一种基于钠羧甲基纤维素改性的垃圾场防渗浆材及制备方法

摘要

本发明公开了一种基于钠羧甲基纤维素改性的垃圾场防渗浆材及制备方法。所述防渗浆材配方由水泥、膨润土、粉煤灰、钠羧甲基纤维素、铝盐聚羧酸高性能减水剂、纯碱等组成，钠羧甲基纤维素、纯碱及铝盐共同作为对膨润土的改性剂。所述防渗浆材的结石率大于99.9％，固结体28d渗透系数为0.55×10‑8～6.7×10‑10cm/s，无侧限抗压强度为0.40～1.95MPa；浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4‑N、TP、SS等阻滞率达到96.5％以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.95％以上。浆材结石体具有很好的耐久稳定性，抗压强度及弹性模量适宜，塑性和韧性好，与垃圾填埋场的地基变形相协调，确保防渗隔离墙在设计使用年限内不出现开裂与失效。本发明的防渗浆材成本低，无毒环保，凝结时间可控性强，便于施工现场配制和使用。

权利要求

1.一种垃圾场防渗浆材，其特征在于：所述防渗浆材按每配制1m3浆液计算的组份为：水泥220～280kg、膨润土220～280kg、粉煤灰180～220kg、钠羧甲基纤维素0.6～3.2kg、铝盐

0.6～2.5kg、聚羧酸高性能减水剂0.3～0.5kg、纯碱0.6～3.2kg、其余为水；

所述浆材流动度为145mm～240mm，可泵期为28min～145min，固结体28d渗透系数为

0.55×10-8～6.7×10-10cm/s，无侧限抗压强度为0.40～1.95MPa，浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS的阻滞率为96.5％以上，对重金属离子阻滞率为99.95％以上。

2.根据权利要求1所述的垃圾场防渗浆材，其特征在于：所述水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土为蒙脱石矿物含量为40％～80％的黏土；粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；钠羧甲基纤维素的相对分子质量为242.16；铝盐为氯化铝或硫酸铝；聚羧酸高性能减水剂的型号为PCA-300P型；纯碱为碳酸钠。

3.一种如权利要求1或2所述的垃圾场防渗浆材的制备方法，其特征在于：以配制1m3浆材计算，所述方法包括如下步骤：

①取纯碱0.6kg～3.2kg，放入25kg水中在常温下进行溶解，静置待用；

②取钠羧甲基纤维素0.6kg～3.2kg，放入50kg水中常温下进行溶解，静置待用；

③取铝盐0.6kg～2.5kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置待用；

④取膨润土220kg～280kg，放入配置好的钠羧甲基纤维素溶液中，然后加入纯碱溶液及铝盐溶液，在常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨润土，搅拌，静置待用；

⑤取聚羧酸高性能减水剂0.3kg～0.5kg，放入10kg水中在常温下进行溶解，静置待用；

⑥取水泥220kg～280kg、粉煤灰180kg～220kg混合均匀后，加水搅拌，再加入改性的膨润土溶液搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态，即可得到垃圾场防渗浆材。

4.根据权利要求3所述的垃圾场防渗浆材的制备方法，其特征在于：步骤④中膨润土经过共同改性处理，充分搅拌后需要静置浸泡8h以上。

5.根据权利要求3所述的垃圾场防渗浆材的制备方法，其特征在于：所述水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土为蒙脱石矿物含量40％～80％的黏土；粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；钠羧甲基纤维素的相对分子质量为242.16；铝盐为氯化铝或硫酸铝；聚羧酸高性能减水剂的型号为PCA-300P型。

说明书

一种基于钠羧甲基纤维素改性的垃圾场防渗浆材及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于生活垃圾处置及污染防治的环境工程技术领域，具体涉及一种垃圾场防渗浆材及制备方法。

背景技术

[0002] 生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的各种固体废物。我国每年产生2亿吨左右的各种生活垃圾，并以每年8％～10％的速度增加,
据对中国近700座城市的生活垃圾状况进行调查，有230多座城市陷于垃圾包围之中。

