一种低渗透高吸附性可拆卸装配式阻隔墙体和制备方法

1.本发明属于重金属污染土壤修复和固体废弃物资源化利用领域，使用固体废弃物为阻隔墙主体，达到阻隔重金属为目的。具体涉及一种用于阻隔重金属的低渗透高吸附性可拆卸装配式阻隔墙体和制备方法。


背景技术：

2.重金属具有易累积性、不可降解性和易迁移性，在污染土壤中的重金属能通过不断地迁移和转化造成周边地下水和周围土壤的严重污染，进入土壤中产生积累后将以直接或间接的方式影响人体健康。
3.竖向阻隔技术是污染场地综合处治和风险管控的重要技术之一。首先通过在污染区周边建立阻隔墙，阻止污染物进一步扩散，再在管控区内，对地下的污染物进行修复。目前常用的阻隔墙为泥浆墙、水泥墙和钢板桩等。其中泥浆墙和水泥墙通过将液态的悬浮液转化为致密的固态墙体，达到阻隔作用；钢板桩则是通过将钢板垂直打入地下，实现垂直隔水。在高风险复合重金属污染物胁迫下，阻隔屏障将出现防渗性能失效、吸附性能衰退，同时其具有安装工程大、拆除十分困难等问题。
4.使用固体废弃物制备装配式阻隔墙，使用刚性和柔性墙体材料组合的方式，添加钙硅胶凝材料和有机添加剂（聚羧酸钾），增强其抗渗性和吸附性。同时，很大程度上消除了现场混凝土浇筑的诸多弊端，为施工的标准化、模型化提供了条件。提高了施工环境质量，实现可自由组装和拆卸，减少了对周围环境的影响。同时，减少固体废弃物对环境的危害，符合现代绿色环保的要求。


技术实现要素：

5.发明目的本发明的目的在于提供一种用于重金属污染场地土壤修复用低渗透高吸附性可拆卸装配式阻隔墙体和制备方法，从而实现固体废弃物的资源化利用和重金属污染场地的高效持久治理，无二次污染，降低污染土壤修复成本的目的。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体，其特征在于装配式阻隔墙体由柔性墙体材料和刚性墙体材料两部分构成，通过按照刚性-柔性-刚性墙体材料组合，通过组块逐块堆叠，左侧凸型端插入右侧凹型插入槽垂直插入到污染场地，形成连续密闭性阻隔墙，墙体的渗透系数在10-8
cm/s以下。
7.其中，柔性墙体材料部分由膨润土、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料组成，原料均为200目粉体；其中膨润土质量比例为35-55%，粉煤灰质量比例为35-55%，钙硅胶凝材料质量比例为3-10%，聚羧酸钾质量比为0.05-0.5%，喷淋加入总质量（膨润土、粉煤灰、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料）3-7%的水。
8.作为上述方案的进一步描述，膨润土与粉煤灰的质量比例为(0.63-1.57)：1，膨润
土和钙硅胶凝材料质量比例为（3.5-18.3）:1，膨润土与聚羧酸钾的质量比为（110-700）:1，喷淋加入总质量（膨润土、粉煤灰、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料）3-7%的水。
9.一种制备低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体柔性墙体材料的制备方法，混合、搅拌，搅拌时间5-30min，搅拌转速60-240r/min，压制压力为5-20mpa，养护温度20-30℃，时间3-7天，柔性阻隔墙体1厚度为5～15cm，水平宽度为5～15cm，垂向高度根据污染地块深度而定，最大为50~80cm，柔性阻隔墙体2厚度为5～15cm，水平宽度为30～90cm，垂向高度根据污染地块深度而定，最大为5~15cm，其特征在于，包括以下步骤：将膨润土、粉煤灰和钙硅胶凝材料混合均匀；将聚羧酸钾与水混合，得到聚羧酸钾溶液；将膨润土、粉煤灰和钙硅胶凝材料与聚羧酸钾溶液混合，倒入模具，压制成型；成型柔性墙体材料进行养护，得到柔性墙体材料。
10.其中，刚性墙体部分由气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂组成，原料均为200目粉体，其中气化渣质量比例为60%-80%、煤矸石质量比例15%-35%、水泥质量比例2%-8%、水玻璃质量比例为1-5%，钙硅胶凝材料质量比例1-5%和聚羧酸系减水剂质量比例0.1-1%，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）5-30%的水。
