆烘干10h，粉碎，过80目筛，得到改性膨润土；
(4)将步骤(3)得到的改性膨润土与过80目筛的当地粘土混合，充分搅拌，即得。
经变水头渗透试验(GBT 50123-2019土工试验方法标准)测试，本实施例的密封剂渗透系数为3.2×10-9cm/s。
本实施例的20m深柔性止水帷幕及其底部密封剂的整体施工方法如下：
(1)开槽：先采用旋挖钻机在两端头和中间引孔，然后采用液压抓斗挖出孔之间的土层、砂层和砾石层，最后采用双轮铣槽机处理岩层，开槽的同时向槽孔内灌注膨润土泥浆护壁；
(2)柔性止水帷幕的下放：用下膜机将柔性止水帷幕(HDPE膜)下放到目标深度；
(3)将本实施例的密封剂与水加入搅拌机，通过调节水的添加量使密封剂坍落度在120mm，搅拌20min，备用；
(4)将空气压缩机与空气注入管连接，将空气注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(5)启动空气压缩机，将空气压力设定为0.8MPa，运行15min，确保沉底及小石砾的重复扰动后，关闭空气压缩机；
(6)将密封剂输送泵与密封剂注入管连接，将密封剂注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(7)关闭空气压缩机后，启动密封剂输送泵，将注入压力设定为20MPa，注入密封剂，每个密封剂注入点间距控制在3m，厚度控制在3m，注入完成后，将空气注入管与密封剂注入管抽出。
实施例3
本实施例的密封剂由70％重量的改性膨润土和30％重量的当地粘土组成，制备方法如下：
(1)将钠基膨润土与水按照1:13的重量比例加入搅拌罐搅拌，得到钠基膨润土泥浆；
(2)向步骤(1)得到的钠基膨润土泥浆中加入1％重量的聚离子纤维素，加热至70℃，利用高速搅拌装置搅拌7h，转速为1800r/min，得到改性膨润土泥浆；
(3)将步骤(2)得到的改性膨润土泥浆烘干12h，粉碎，过80目筛，得到改性膨润土；
(4)将步骤(3)得到的改性膨润土与过80目筛的当地粘土混合，充分搅拌，即得。
经变水头渗透试验(GBT 50123-2019土工试验方法标准)测试，本实施例的密封剂渗透系数为4.18×10-9cm/s。
本实施例的30m深柔性止水帷幕及其底部密封剂的整体施工方法如下：
(1)开槽：先采用旋挖钻机在两端头和中间引孔，然后采用液压抓斗挖出孔之间的土层、砂层和砾石层，最后采用双轮铣槽机处理岩层，开槽的同时向槽孔内灌注膨润土泥浆护壁；
(2)柔性止水帷幕的下放：用下膜机将柔性止水帷幕(HDPE膜)下放到目标深度；
(3)将本实施例的密封剂与水加入搅拌机，通过调节水的添加量使密封剂坍落度在150mm，搅拌25min，备用；
(4)将空气压缩机与空气注入管连接，将空气注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(5)启动空气压缩机，将空气压力设定为0.9MPa，运行18min，确保沉底及小石砾的重复扰动后，关闭空气压缩机；
(6)将密封剂输送泵与密封剂注入管连接，将密封剂注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(7)关闭空气压缩机后，启动密封剂输送泵，将注入压力设定为25MPa，注入密封剂，每个密封剂注入点间距控制在2m，厚度控制在2m，注入完成后，将空气注入管与密封剂注入管抽出。
Claims (5)
1.一种用于深层柔性止水帷幕底部的密封剂，其特征在于，所述密封剂包括改性膨润土和粘土，所述改性膨润土为经聚离子纤维素改性的钠基膨润土。
2.根据权利要求1所述的密封剂，其特征在于，所述粘土为当地粘土。
3.根据权利要求1所述的密封剂，其特征在于，所述密封剂包括60-80％重量的改性膨润土和20-40％重量的粘土。
4.如权利要求1所述密封剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钠基膨润土与水按照1:10的重量比例加入搅拌罐搅拌，得到钠基膨润土泥浆；
(2)向步骤(1)得到的钠基膨润土泥浆中加入0.5-2％重量的聚离子纤维素，加热至60-80℃，利用高速搅拌装置搅拌7h，转速为1500-2000r/min，得到改性膨润土泥浆；
(3)将步骤(2)得到的改性膨润土泥浆烘干12h，粉碎，过80目筛，得到改性膨润土；
(4)将步骤(3)得到的改性膨润土与过80目筛的粘土混合，充分搅拌，即得。
5.如权利要求1所述密封剂在柔性止水帷幕底部的灌注方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将权利要求1的密封剂与水加入搅拌机，通过调节水的添加量使密封剂坍落度在120-180mm，搅拌20-30min，备用；
(2)将空气压缩机与空气注入管连接，将空气注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(3)启动空气压缩机，将空气压力设定为0.8-1.0MPa，运行15-20min，确保沉底及小石砾的重复扰动后，关闭空气压缩机；
(4)将密封剂输送泵与密封剂注入管连接，将密封剂注入管沿柔性止水帷幕下放到底槽中；
(5)关闭空气压缩机后，启动密封剂输送泵，将注入压力设定为20-30MPa，注入密封剂，每个密封剂注入点间距控制在1-3m，厚度控制在1-3m，注入完成后，将空气注入管与密封剂注入管抽出。
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