[0003] 城市生活垃圾在填埋过程中，由于垃圾微生物的厌氧分解作用、降水的淋溶作用、地表径流和地下水渗入等形成了渗滤液(或称之为沥出液)。由于渗滤液的成分复杂(CODCr、
BOD5与重金属离子浓度较高)、污染性强，一旦发生渗漏将造成对垃圾场周围水体、土壤等
严重污染，因此城市垃圾的处置及污染防治已成为环境保护的突出问题之一。

[0004] 对垃圾场渗滤液渗漏污染最直接的控制方法是建立有效的防渗系统，将渗滤液，特别是将其中的有害污染物严格控制在一定的水文地质单元体内，同时建立渗滤液处理设
施进行处理，使其达到污水排放标准之后再排放，以避免污染周围地下水、地表水和土壤。
利用帷幕注浆等工艺技术在垃圾场的四周建立防渗系统(即建造防渗墙)是有效阻止渗滤
液中污染物向外迁移的最有效办法之一。垃圾场防渗系统的有效性一方面取决于防渗系统
是否能有效阻止渗滤液渗漏，另一方面取决于防渗系统能否有效阻止渗滤液中污染物向外
迁移，同时还能有效阻止地下径流进入垃圾填埋场，避免在填埋库区产生更多渗滤液。因此
选择渗透系数低，对垃圾场的渗滤液吸附阻滞作用好，成本低，便于现场使用的防渗浆材，
是建立垃圾填埋场防渗墙的关键因素。现有技术下，垃圾场防渗浆材多采用普通的膨润土
和减水剂改善浆材性能，但是对磷、铵态氮、CODCr、BOD5、Hg、As、Pb、Cd等的阻滞作用相对有
限，对CODCr、BOD5的阻滞率很难达到90％以上，28d渗透系数多在10-7cm/s左右。中国发明专
利ZL201410156248.7，公开了一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法，防渗浆材配方由膨润
土、普通硅酸盐水泥、粉煤灰、纯碱、TOJ800-10A型聚羧酸减水剂、聚乙烯醇等组成。该浆材
使用了聚乙烯醇对膨润土进行有机化处理，该防渗浆材的固结体28d渗透系数为(0.15～
3.5)×10-8cm/s，无侧限抗压强度为0.5～2.0MPa，浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等
阻滞率达到95％以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.9％以上。但是，使用聚乙烯醇对
膨润土进行有机化处理其成本较高。由于垃圾渗滤液成分复杂，现有技术下尚无一种浆材
能够同时实现高阻滞率和低渗透系数。

[0005] 本发明专利属于国家自然科学基金项目“垃圾填埋场PBFC防渗浆材性能与墙体变形分析”(项目编号：51678083)资助研究成果。

发明内容

[0006] 鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种对垃圾场的渗滤液吸附阻滞作用好，成本低，便于现场使用的垃圾场防渗浆材及制备方法。实现本发明目的
的技术方案如下：

[0007] 本发明提供一种基于钠羧甲基纤维素改性的垃圾场防渗浆材，所述防渗浆材按每配制1m3浆液计算的组份为：水泥220～280kg、膨润土220～280kg、粉煤灰180～220kg、钠羧
甲基纤维素0.6～3.2kg、铝盐0.6～2.5kg、聚羧酸高性能减水剂0.3～0.5kg、纯碱0.6～
3.2kg、其余为水。

[0008] 所述水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土为蒙脱石矿物含量为40％～80％的黏土；粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；钠羧甲基纤维素的相对分子质量为
242.16；铝盐为氯化铝(或硫酸铝)；聚羧酸高性能减水剂的型号为PCA-300P型；纯碱为碳酸
钠。

[0009] 本发明所述的垃圾场防渗浆材，其浆材流动度为145mm～240mm，可泵期为28min～145min，固结体28d渗透系数为0.55×10-8～6.7×10-10cm/s，无侧限抗压强度为0.40～
1.95MPa，浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到96.5％以上，对Hg、Pb等重金
属离子阻滞率在99.95％以上。浆材结石体具有很好的耐久稳定性，其塑性和韧性好，与垃
圾填埋场的地基变形相协调。