11.作为上述方案的进一步描述，气化渣：煤矸石质量比例为（1.7-5.3）:1，气化渣与水泥质量比例为（7.5-40）:1，气化渣与水泥质量比例为（12-80）:1，气化渣与钙硅胶凝材料比例为（12-80）:1，水泥与聚羧酸减水剂质量比例为（60-800）:1，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）5-30%的水。
12.一种制备低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体刚性墙体材料的制备方法，混合、搅拌，搅拌时间5-30min，搅拌转速60-240r/min，养护温度20-30℃，脱模前养护24小时，脱模后养护时间3-14天，刚性阻隔墙板厚度为5～15cm，水平宽度为30～60cm，垂向高度根据污染地块深度而定，最大为50~80cm，其特征在于，包括以下步骤：将气化渣、煤矸石、水泥和钙硅胶凝材料混合均匀；将水玻璃与水混合，得到稀释溶液；将气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料与水玻璃稀释液混合，倒入模具；刚性墙体材料进行养护，脱模；脱模后干燥养护20-30℃，时间3-14天，得到刚性墙体材料。
13.一种使用上述用于修复重金属污染土壤的低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体墙体材料使用方法，包括如下步骤：步骤一：水平施工时，刚性阻隔墙体面2凸型端插入到柔性墙体1的面3凹型槽中形成连续的垂直阻隔墙，柔性墙体1的面4凸型端与刚性阻隔墙体面1凹型槽连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面5和柔性墙体2的面6相连接；步骤二：垂直施工时，刚性阻隔墙体面7和柔性墙体1的面8的凹型槽分别与柔性墙体2的面9凸型端连接形成连续的垂直阻隔墙。柔性墙体2的面10分别于刚性阻隔墙体面11和柔性墙体1的面12相连接形成连续的垂直阻隔墙。
14.一种使用上述用于修复重金属污染土壤的低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体刚性墙体材料修复污染土壤的方法。
15.作为上述方案的进一步描述，所述重金属污染土壤包括重金属zn、cu、pb和cd中的一种或两种以上。
16.优点及效果。
17.①
本发明中使用钙硅胶凝材料，可快速稳定吸附重金属，提高墙体对重金属的吸附性能，同时降低墙体的渗透系数。
18.②
本发明中使用刚性-柔性-刚性装配式组合墙体，可自由组装与拆卸，施工的标准化、模型化。
19.③
本发明所用的气化渣、煤矸石、粉煤灰等成本低，极大地降低了生产成本。
20.④
本发明无使用粘结剂，无二次污染，有效降低修复过程中所带来的环境风险。
21.⑤
制备工艺操作简单，操作简便。
附图说明
22.图1 为本发明实施例为低渗透高吸附性可拆卸装配式阻隔墙体结构示意图。
23.图2为图刚性墙体的结构图。
24.图3为柔性墙体1的结构图。
25.图4为柔性墙体2的结构图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
28.一种用于重金属污染场地修复的低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体材料，包括一下原料：柔性墙体部分由膨润土、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料组成，原料均为200目粉体；其中膨润土质量比例为35-55%，粉煤灰质量比例为35-55%，钙硅胶凝材料质量比例为3-10%，聚羧酸钾质量比为0.01-0.1%。刚性墙体部分由气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂组成，其中气化渣质量比例为60%-80%、煤矸石质量比例15%-35%、水泥质量比例2%-8%、水玻璃质量比例为1-5%，钙硅胶凝材料质量比例1-5%和聚羧酸系减水剂质量比例0.1-1%，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）5-30%的水。
29.上述作为柔性阻隔墙体材料中膨润土与粉煤灰的质量比例为(0.63-1.57)：1，膨润土和钙硅胶凝材料质量比例为（3.5-18.3）:1，膨润土与聚羧酸钾的质量比为（110-700）:1，喷淋加入总质量（膨润土、粉煤灰、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料）3-7%的水；刚性阻隔墙体材料中气化渣：煤矸石质量比例为（1.7-5.3）:1，气化渣与水泥质量比例为（7.5-40）:1，气化
