水质对膨润土防水毯防渗效果影响研究
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
( 1. Co llege of w ater Co nserv ancy and Civil Engineer ing , I nner M o ng olia A g ricultur e U niversit y, H uhho t 010018, China; 2. W ater Conservancy R esear ch Institute of Inner M o ng olia, H uhho t 010020, China)
Study on the Influence of Water Quality on Anti seepage Effect of Geosynthetic Clay Liners
ZHOU Chun sheng1 , CHAI Jian hua2 , SHI Hai bin1 , YU Jian2 , ZHAO Pei qing2
膨润土防水毯 是在 2 层土 工 合成 材料 ( 土 工织 物或 土 工 膜) 之间夹封膨润土粉末( 或膨润土粒) , 通 过针刺、缝合或粘 合 而成的一种复合材料, 膨润 土防 水毯之 所以 有极低 的透 水性, 主要是因为夹层中膨 润土的 存在。膨 润土 是一 种层状 含水 硅 酸盐, 膨润土的矿物 学名 称为蒙 脱石[ 2] , 具 有优 良的吸 湿膨 胀 性、低渗性任何影响膨润土水力渗透性 的因素均 影响膨润土 防 水毯的水力渗透性。膨润 土防 水毯用 于渠 道防 渗有着 特殊 的 优势[3] , 具 体表现 在: 柔性极 好, 具 有极强 的自我 愈合功 能, 抗 张应变能力强, 抗干湿循环能力强, 抗冻融 循环能力强, 搭接 方 便, 安装简单, 施工速 度快。国 外自 20 世 纪 50 年 代起 就开 始 了有机膨润土的研制开发, 70 年 代膨润土被制成多种形式的产 品[4] , 80 年 代, 人 们发现只要 将膨润土 粘结或缝织 在 2 层纸 或 塑料膜中就可制成防渗卷材, 稍加改进 即可用作 填埋场衬层 材 料[5] 。1995 年, 美国材料实验室研究协会( A ST M ) 开始出台 膨 润土防水毯试验标准, 至 1999 年, 膨润 土防水毯的产品试验 标 准已基本完善[6] 。近年来 膨润 土防渗 在国 内工 程中已 广泛 应 用, 但用在渠道防渗工 程中 还不 多, 特 别是 在西 北干旱 寒冷 盐 渍化较严重的地区的适应性研究尚属空白, 所以 研究水质对 膨 润土防水毯防渗效果影响有重要的意义。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
式中: Q 为单位时间内的渗流量; K 为渗透系数; A 为渗流断 面 面积; ∀h 为渗流水头损失; #膨润毯厚度。
本文渗透系数的 测定 采用 式( 2) 。选取 3 种不 同类 型, 有 韩国 1 号、韩国 2 号、中 国 1 号 ( 结 构如 图 1) 膨润 土防 水毯 材 料, 人工配制不同矿化度 ( 0. 5 g / L 、1 g/ L、3 g/ L 、5 g / L ) 、不 同 离子( N a+ ; K+ ; Ca2+ ; M g2+ ) 滤液, 测 定滤 液对 膨润 土防 水 毯 防渗效果( 渗透系数) 的影响。
摘 要: 针对我国西北 干旱寒冷盐渍化地区渠 道防渗 存在的 问题, 对拟引 进使用 的膨润 土防水 毯的膨胀 性能及
防渗效果进行研究, 提出推 广应用一种新型复合土工合成材料( 膨润土防水毯) 。选择 3 种膨润土防水毯产品, 采取室
内试验, 分析了不同浓度及 离子溶液 对膨 润土防 水毯 防渗效 果的 影响。试 验表 明溶液 浓度 膨润 土膨胀 性能 影响较
蒙脱土的外表面和部 分内 表面离 子间 松散 的静电 引力 使 它们易于与溶液中的 阳离子 发生 离子交 换。描 述这种 离子 交 换理论较为理想的模 型是双 电层 离子交 换理 论。即固 体与 液 体接触时, 固体在溶液中荷电因电离、离子 交换、离子吸附作 用 而构成双电层[9] 。即固体在溶液荷电后, 由于静 电引力会吸 引 溶液中带相反电荷的离子, 它向固体表 面靠拢而 集积在距固 液 二相面一定距离的溶液一侧界面区内, 以补偿 其电荷平衡。 双 电层的厚度对其水力渗透性有着决定性 的影响。双电 层越厚, 可供自由水自由进出的渗流通道口径就越 小, 它 的水力渗透 性 能就越差, 防渗性能就越好。双电层厚度可由下式确定 。
1 试验材料与方法
1. 1 所选材料的结构类型
所选膨润土防水毯结构主要有 2 种类 型, 产 品的基本结 构 为 2 层有机 材料夹 1 层膨润土, 4 层有机材料夹 1 层膨润土, 有 机材料与膨润土间用粘合剂粘合或针刺缝合。见图 1。