[0010] 本发明还提供了上述基于钠羧甲基纤维素改性的垃圾场防渗浆材的制备方法，以3
配制1m浆材为例，所述方法按照以下步骤实施：

[0011] ①取纯碱0.6kg～3.2kg，放入25kg水中在常温下进行溶解，静置待用；

[0012] ②取钠羧甲基纤维素0.6kg～3.2kg，放入50kg水中在常温下进行溶解，静置待用；

[0013] ③取铝盐0.6kg～2.5kg，放入25kg水中在常温下进行溶解，静置待用；

[0014] ④取膨润土220kg～280kg，放入配置好的钠羧甲基纤维素溶液中，然后加入纯碱溶液及铝盐溶液，在常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨润土，搅拌，静置待用；

[0015] ⑤取聚羧酸高性能减水剂0.3kg～0.5kg，放入10kg水中在常温下进行溶解，静置待用；

[0016] ⑥取水泥220kg～280kg、粉煤灰180kg～220kg混合均匀后，加水搅拌，再加入改性的膨润土溶液搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸高性能减水剂溶液，边加入边搅拌，搅拌至均
匀状态，即可得到垃圾场防渗浆材。

[0017] 上述步骤④中，膨润土经过共同改性处理，充分搅拌后需要静置浸泡8h以上。

[0018] 上述垃圾场防渗浆材的水泥优选42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土选蒙脱石矿物含量为40％～80％的黏土；粉煤灰选火电厂生产的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；钠羧甲基纤维素的相
对分子质量为242.16；铝盐为氯化铝或硫酸铝；聚羧酸高性能减水剂的型号为PCA-300P型；
纯碱为碳酸钠。

[0019] 本发明具有如下有益效果：

[0020] (1)本发明的防渗浆材以水泥、膨润土、粉煤灰等作为防渗浆材的主料，选用钠羧甲基纤维素、纯碱及铝盐(氯化铝或硫酸铝)共同作为对膨润土的改性剂。同时，选用聚羧酸
高性能减水剂优选PCA-300P型作为浆材稀释剂(调整流动度与可泵期)，使浆材的各项性能
指标达到优良：其浆材的结石率大于99.9％，固结体28d渗透系数为0.55×10-8～6.7×10-
10
cm/s，无侧限抗压强度为0.40～1.95MPa，浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率
达到96.5％以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.95％以上。浆材结石体具有很好的耐
久稳定性，确保防渗墙在设计使用年限内不出现开裂与失效。特别需要强调的是，与授权专
利ZL201410156248.7相比，本发明的浆材纯碱用量大幅减少(平均减少65％以上)，浆液可
灌性好(可调范围大)，其流动度为145mm～240mm，可泵期为28min～145min；固结体28d渗透
系数可降至6.7×10-10cm/s。

[0021] (2)本发明的防渗浆材成本低，按目前浆材原材料市场价格计算，配制1m3浆材成本仅为65元～120元，而配制1m3塑性混凝土防渗浆材成本在230元以上。

[0022] (3)本发明的垃圾场防渗浆材无毒环保，凝结时间可控性强，便于施工现场配制和使用，市场潜力巨大，工程应用前景广阔。

具体实施方式

[0023] 以下通过实施例说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不受实施例限制。在本发明中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含
义。

[0024] 实施例1：

[0025] 本实施例的垃圾场防渗浆材用各剂组分及含量为(单位kg/m3)：水泥245、膨润土255、粉煤灰200、钠羧甲基纤维素1.6、氯化铝1.5、聚羧酸高性能减水剂0.4、纯碱1.5、纯水
730。

[0026] ①取纯碱1.5kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置1h以上待用；

[0027] ②取钠羧甲基纤维素1.6kg，放入50kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0028] ③取氯化铝1.5kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0029] ④取膨润土(蒙脱石矿物含量为60％的黏土)255kg，放入上述的钠羧甲基纤维素溶液中，然后向其加入纯碱溶液及氯化铝溶液，常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨
润土，搅拌10min以后，静置8h以上待用；

[0030] ⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.4kg，放入10kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0031] ⑥取水泥245kg、粉煤灰(Ⅰ级)200kg混合均匀后加水(再加水620kg，使浆材的总体积达到1m3)进行搅拌，并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧
酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。

[0032] 实施例2：

[0033] 本实施例的垃圾场防渗浆材用各剂组分及含量为(单位kg/m3)：水泥220、膨润土220、粉煤灰180、钠羧甲基纤维素0.6、硫酸铝0.6、聚羧酸高性能减水剂0.3、纯碱0.6、纯水
760。