渣与水泥质量比例为（12-80）:1，气化渣与钙硅胶凝材料比例为（12-80）:1，水泥与聚羧酸减水剂质量比例为（60-800）:1，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）5-30%的水。
30.本发明中使用粉煤灰、气化渣、煤矸石等固体废弃物，阻隔墙体成本低，降低了处理成本；使用钙硅胶凝材料，有效的降低了墙体渗透系数、提高了墙体的吸附性能，提高墙体对重金属的阻隔能力，有效降重金属所带来的环境风险。
31.一种制备上述用于重金属污染场地修复的低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体材料的方法包括以下步骤：柔性墙体材料制备包括：混合、搅拌，搅拌时间5-30min，搅拌转速60-240r/min，压制压力为5-20mpa，养护温度20-30℃，时间3-7天，柔性阻隔墙体1厚度为5～15cm，水平宽度为5～15cm，垂向高度根据污染地块深度而定，最大为50~80cm，柔性阻隔墙体2厚度为5～15cm，水平宽度为30～90cm，垂向高度根据污染地块深度而定，最大为5~15cm其特征在于，包括以下步骤：将膨润土、粉煤灰和钙硅胶凝材料混合均匀；将聚羧酸钾与水混合，得到聚羧酸钾溶液；将膨润土、粉煤灰和钙硅胶凝材料与聚羧酸钾溶液混合，倒入模具，压制成型；成型柔性墙体材料进行养护，得到柔性墙体材料。
32.刚性墙体材料的制备方法，混合、搅拌，搅拌时间5-30min，搅拌转速60-240r/min，养护温度20-30℃，脱模前养护24小时，脱模后养护时间3-14天，刚性阻隔墙板厚度为5～15cm，水平宽度为30～60cm，垂向高度根据污染地块深度而定，最大为50~80cm，其特征在于，包括以下步骤：将气化渣、煤矸石、水泥和钙硅胶凝材料混合均匀；将水玻璃与水混合，得到稀释溶液；将气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料与水玻璃稀释液混合，倒入模具；刚性墙体材料进行养护，脱模；脱模后干燥养护20-30℃，时间3-14天，得到刚性墙体材料。
33.本发明中柔性墙体使用半干原料压制、刚性墙体使用湿料进行养护制备，方法工艺简单，对设备要求简单，生产成本较低。
34.一种使用上述用于修复重金属污染土壤的低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体墙体材料使用方法，包括如下步骤：步骤一：水平施工时，刚性阻隔墙体面2凸型端插入到柔性墙体1的面3凹型槽中形成连续的垂直阻隔墙，柔性墙体1的面4凸型端与刚性阻隔墙体面1凹型槽连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面5和柔性墙体2的面6相连接。
35.步骤二：垂直施工时，刚性阻隔墙体面7和柔性墙体1的面8的凹型槽分别与柔性墙体2的面9凸型端连接形成连续的垂直阻隔墙。柔性墙体2的面10分别于刚性阻隔墙体面11和柔性墙体1的面12相连接形成连续的垂直阻隔墙。
36.本发明中使用水平和垂直方向均使用刚性-柔性-刚性材料安装，无使用粘结剂，无二次污染，有效降低修复过程中所带来的环境风险。可自由组装与拆卸，施工的标准化、模型化，可回收使用。
37.一种使用上述修复重金属污染土壤的低渗透高吸附可拆卸装配式阻隔墙体刚性墙体材料修复污染土壤的方法，其中处理的重金属污染土壤包括重金属zn、cu、pb和cd中的一种或两种以上。
38.本发明中，具有低渗透系数，可快速稳定吸附重金属，无使用粘结剂，无二次污染，有效降低修复过程中所带来的环境风险，制备工艺简单，可自由组装与拆卸，施工的标准化、模型化，操作简便，同时，极大地降低了生产成本。