图 1 两种膨润土防水毯产品结构类型示意图
1. 2 膨润土防水毯的膨胀机理
膨润土防水毯中 起主要 作用 的是夹 层中 的膨 润土。膨 润
土遇水会产生膨胀扩散而 相互 挤压填 满土 壤中 的孔隙 使得 膨 润土中的输水通道减小, 从而防止水 分渗入达 到防渗效果。 而 膨润土中真正起膨胀防渗作用的是蒙脱土, 占 膨润土的 60% ~ 90% 。化学 成 分 是 含 水 硅 酸 盐 成 层 状 结 构 其 分 子 式 是 Al2 ( Si4 O10 ) ( OH ) 2 nH2 O , 由 2 层硅氧四面体夹封 1 层氢氧八 面 体构成, 系 Si- Al- Si 结构 体系[7, 8] 。蒙 脱土的 2 个相 邻晶 层 之间有氧原子层和氧原 子层 相接, 没有 氢键, 故 单位晶 层之 间 结合力微弱, 水与其他 极性 分子 能进入 单位 晶层之 间, 引起 晶 格沿垂直晶层方向膨胀。
土抗冻融循环性能 差, 膜料使 用寿 命短等 缺点。在 干旱 寒冷、 土壤盐渍化严重的西北干 旱半 干旱地 区用 于渠 道防渗 都有 一 定的局限性。所以对西北 干旱 寒冷盐 渍化 严重 地区用 于渠 道 防渗新材料的研究有 重要的 意义。本 研究 对内 蒙古河 套灌 区 渠道防渗拟引进的膨润土 防水 毯的防 渗效 果及 不同类 型盐 分 组成对防水毯的影响进行探讨。
0引言
渠道防渗 的重要 性日益 为人们 所认识, 要节 约用水, 应 抓 住用水量最大的用户。农业用水量占我国总用水量的 73% [ 1] , 因此必须从农业用水 抓起。 节水可 分为: 工 程节水、灌 水技 术
节水、管理节水。而 发展节 水型 农业行 之有 效的节 水技 术有: 渠道防渗、低压管道输水、改进地面灌溉技 术、实 行节水灌溉 制 度等。这些无疑均是重要的和必需的, 但节水效 益最大的技 术 则是渠道防渗。常用的渠道防渗材料有土 料、水 泥土、砌石、膜 料、混凝土防渗等。因土料防渗允许流速低, 水泥土、砌石混凝
Abstract: A iming at the ex isting pr oblems of canal anti- seepage in the northw est draug ht cold saline reg io ns, this paper studied the sw elling per formance and anti seepag e effect o f GCL ( geo synthet ic clay liner s) which is preparing to be intr oduced to use. Choosing three types o f GCL pro ducts, this paper analyzed the influence of different co ncentrations and io n solut ion on the ant i seepag e effects of GCL throug h indoo rs ex per iment . T he result indicated that the so lution concentr atio ns had g reater influence o n the swelling per fo rmance o f GCL , and the swelling quantity wo uld reduce obv iously w hen the miner alizatio n deg ree w as mor e than 5 g / L. Ion and co ncentrat ion had the sma llest influence o n the anti seepag e perfo rmance of the K orea 1st pr oduct, w hich had two lay er pr otectiv e po ly pr opylene membrane. Besides the composition and content of the G CL , the str ucture of two lay er pr otectiv e polypro py lene mem brane had big gish influence on the anti- seepage effect. Key words: G CL; ant i seepag e; swelling quantity ; seepag e co efficient
1. 3 试验设计
