一种固化土及大型煤场防污抗渗处理方法与流程

本发明属于环境保护领域，尤其涉及一种固化土和大型煤场防污抗渗处理方法。

背景技术：

根据国家环境保护要求，对于一般工业污染场地应防止地下水污染，考虑对地坪采取防渗处理：防渗性能应小于渗透系数1.0×10^-7cm/s。对于大面积的煤棚堆场，传统混凝土地坪加抗渗土工膜方案，支持层需采用素土分层夯实加中粗砂垫层；中间铺复合土工膜(一布一膜)，土工布作为土工膜的保护层，铺在土工膜的上部；面层采用混凝土板防护，为防止开裂配钢筋网片。混凝土地坪价格较高，且对于大型煤场这种车辆运输倒运频繁的场地土工膜损坏后难以更换。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固化土、固化土的制备方法及大型煤场防污抗渗处理方法。

具体的，本发明提供了一种固化土，按重量份数计，包括80-90重量份的土、0.02-0.4重量份的土壤固化剂、12-18重量份的水泥和6-12.6重量份水。

上述的固化土，按重量份数计，包括84.8重量份的土、0.2重量份的土壤固化剂、15重量份的水泥和9重量份的水。

上述的固化土，所述土为黏土。

上述的固化土，按重量百分比计，所述土壤固化剂包括水泥10％-15％，石灰1％-5％，粉煤灰5％-10％，苛性碱1％-2％，氯化钠2％-4％，碳酸钠2％-4％，碳酸钙2％-3％，硅粉2％-3％，沥青3％-5％，水玻璃5％-10％，聚丙烯酰胺2％-5％，聚丙烯酸2％-5％，硫酸镁1％-2％，碳酸钙2％-5％，焦油7％-10％，环氧树脂0.1％-1％，糠醛苯胺0.6％-2％，丙烯酸钙0.3％-1％和羧甲基纤维素0.5％-2％。

另一方面，本发明提供了一种大型煤场防污抗渗处理方法，包括以下步骤：

(1)将土壤固化剂与水混合均匀，制备土壤固化剂水溶液；

(2)将土壤固化剂水溶液喷洒在土上，拌和均匀获得第一混合物；

(3)将水泥摊铺在第一混合物上，拌合均匀后获得第二混合物，即固化土；

(4)将第二混合物进行碾压、养护。

上述的大型煤场防污抗渗处理方法，所述固化土铺设三层，每层分别进行碾压。

上述的大型煤场防污抗渗处理方法，所述碾压在固化土的压实度为0.9-0.98，优选为0.94时停止。

上述的大型煤场防污抗渗处理方法，所述养护需在温度为15-40℃、湿润的环境下进行一周。

上述的大型煤场防污抗渗处理方法，所述养护可在三层固化土施工结束后进行。

上述的大型煤场防污抗渗处理方法，所述固化剂防渗层抗压强度大于15t/m²，渗透系数为1×10^-7～10^-8cm/s。

本发明利用固化土防渗层抗渗性能好、抗压强度高的特点制备的固化剂防渗层，不仅满足了大型料场的堆重使用要求，又满足了环评抗渗要求，同时大大降低了综合单价，经济效益可观。

