基于粉煤灰改性粘土的垃圾填埋场防渗层的实验研究

孙 雪 景

(吉林建筑大学市政环境与工程学院，长春 130118)

0 引言

固体废物的处理成为环境工程领域中研究的热点之一[1-2].目前，处理固体废物的方法很多，其中以卫生填埋法较为普遍[3].但这种方法也存在一定的隐患，主要是在填埋过程中可能出现渗滤液，渗滤液的毒性会对周边环境和水体造成严重污染.为了消除上述问题，就必须有能防止开裂的防渗层，其衬里性能良好.本文针对垃圾填埋场防渗层存在的开裂、开孔、解体等实际问题，采用在天然粘土中加入粉煤灰这一改性材料使其改性，以解决上述问题.

1 粉煤灰改性粘土液限及塑限的测定实验

1.1 实验目的

衡量粘性土好坏的重要指标为界限含水率和塑限指数[4-5].其中，界限含水率是指粘性土由一种状态变成另一种状态的最大含水率.根据其含水率不同粘性土可分为四种状态，其相应的界限含水率分别对应缩限、塑限和液限，其中，液限与塑限的差值称为塑限指数.作为防渗层材料，粘土的液限、塑限及塑限指数必须满足一定的要求，使其能够起到良好的防渗作用.根据国际标准规定，作为垃圾填埋场防渗层材料其塑限指数数值应在10%～35%之间，塑限指数超过此限值将会更粘，难以室外操作，同时容易结成硬块难以破碎.本文的实验目的有两个：① 根据实验结果确定改性后粘土的塑限指数数值的大小；② 确定改性后粘土的塑限，为最优含水率与最大干密度的测定实验提供相关的理论依据.

1.2 试验材料与方法

图1 粘土塑性分类

1.3 试验结果及分析

通过上述实验步骤，测定其结果如表1所示.从表1测定的结果可以看出，经过掺入粉煤灰改性后的粘土的塑限指数基本上都在10%～30%之间，符合垃圾填埋场对防渗材料的要求.同时根据上述数据可以绘制相应的细粒土分类塑性图(如图1所示).通过图1可知本次实验所用粘土属于低塑性粘土.因此应注意其失水断裂的问题.本次试验所测得的塑限值，可以为最优含水率和最大干密度的测定试验作为参考依据.

表1 粘土及粉煤灰改性粘土液塑限测定值

2 改性粘土最大干密度和最优含水率测定实验

2.1 实验目的

最大干密度和最优含水率是衡量粘性土防渗效果的两个重要指标，粘性土在最大干密度和最优含水率的状态下，其防渗及防开裂性能达到最佳.

2.2 实验材料及设备

实验材料主要包括粉煤灰和粘土.实验设备包括击实仪、天平、碾土设备及电热烘箱等.

2.3 实验方法

本次实验主要采用击实实验，其实验步骤如下：① 检查击实仪的性能是否正常，同时检查其配件的性能是否正常；② 从一份实验样本中，分三次取相同量土壤倒入击实筒中，分三层击实，每层40击；③ 测出筒与试样的总质量，并计算湿密度；④ 击实后取一定比例的土样(10g～20g)，测定其含水率的大小；⑤ 重复步骤①～③，对剩余的样本进行击实实验.

2.4 实验结果

根据实验测定不同配比粉煤灰改性粘土的塑限和液限，绘制含水率和干密度曲线如图2～图5.通过含水率和干密度曲线，可以得到掺入不同比例粉煤灰后粘土的最优含水率和最大干密度(如表2所示).

图2 掺入10%粉煤灰后含水率和干密度曲线

图3 掺入15%粉煤灰后含水率和干密度曲线

图4 掺入20%粉煤灰后含水率和干密度曲线

图5 掺入25%粉煤灰后含水率和干密度曲线

表2 掺入不同比例粉煤灰后粘土最优含水率与最大干密度数值

从表2可知，掺入粉煤灰后的粘土的最大干密度ρ随着掺入粉煤灰比例的升高而下降.当掺入10%粉煤灰时，其最大干密度值达到最大为1.89g/cm3.出现上述现象原因是由于天然粘土的密度较大，当整个混合粘土中粉煤灰比例较少时，粉煤灰与粘土结合紧密，相应的干密度较大.

3 结论

本文主要通过测定掺入粉煤灰后的粘土的液塑限值和最大干密度值，来研究改性粘土的力学特性.实验研究表明，粘土掺入比例在30%以内粉煤灰后，其塑限指数可以保持在10%～35%之间，符合规定要求.

参 考 文 献

[1] 周富春.固体废物的处理现状及研究进展[J].山西建筑,2009,35(10)：5-7.

[2] 杨雪丽,王红月.浅谈城市固体废物处理[J].环境科技,2008,21(2)：21-25.

[3] 吴桂芹,王伍军,林学海.粉煤灰改良粘土可塑性和抗剪切强度的试验研究[J].山西建筑,2006,32(1)：30-33.

[4] 郭鸿,骆亚生,杨永俊.掺黄土粉煤灰的渗透特性[J].西北农林科技大学学报,2009,37(9)：41-45.

[5] 陆海军,栾茂田,张金利,于永鲜.垃圾填埋场衬垫对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)吸附的动力学研究[J].环境科学学报,2009,29(1)：56-59.