由于渗流 流速很 小, 因而其动 能可以 忽略不 计, 故渗流 的 机械能就等于它的势能。液体是在均质土 中做均匀流 的情况, 本试验渗流主要是垂直 渗流, 由 于横向 渗流 很小可 忽略 不计, 故属于层流渗流, 渗透过程主要遵循 Darcy 定律。
Q = K A ∀ h/ #
( 2)
取样及测定方法: 选择没有破损穿孔的膨润土防水毯产 品, 用 专用工具将 其 剪成 60 cm 60cm 的方块 , 放入矿化度为 0. 3 g/ L 的溶液中 充 分膨胀 24 h。将试件平 放在 光滑 的平 板上, 用 切割 刀切 为 50 cm 50cm 的方块。把试件放入渗透仪中密封加 入人工配制 的 滤液, 计时测定 不同 滤液 下的 渗 透流 量, 由 式( 2) 计 算渗 透 系 数。将试件放入硬壁渗 透仪 时, 试件与 渗透 仪间进 行密 封, 防 止从试 件 与 渗 透 仪 壁 间 漏 水。 自 由 膨 胀 量 测 试 根 据 美 国
大, 当矿化度大于 5 g/ L 时膨胀量明显减小。离子及浓度对韩国 1 号( 两层聚丙烯薄膜防护) 防渗性能影响最小, 除与
膨润土成分及含量有关外, 两层聚丙烯薄膜防护层结构对防渗性能也有较大的影响。
关键词: 膨润土防水毯 ; 渠道防渗; 膨胀量; 渗透系数
中图分类号: T V441
文献标识码: A
收稿日期: 2006 04 24 基金项目: 内蒙古水利厅重点项目资助。 作者简介: 周春生( 1977 ) , 男, 硕士研究生, 从事节水灌溉新技术方面的研究。 通讯作者: 史海滨( 1961 ) , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事节水灌溉理论及应用研究。
28
水质对膨润土防水毯防渗效果影响研究 周春生 柴建华 史海滨 等
节水灌溉 2006 年第 6 期
27
文章编号: 1007 4929( 2006) 06 0027 04
水质对膨润土防水毯防渗效果影响研究
周春生1, 柴建华2 , 史海滨1 , 于 健2 , 赵培清2
( 1. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学 院, 内蒙古 呼和浩特 010018; 2. 内蒙古水利科 学研究院, 内蒙古 呼和浩特 010020)
=
0RT 2 2 F2!
( 1)
式中: 为德拜 长度, m; 为 滤液 的相 对介电 常数 (无 因次 ); 0 为真空中的介电常数, 8. 854 10- 12 C2 / ( J m) ; R 为波尔兹曼 常 数, 8. 314J/ ( mo l K) ; F 为 法 拉 第 常 数 ( 9. 648 7 104 C/ mo l) ; T 为绝对温度, K; 为 阳离子 的价位 数( 无因次 ) ; ! 为电解液浓度, mo l/ m3 。
Study on the Influence of Water Quality on Anti seepage Effect of Geosynthetic Clay Liners
ZHOU Chun sheng1 , CHAI Jian hua2 , SHI Hai bin1 , YU Jian2 , ZHAO Pei qing2
膨润土防水毯 是在 2 层土 工 合成 材料 ( 土 工织 物或 土 工 膜) 之间夹封膨润土粉末( 或膨润土粒) , 通 过针刺、缝合或粘 合 而成的一种复合材料, 膨润 土防 水毯之 所以 有极低 的透 水性, 主要是因为夹层中膨 润土的 存在。膨 润土 是一 种层状 含水 硅 酸盐, 膨润土的矿物 学名 称为蒙 脱石[ 2] , 具 有优 良的吸 湿膨 胀 性、低渗性任何影响膨润土水力渗透性 的因素均 影响膨润土 防 水毯的水力渗透性。膨润 土防 水毯用 于渠 道防 渗有着 特殊 的 优势[3] , 具 体表现 在: 柔性极 好, 具 有极强 的自我 愈合功 能, 抗 张应变能力强, 抗干湿循环能力强, 抗冻融 循环能力强, 搭接 方 便, 安装简单, 施工速 度快。国 外自 20 世 纪 50 年 代起 就开 始 了有机膨润土的研制开发, 70 年 代膨润土被制成多种形式的产 品[4] , 80 年 代, 人 们发现只要 将膨润土 粘结或缝织 在 2 层纸 或 塑料膜中就可制成防渗卷材, 稍加改进 即可用作 填埋场衬层 材 料[5] 。1995 年, 美国材料实验室研究协会( A ST M ) 开始出台 膨 润土防水毯试验标准, 至 1999 年, 膨润 土防水毯的产品试验 标 准已基本完善[6] 。近年来 膨润 土防渗 在国 内工 程中已 广泛 应 用, 但用在渠道防渗工 程中 还不 多, 特 别是 在西 北干旱 寒冷 盐 渍化较严重的地区的适应性研究尚属空白, 所以 研究水质对 膨 润土防水毯防渗效果影响有重要的意义。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