附图说明

图1为传统混凝土地坪加土工模。

11为240mm厚C20混凝土(内配φ8双向钢筋@200×200)；

12为复合土工模；

13为50mm厚中粗砂垫层；

14为素土夯实垫层，压实系数0.94；

15为排水沟，沟宽300mm，沟深200mm；排水沟抹面为20mm厚1:3的水泥砂浆。

图2为本发明固化土防渗层。

21为固化剂防渗层。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

固化土是将土与土壤固化剂和水泥，按照一定的重量比参合在一起，在最佳含水量时，经搅拌、摊铺、碾压而成。采用固化土抗渗地坪的方案，就是将传统混凝土地坪加土工膜方案，改为固化剂与黏土搅拌方案，兼顾地坪强度与防渗的要求。其原理是在黏土中添加了土壤固化剂形成了固化土。固化土的渗透系数随着土壤固化剂掺合量的增加而变小，一般为10^-7-10^-8cm/s，能够满足国家环境保护要求。土壤固化剂通过搅拌渗透到黏土中，排挤或置换出孔隙中的自由水和气体，通过土壤固化剂的凝结作用、与土体的水化作用，堵塞土体中的水通道，提高黏土的抗渗性能。大型煤场的地坪荷载要求一般在15吨/平米左右，一般的黏土强度难以满足要求。由于土体与土壤固化剂之间的物理、化学作用相应增大，黏土的抗压强度也大幅增加，从而满足地基承载力要求。最后在合理范围内掺入比愈大，渗透系数降低的趋势愈大；随着掺入比的加大，土壤固化剂对土的固化作用进一步加强，土的结构受掺入比影响而发生显著的变化。

具体地，本发明提供了一种固化土，按重量份数计，包括80-90重量份的土、0.02-0.4重量份的土壤固化剂、12-18重量份的水泥和6-12.6重量份水；优选的，包括84.8重量份的土、0.2重量份的土壤固化剂、15重量份的水泥和9重量份的水。

在本发明提供的实施例中，水与水泥的水灰比为0.5-0.7，优选为0.6。

通过采用上述组分含量，使本发明的固化土中的土壤固化剂接近最佳掺入比，土体已达到极限渗透系数；固化土达到合理掺入量，提高了黏土的承载能力。

优选的，所述土为黏土，其由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。其来源非常广，广泛分布于世界各地的岩石和土壤中。

其中，土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，使得土壤胶团表面电流降低，胶团所吸附的双电层减薄，电解质浓度增强，颗粒趋于凝聚，体积膨胀而进一步填充土壤孔隙，在压实功的作用下，使固化土易于压实和稳定,从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。

优选的，本发明所使用的土壤固化剂为聚酰胺类固化剂，包括水玻璃成分，其中，各成分的比例为水泥10％-15％，石灰1％-5％，粉煤灰5％-10％，苛性碱1％-2％，氯化钠2％-4％，碳酸钠2％-4％，碳酸钙2％-3％，硅粉2％-3％，沥青3％-5％，水玻璃5％-10％，聚丙烯酰胺2％-5％，聚丙烯酸2％-5％，硫酸镁1％-2％，碳酸钙2％-5％，焦油7％-10％，环氧树脂0.1％-1％，糠醛苯胺0.6％-2％，丙烯酸钙0.3％-1％和羧甲基纤维素0.5％-2％。

本发明的土壤固化剂与现有技术中其它的固化剂相比，对渗透系数低的黏土具有很好的加固效果，适用于有环保抗渗要求的大型煤场。

此外，本发明还提供了一种煤场防污抗渗处理方法，包括以下步骤：

(1)将土壤固化剂与水混合均匀，制备土壤固化剂水溶液；

在本步骤前还包括根据施工规模计算黏土补水量、土壤固化剂加入量、水泥加入量的步骤；

将计算出的补水量和土壤固化剂倒入洒水车，充分搅拌均匀得到土壤固化剂水溶液。

(2)将土壤固化剂水溶液喷洒在黏土上，拌和均匀获得第一混合物；

在煤场摊铺固化土前需要备土整平，备土应为符合要求的黏土，土的含水量应小于最佳含水量，如含水量过大，需提前处理。

施工时将施工段所需的土方量的黏土拉入煤场上摊铺，摊铺厚度为23cm。并按测定的宽度进行大致整平，采用压力式洒水车或喷管式洒水车将土壤固化剂均匀地喷洒在黏土层上，分两次喷洒，首次先喷洒50％，然后采用路拌机拌合两遍，再喷洒50％，拌合不少于两遍，喷洒第二遍时，要注意补充第一遍喷洒过少部位，达到拌合颜色一致为止。

(3)将水泥摊铺在第一混合物上，拌合均匀后获得第二混合物，即固化土；

首先将水泥用量进行计算，将施工路段划成若干个方格，每个方格按计算的水泥袋数堆放水泥，进行摊布。在摊布时控制每一个方格内的水泥数量，保证厚度和宽度，表面应没有空白的位置，也没有水泥过分集中的位置。平面力求平整。摊料过程中，应将超尺寸颗粒及其他杂物捡除。

