垃圾场防渗新技术：抗侵蚀性能实验研究

1）研究目的

垂直防渗墙由于长期处于各种地下水质及垃圾渗滤液的侵蚀作用下，墙体本身如果材料不合适会与污染物中成分发生反应，从而防渗墙体耐久性直接影响墙体抗渗性能的发挥，为了确定浆材固结体的耐久性，应对具有代表性的浆材固结体做耐久性实验。

由于垃圾填埋场防渗墙长期处于成分复杂、性质难以确定的垃圾渗滤液的作用下，因而仅从渗透系数、吸附阻滞性能来评价浆材结石体的抗渗性能是不够的。为满足垃圾场防渗墙的使用年限要求，浆材固结体对垃圾渗滤液的抗侵蚀性能也是一个不可忽视的重要指标，需要通过渗滤液浸泡试验来进一步评价防渗浆材固结体能否满足要求。

2）PBFC防渗浆材结石体的耐久性实验

（1）实验方法

PBFC防渗浆材耐久性实验试块，采用正交实验表2.14中的第五组配方（水泥20%、膨润土22%、粉煤灰18%、聚乙烯醇0.2%、无水碳酸钠0.8%、聚羧酸高效减水剂0.03%，其余为水），采用在标准养护条件下龄期为28 d的试块分别放入某垃圾填埋场的垃圾渗滤液、人工配制的酞酸酯溶液、重金属离子溶液、自来水等4种溶液中进行长期侵蚀实验。其具体方法为：将养护龄期为28 d的试块吸干表面水分，称过质量后放入装有相应的溶液烧杯中，并定期取出试块测定试块质量，以其质量改变量来研究其抗侵蚀性能。

（2）实验结果

防渗浆材固结体在不同溶液浸泡过程中的表观性质的变化如图5.24所示。可以观察到在经不同溶液长期浸泡过程中（均大于180 d），试块整体没有出现破坏、孔洞及散体等被侵蚀的现象，试块表面仍呈现较密实状态，仅是在垃圾渗滤液浸泡过程中试块颜色稍有变化，且对浸泡后的部分试块进行无侧限抗压强度试验，证实经浸泡后试块强度未发生明显变化。

PBFC浆材固结体试块在56 d浸泡过程中的质量变化情况见表5.27。试块质量改变量（相对于初始质量）随时间的变化如图5.25所示。由曲线整体走势可知，除去初期的质量变化情况，试块在垃圾渗滤液作用下，曲线斜率最大，说明在成分比较复杂、性质难以确定的垃圾渗滤液作用下，试块相对质量改变量最大，垃圾渗滤液对浆材固结体试块侵蚀性最大；而在重金属离子溶液和酞酸酯溶液作用下，曲线斜率基本为零，说明试块对其具有极强的抗侵蚀性。

图5.24　被浸泡试块的外观变化

图5.25　PBFC浆材固结体的质量随时间变化情况

表5.27　PBFC浆材固结体抗侵蚀结果

续表(www.xing528.com)

在垃圾渗滤液浸泡下的试块质量改变量最大，重金属溶液次之，其次为自来水与人工配制有机溶液（酞酸酯溶液）；在经过聚乙烯醇改性后的PBFC防渗浆材试块对于有机物具有较强的抗侵蚀能力；与此同时，针对酞酸酯溶液而言，试块质量基本未发生变化，说明处于酞酸酯溶液中的试块吸水作用较弱或再次发生水化反应。最后，针对重金属溶液及酞酸酯溶液，试块除初期的吸水而造成试块质量增加，后期试块质量基本不变，说明PBFC防渗浆材针对重金属及有机污染均有非常优越的抗侵蚀及耐久性；试块无论是在垃圾填埋场渗滤液、Hg和Pb等形成的重金属溶液还是有机溶液，改性防渗浆材固结体对其都有较强的抗侵蚀能力，其质量改变量均不超过1%，并且浸泡后的各试块都未出现被侵蚀现象及特征。

实验证明，PBFC防渗浆材固结体在垃圾渗滤液、酞酸酯溶液以及重金属溶液的侵蚀作用下具有很好的稳定性、耐腐蚀性能，完全可以达到防渗墙耐久性指标要求。

（3）抗侵蚀机理分析

对于垃圾填埋场渗滤液，相比其他组分而言，防渗浆材试块除初期质量增长较大外，后期试块质量仍在增加，说明试块在处于垃圾渗滤液侵蚀下发生某种反应，使试块空间结构发生变化。首先，垃圾渗滤液成分复杂，渗滤液中污染成分导致改性防渗浆材试块的空间结构破坏，造成较大的孔洞。其次，渗滤液呈弱碱性，同时试块自身也处于弱碱环境，这些因素环境为重金属离子提供了（OH）-离子，从而生成沉淀，填充于试块空隙之间或附着在固结体表面。最后，渗滤液中存在各种酸根[如SO2-4，（OH）-]离子，可与有机化膨润土-水泥防渗浆材固结体产生反应，使得水泥与膨润土之间结合性变差，固结体内部发生膨胀现象，导致其内部孔隙增大，从而使得大量的沉淀、颗粒物以及水溶液填充在孔隙间导致其质量有所增加。

对处于Hg和Pb形成的重金属溶液浸泡下的浆材固结体，浆材试块质量除初期的吸水原因造成的质量增加外，后期试块质量基本未发生变化，说明试块结构特性稳定，对重金属溶液具有良好的抗侵蚀性能。而未经过有机化改性的防渗浆材固结体试块，在重金属溶液的作用下，试块质量总体呈增大趋势，这主要是重金属离子对未经有机化改性的浆材试块的空间结构造成的破坏而形成孔隙结构，从而使得沉淀离子以及微颗粒充填其中造成试块质量增加。

对于酞酸酯溶液而言，试块在浸泡过程中质量改变量最小，几乎未发生变化。由于浆材中的膨润土是经聚乙烯醇有机化改性而得的，而酞酸酯溶液中的邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯等成分性质与其可以共存，不会影响其空间结构。与此同时，固结体试块特殊配置，使得处于有机环境下的试块水化反应速度减缓，因而在有机溶液侵蚀下的浆材试块质量改变量不大。

对处于自来水侵蚀环境下的试块，防渗浆材固结体在水中浸泡后质量有所增加，这是因为养护后的固结体与水接触后，固结体重新吸收水分，含水率增加，同时也存在微弱水化现象，使得试块质量有所增加且质量变化量大于在有机溶液侵蚀下的情况。

3）其他防渗浆材的耐久性实验

为了确定BFC，BFCF，NBFC等浆材结石体的耐久性，根据垃圾填埋场运行中防渗墙的工作环境，采用pH值为4的酸性液体和地下水（井水）对该类浆材结石体进行长时间的浸泡实验，如图5.26所示。浸泡实验证明BFC，BFCF，NBFC浆材结石体对酸性液体和地下水的侵蚀具有很好的稳定性和耐久性。经渗滤试验过后的浆材结石体表面覆满絮凝状有害物质，如图5.27所示。

图5.26　地下水浸泡240 d的试样

图5.27　渗滤试验过后的试样