39.实施例1将质量比为35%膨润土、54.5%粉煤灰、9.5%钙硅胶凝材料混合， 0.05%的聚羧酸钾混合，喷淋加入总质量（膨润土、粉煤灰、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料）3%的水，搅拌，搅拌时间30min，搅拌转速60r/min。带混合均匀后导入模具1和模具2，压制压力为5mpa，脱模，养护温度20℃，时间3天，得到厚度为5cm，水平宽度为5cm，垂向高度为50cm的柔性阻隔墙体1，厚度为5cm，水平宽度为30cm，垂向高度为5cm柔性阻隔墙体2；将质量比为60%气化渣、35%煤矸石、2%水泥、1%水玻璃，1%钙硅胶凝材料和1%聚羧酸系减水剂混合，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）5%的水搅拌，搅拌时间30min，搅拌转速60r/min，养护温度20℃，脱模前养护24小时，脱模后养护时间3天，得到厚度为5cm，水平宽度为30cm，垂向高度大为50cm的刚性阻隔墙板；水平施工时，刚性阻隔墙体面2凸型端插入到柔性墙体1的面3凹型槽中形成连续的垂直阻隔墙，柔性墙体1的面4凸型端与刚性阻隔墙体面1凹型槽连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面5和柔性墙体2的面6相连接，垂直施工时，刚性阻隔墙体面7和柔性墙体1的面8的凹型槽分别与柔性墙体2的面9凸型端连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面10分别于刚性阻隔墙体面11和柔性墙体1的面12相连接形成连续的垂直阻隔墙，墙体的渗透系数在7.6*10-9
cm/s。
40.实施例2将质量比为55%膨润土、35%粉煤灰、9.5%钙硅胶凝材料混合， 0.05%的聚羧酸钾混合，喷淋加入总质量（膨润土、粉煤灰、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料）3%的水，搅拌，搅拌时间5min，搅拌转速240r/min。带混合均匀后导入模具1和模具2，压制压力为20mpa，脱模，养护温度30℃，时间7天，得到厚度为15cm，水平宽度为15cm，垂向高度为80cm的柔性阻隔墙体1，厚度为15cm，水平宽度为90cm，垂向高度为15cm柔性阻隔墙体2。
41.将质量比为35%气化渣、60%煤矸石、2%水泥、1%水玻璃，1%钙硅胶凝材料和1%聚羧酸系减水剂混合，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）5%的水搅拌，搅拌时间5min，搅拌转速240r/min，养护温度30℃，脱模前养护24小时，脱模后养护时间7天，得到厚度为15cm，水平宽度为60cm，垂向高度大为80cm的刚性阻隔墙板；水平施工时，刚性阻隔墙体面2凸型端插入到柔性墙体1的面3凹型槽中形成连续的垂直阻隔墙，柔性墙体1的面4凸型端与刚性阻隔墙体面1凹型槽连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面5和柔性墙体2的面6相连接，垂直施工时，刚性阻隔墙体面7和柔性墙体1的面8的凹型槽分别与柔性墙体2的面9凸型端连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面10分别于刚性阻隔墙体面11和柔性墙体1的面12相连接形成连续的垂直阻隔墙，墙体的渗透系数在2.6*10-9
cm/s。
42.实施例3
将质量比为35%膨润土、53.5%粉煤灰、10%钙硅胶凝材料混合， 0. 5%的聚羧酸钾混合，喷淋加入总质量（膨润土、粉煤灰、聚羧酸钾和钙硅胶凝材料）7%的水，搅拌，搅拌时间30min，搅拌转速60r/min。带混合均匀后导入模具1和模具2，压制压力为20mpa，脱模，养护温度30℃，时间7天，得到厚度为5cm，水平宽度为5cm，垂向高度为50cm的柔性阻隔墙体1，厚度为5cm，水平宽度为30cm，垂向高度为5cm柔性阻隔墙体2；将质量比为53%气化渣、35%煤矸石、5%水泥、5%水玻璃，1%钙硅胶凝材料和1%聚羧酸系减水剂混合，加入总质量（气化渣、煤矸石、水泥、钙硅胶凝材料、水玻璃、聚羧酸系减水剂）20%的水搅拌，搅拌时间30min，搅拌转速240r/min，养护温度30℃，脱模前养护24小时，脱模后养护时间14天，得到厚度为5cm，水平宽度为30cm，垂向高度大为50cm的刚性阻隔墙板；水平施工时，刚性阻隔墙体面2凸型端插入到柔性墙体1的面3凹型槽中形成连续的垂直阻隔墙，柔性墙体1的面4凸型端与刚性阻隔墙体面1凹型槽连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面5和柔性墙体2的面6相连接，垂直施工时，刚性阻隔墙体面7和柔性墙体1的面8的凹型槽分别与柔性墙体2的面9凸型端连接形成连续的垂直阻隔墙；柔性墙体2的面10分别于刚性阻隔墙体面11和柔性墙体1的面12相连接形成连续的垂直阻隔墙，墙体的渗透系数在5.6*10-9
cm/s。