(4)将第二混合物进行碾压、养护。

再次测定第二混合物混合料的含水率，如果含水量低于水泥加入量的0.5-0.7倍时，需补水，然后用稳定土路拌机再拌和，一般情况拌和3-4遍。混合料拌合均匀后，要立即用履带机(如推土机)初步排压，整平，再用平地机进行整型。整平过程中，对于局部低洼处，应用齿耙将其表层厚度耙松5cm以上，并用新拌的混合料进行找补整平，整平时切忌在光滑的平面上进行薄层找补，整型后，采用12-20T振动压路机，先静压一遍再对固化土层进行压实作业。具体碾压时，应本着“先轻后重，先慢后快，先两边后中间，先静压后振动”的原则。整个施工过程从水泥摊布到碾压必须在水泥终凝期内完成。

所述养护在温度为15-40℃，湿润的环境下养护一周。具体养护方法包括：

a)洒水养生——要求路面保持湿润，避免过湿过干或忽湿忽干；

b)覆盖塑料薄膜养生——要求用土埝纵横向封实住；

c)覆盖土养生——条件为上层继续施工固化土层。

一层固化土施工完毕，可以连续进行上一层固化土的施工，最后一起养生。

本发明固化土分三层铺设，每层厚度23cm，碾压至压实系数为0.9-0.98，优选为0.94。

经检测，压实后本发明的固化剂防渗层的厚度为60cm，抗压强度大于15t/m²，渗透系数为1×10^-7～10^-8cm/s。结果表明，本发明的固化剂防渗层能够满足大型料场的堆重使用要求，和环评抗渗要求。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。下列实施例中使用的原料均为常规市购获得。

实施例1

将85重量份的干黏土平铺在模具中，黏土厚度为23厘米。倒入9.2重量份的浓度为2.17％的土壤固化剂溶液(9重量份水与0.2重量份土壤固化剂)，搅拌均匀。将15重量份的水泥倒入模具中，搅拌均匀。整平后本着“先轻后重，先慢后快，先两边后中间，先静压后振动”的原则进行碾压，直至压实系数为0.95停止。按照前述相同的方法在压实的固化土上再次铺设两层固化土。采用覆盖塑料薄膜养生的方法在温度为30℃，湿润的环境下养护一周得到固化剂防渗层，其厚度为60厘米。

实施例2-6

实施例2-6按照与实施例1相同的步骤进行，各实施例的技术参数如表1所示：

表1各实施例的技术参数汇总

性能测试

将实施例1-10获得的固化剂防渗层进行强度测试，测评结果如表2所示：

表2强度测试结果汇总

山东日照某原料场煤场地坪项目

本工程根据环评报告，原料场地(煤场)属一般污染防治区：防渗性能应与1.5米厚黏土层(渗透系数1.0×10^-7cm/s)等效。采用固化土做面层方案：

1、施工方法选择：

固化土总厚度为60cm，分三层施工，每层施工厚度23cm。固化土宽度按路基设计要求，施工时两边要适当多留余量。固化土施工长度根据施工能力分段进行，通常为100米为一个施工段。

每层固化土的施工工艺见下节。

2、施工工艺

2.1测量放线

整平处理已达标的底基面，按坐标法测量恢复中线，设排桩，并根据路基设计宽度，放出路基边线，水准测量线，确定纵横断面的标高，并按设计高程在侧钎上作好标记。在进行水准高程控制时，要充分考虑到松铺系数，以保证压实后的厚度。

2.2备土整平

备土应为符合要求的黏土。施工时将施工段所需的土方量的黏土拉入施工段路床摊铺，并按测定的高度和宽度进行大致整平。

2.3喷洒固化剂、湿拌

技术人员首先取有代表性的点测试含水率，精确计算作业段所需的补水总量。然后计算作业段土的体积，按每立方应加土壤固化剂数量计算所需的土壤固化剂用量。最后将计算出来的补水量和土壤固化剂一并倒入洒水车并充分搅拌均匀，稀释后均匀地洒在作业段内。喷洒土壤固化剂水溶液时，采用压力式洒水车喷洒均匀，中途不得停车。首次先喷洒50％，用路拌机拌合两遍，再喷洒50％，拌合不少于两遍，喷洒第二遍时，要注意补充第一遍喷洒过少部位，达到拌合颜色一致为止，此量根据施工现场环境确定。