式中: Q 为单位时间内的渗流量; K 为渗透系数; A 为渗流断 面 面积; ∀h 为渗流水头损失; #膨润毯厚度。
本文渗透系数的 测定 采用 式( 2) 。选取 3 种不 同类 型, 有 韩国 1 号、韩国 2 号、中 国 1 号 ( 结 构如 图 1) 膨润 土防 水毯 材 料, 人工配制不同矿化度 ( 0. 5 g / L 、1 g/ L、3 g/ L 、5 g / L ) 、不 同 离子( N a+ ; K+ ; Ca2+ ; M g2+ ) 滤液, 测 定滤 液对 膨润 土防 水 毯 防渗效果( 渗透系数) 的影响。
摘 要: 针对我国西北 干旱寒冷盐渍化地区渠 道防渗 存在的 问题, 对拟引 进使用 的膨润 土防水 毯的膨胀 性能及
防渗效果进行研究, 提出推 广应用一种新型复合土工合成材料( 膨润土防水毯) 。选择 3 种膨润土防水毯产品, 采取室
内试验, 分析了不同浓度及 离子溶液 对膨 润土防 水毯 防渗效 果的 影响。试 验表 明溶液 浓度 膨润 土膨胀 性能 影响较
蒙脱土的外表面和部 分内 表面离 子间 松散 的静电 引力 使 它们易于与溶液中的 阳离子 发生 离子交 换。描 述这种 离子 交 换理论较为理想的模 型是双 电层 离子交 换理 论。即固 体与 液 体接触时, 固体在溶液中荷电因电离、离子 交换、离子吸附作 用 而构成双电层[9] 。即固体在溶液荷电后, 由于静 电引力会吸 引 溶液中带相反电荷的离子, 它向固体表 面靠拢而 集积在距固 液 二相面一定距离的溶液一侧界面区内, 以补偿 其电荷平衡。 双 电层的厚度对其水力渗透性有着决定性 的影响。双电 层越厚, 可供自由水自由进出的渗流通道口径就越 小, 它 的水力渗透 性 能就越差, 防渗性能就越好。双电层厚度可由下式确定 。
1 试验材料与方法
1. 1 所选材料的结构类型
所选膨润土防水毯结构主要有 2 种类 型, 产 品的基本结 构 为 2 层有机 材料夹 1 层膨润土, 4 层有机材料夹 1 层膨润土, 有 机材料与膨润土间用粘合剂粘合或针刺缝合。见图 1。
图 1 两种膨润土防水毯产品结构类型示意图
1. 2 膨润土防水毯的膨胀机理
膨润土防水毯中 起主要 作用 的是夹 层中 的膨 润土。膨 润
土遇水会产生膨胀扩散而 相互 挤压填 满土 壤中 的孔隙 使得 膨 润土中的输水通道减小, 从而防止水 分渗入达 到防渗效果。 而 膨润土中真正起膨胀防渗作用的是蒙脱土, 占 膨润土的 60% ~ 90% 。化学 成 分 是 含 水 硅 酸 盐 成 层 状 结 构 其 分 子 式 是 Al2 ( Si4 O10 ) ( OH ) 2 nH2 O , 由 2 层硅氧四面体夹封 1 层氢氧八 面 体构成, 系 Si- Al- Si 结构 体系[7, 8] 。蒙 脱土的 2 个相 邻晶 层 之间有氧原子层和氧原 子层 相接, 没有 氢键, 故 单位晶 层之 间 结合力微弱, 水与其他 极性 分子 能进入 单位 晶层之 间, 引起 晶 格沿垂直晶层方向膨胀。
土抗冻融循环性能 差, 膜料使 用寿 命短等 缺点。在 干旱 寒冷、 土壤盐渍化严重的西北干 旱半 干旱地 区用 于渠 道防渗 都有 一 定的局限性。所以对西北 干旱 寒冷盐 渍化 严重 地区用 于渠 道 防渗新材料的研究有 重要的 意义。本 研究 对内 蒙古河 套灌 区 渠道防渗拟引进的膨润土 防水 毯的防 渗效 果及 不同类 型盐 分 组成对防水毯的影响进行探讨。
0引言
渠道防渗 的重要 性日益 为人们 所认识, 要节 约用水, 应 抓 住用水量最大的用户。农业用水量占我国总用水量的 73% [ 1] , 因此必须从农业用水 抓起。 节水可 分为: 工 程节水、灌 水技 术
节水、管理节水。而 发展节 水型 农业行 之有 效的节 水技 术有: 渠道防渗、低压管道输水、改进地面灌溉技 术、实 行节水灌溉 制 度等。这些无疑均是重要的和必需的, 但节水效 益最大的技 术 则是渠道防渗。常用的渠道防渗材料有土 料、水 泥土、砌石、膜 料、混凝土防渗等。因土料防渗允许流速低, 水泥土、砌石混凝