[0034] ①取纯碱0.6kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置1h以上待用；

[0035] ②取钠羧甲基纤维素0.6kg，放入50kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0036] ③取硫酸铝0.6kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0037] ④取膨润土220kg(蒙脱石矿物含量为40％的黏土)，放入上述的钠羧甲基纤维素溶液中，然后向其加入纯碱溶液及硫酸铝溶液，常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨
润土，搅拌10min以后，静置8h以上待用；

[0038] ⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.3kg，放入10kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0039] ⑥取水泥220kg、粉煤灰(Ⅰ级)180kg混合均匀后加水(再加水650kg，使浆材的总体积达到1m3)进行搅拌，并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧
酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。

[0040] 实施例3：

[0041] 本实施例的垃圾场防渗浆材用各剂组分及含量为(单位kg/m3)：水泥280、膨润土280、粉煤灰220、钠羧甲基纤维素3.2、氯化铝2.5、聚羧酸高性能减水剂0.5、纯碱3.2、纯水
700。

[0042] ①取纯碱3.2kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置1h以上待用；

[0043] ②取钠羧甲基纤维素3.2kg，放入50kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0044] ③取氯化铝2.5kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0045] ④取膨润土280kg(蒙脱石矿物含量为80％的黏土)，放入上述的钠羧甲基纤维素溶液中，然后向其加入纯碱溶液及氯化铝溶液，常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨
润土，搅拌10min以后，静置8h以上待用；

[0046] ⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.5kg，放入10kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0047] ⑥取水泥280kg、粉煤灰(Ⅱ级)220kg混合均匀后加水(再加水590kg，使浆材的总体积达到1m3)进行搅拌，并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚
羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。

[0048] 实施例4：

[0049] 本实施例的垃圾场防渗浆材用各剂组分及含量为(单位kg/m3)：水泥235、膨润土265、粉煤灰190、钠羧甲基纤维素2.0、硫酸铝2.0、聚羧酸高性能减水剂0.35、纯碱2.0、纯水
735。

[0050] ①取纯碱2.0kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置1h以上待用；

[0051] ②取钠羧甲基纤维素2.0kg，放入50kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0052] ③取硫酸铝2.0kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0053] ④取膨润土(蒙脱石矿物含量为50％的黏土)265kg，放入上述的钠羧甲基纤维素溶液中，然后向其加入纯碱溶液及硫酸铝溶液，常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨
润土，搅拌10min以后，静置8h以上待用；

[0054] ⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.35kg，放入10kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0055] ⑥取水泥235kg、粉煤灰(Ⅰ级)190kg混合均匀后加水(再加水625kg，使浆材的总体积达到1m3)进行搅拌，并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧
酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。

[0056] 实施例5：

[0057] 本实施例的垃圾场防渗浆材用各剂组分及含量为(单位kg/m3)：水泥270、膨润土230、粉煤灰210、钠羧甲基纤维素2.6、氯化铝2.3、聚羧酸高性能减水剂0.45、纯碱2.2、纯水
725。

[0058] ①取纯碱2.2kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置1h以上待用；

[0059] ②取钠羧甲基纤维素2.6kg，放入50kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0060] ③取氯化铝2.3kg，放入25kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0061] ④取膨润土(蒙脱石矿物含量为70％的黏土)230kg，放入上述的钠羧甲基纤维素溶液中，然后向其加入纯碱溶液及氯化铝溶液，常温下进行共同改性处理，即形成改性的膨
润土，搅拌10min以后，静置8h以上待用；

[0062] ⑤取聚羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)0.45kg，放入10kg水中常温下进行溶解，静置2h以上待用；

[0063] ⑥取水泥270kg、粉煤灰(Ⅱ级)210kg混合均匀后加水(再加水615kg，使浆材的总3
体积达到1m)进行搅拌，并将改性的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚
羧酸高性能减水剂(PCA-300P型)溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。

[0064] 采用本领域常规方法考察本发明实施例1-5制得的浆材各项性能参数详见下表1。

[0065] 表1实施例的浆材配方及性能参数

[0066]