Abstract: A iming at the ex isting pr oblems of canal anti- seepage in the northw est draug ht cold saline reg io ns, this paper studied the sw elling per formance and anti seepag e effect o f GCL ( geo synthet ic clay liner s) which is preparing to be intr oduced to use. Choosing three types o f GCL pro ducts, this paper analyzed the influence of different co ncentrations and io n solut ion on the ant i seepag e effects of GCL throug h indoo rs ex per iment . T he result indicated that the so lution concentr atio ns had g reater influence o n the swelling per fo rmance o f GCL , and the swelling quantity wo uld reduce obv iously w hen the miner alizatio n deg ree w as mor e than 5 g / L. Ion and co ncentrat ion had the sma llest influence o n the anti seepag e perfo rmance of the K orea 1st pr oduct, w hich had two lay er pr otectiv e po ly pr opylene membrane. Besides the composition and content of the G CL , the str ucture of two lay er pr otectiv e polypro py lene mem brane had big gish influence on the anti- seepage effect. Key words: G CL; ant i seepag e; swelling quantity ; seepag e co efficient
1. 3 试验设计
由于渗流 流速很 小, 因而其动 能可以 忽略不 计, 故渗流 的 机械能就等于它的势能。液体是在均质土 中做均匀流 的情况, 本试验渗流主要是垂直 渗流, 由 于横向 渗流 很小可 忽略 不计, 故属于层流渗流, 渗透过程主要遵循 Darcy 定律。
Q = K A ∀ h/ #
( 2)
取样及测定方法: 选择没有破损穿孔的膨润土防水毯产 品, 用 专用工具将 其 剪成 60 cm 60cm 的方块 , 放入矿化度为 0. 3 g/ L 的溶液中 充 分膨胀 24 h。将试件平 放在 光滑 的平 板上, 用 切割 刀切 为 50 cm 50cm 的方块。把试件放入渗透仪中密封加 入人工配制 的 滤液, 计时测定 不同 滤液 下的 渗 透流 量, 由 式( 2) 计 算渗 透 系 数。将试件放入硬壁渗 透仪 时, 试件与 渗透 仪间进 行密 封, 防 止从试 件 与 渗 透 仪 壁 间 漏 水。 自 由 膨 胀 量 测 试 根 据 美 国
大, 当矿化度大于 5 g/ L 时膨胀量明显减小。离子及浓度对韩国 1 号( 两层聚丙烯薄膜防护) 防渗性能影响最小, 除与
膨润土成分及含量有关外, 两层聚丙烯薄膜防护层结构对防渗性能也有较大的影响。
关键词: 膨润土防水毯 ; 渠道防渗; 膨胀量; 渗透系数
中图分类号: T V441
文献标识码: A
收稿日期: 2006 04 24 基金项目: 内蒙古水利厅重点项目资助。 作者简介: 周春生( 1977 ) , 男, 硕士研究生, 从事节水灌溉新技术方面的研究。 通讯作者: 史海滨( 1961 ) , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事节水灌溉理论及应用研究。
28
水质对膨润土防水毯防渗效果影响研究 周春生 柴建华 史海滨 等
节水灌溉 2006 年第 6 期
27
文章编号: 1007 4929( 2006) 06 0027 04
水质对膨润土防水毯防渗效果影响研究
周春生1, 柴建华2 , 史海滨1 , 于 健2 , 赵培清2
( 1. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学 院, 内蒙古 呼和浩特 010018; 2. 内蒙古水利科 学研究院, 内蒙古 呼和浩特 010020)
=
0RT 2 2 F2!
( 1)
式中: 为德拜 长度, m; 为 滤液 的相 对介电 常数 (无 因次 ); 0 为真空中的介电常数, 8. 854 10- 12 C2 / ( J m) ; R 为波尔兹曼 常 数, 8. 314J/ ( mo l K) ; F 为 法 拉 第 常 数 ( 9. 648 7 104 C/ mo l) ; T 为绝对温度, K; 为 阳离子 的价位 数( 无因次 ) ; ! 为电解液浓度, mo l/ m3 。