2.4摊布水泥

首先将水泥用量进行计算，将施工路段划成若干个方格，每个方格按计算的水泥袋数堆放水泥，进行摊布：在摊布时应派专职施工人员控制每一个方格内的水泥数量，保证厚度和宽度，表面应没有空白的位置，也没有水泥过分集中的位置。平面力求平整。摊料过程中，应将超尺寸颗粒及其他杂物捡除。

2.5再拌合及提取实验料

再次测定混合料的含水率，补水后用稳定土路拌机再拌和。确定拌合深度，由两侧拌向中心，并达到固化底层。检查拌和效果，表面颜色要均匀一致，不能有灰条、灰团、花面、麻面等现象，且水分合适、均匀。对局部严重拌和不均匀的，影响质量的，一般情况拌和3-4遍。

在拌和均匀后的混合料中，应马上提取无侧限抗压强度试验所需数量的混合料，立即送实验室制件养生，可留7d、28d、90d、180d的试件，此方法一是验证前期室内试验结果，二是观察后期强度的增长程度和达到的效果。

2.6固化土初压、整平

混合料拌合均匀后，要立即用履带机初步排压，人工挂线精确整平，再用平地机进行整型。对于局部低洼处，应用齿耙将其表层厚度耙松5cm以上，并用新拌的混合料进行找补整平。

2.7碾压

整型后采用12-20T振动压路机，先静压一遍再对固化土层进行压实作业。具体碾压时，应本着“先轻后重，先慢后快，先两边后中间，先静压后振动”的原则。

注意：整个施工过程从水泥摊布到碾压必须在水泥终凝期内完成。

2.8养生及交通管制

固化土层每一段碾压完成并经压实度检查合格后，开始养生，养生时间为一周。养生方法采用洒水养生。要求路面保持湿润，避免过湿过干或忽湿忽干。

养生结束后，即可获得本发明固化土防渗层21，如图2所示。

制备本项目的黏土固化土防渗层的技术参数如表3所示：

表3山东日照某原料场煤场地坪项目技术参数

取样标准养生龄期7天后对本项目的黏土固化土防渗层的性能进行测试，测试结果如表4所示：

表4山东日照某原料场煤场地坪项目性能测试结果

其中，水稳系数为采用标准养生龄期7天最后一天浸水的固化土试验件无侧限抗压强度与不经过水中浸泡的同龄期试件的无侧限抗压强度之比。

对比例

传统土工膜防渗层方案：

1.为防止铺设不当引起的损坏开裂，失去抗渗作用，支持层需采用素土夯实。

如附图1所示，防渗地坪做法从上往下为：

11为240mm厚C20混凝土(内配Φ8双向钢筋@200×200。)；

12为复合土工膜；

13为50mm厚中粗砂垫层；

14为素土夯实垫层，压实系数0.94；

15为排水沟，沟宽300mm，沟深200mm，排水沟抹面为20mm厚1:3的水泥砂浆。

2.防渗设计

高密度聚乙烯(HDPE)复合土工膜12为一布一膜，厚度0.5mm，宽幅4m；重量200—1500g/m。土工布作为土工膜12的保护层，使保护防渗层不受损坏，铺在土工膜的上部。

3.排水沟设计

排水沟15采用素混凝土排水明沟，沟宽300mm，沟深200mm。表面为20mm厚1:3水泥砂浆抹面。

4.施工要求

①铺设HDPE土工膜前应由土建工程相应的合格验收证明文件。

②铺设HDPE土工膜时应力求焊缝最少。

③膜与膜之间接缝的搭接宽度一般不小于10cm。通常在拐角及畸形地段，应是接缝长度尽量减短。

④HDPE土工膜在铺设中，应避免产生人为褶皱，温度较低时，应尽量拉紧，铺平。

⑤HDPE土工膜铺设完成后，应尽量减少在膜面上行走、搬动工具等，凡能对防渗膜造成危害的物件，均不应放在膜上或携带在膜上行走，以免对膜造成意外损伤。

由此可以看出，传统的混凝土地坪价格较高，工艺复杂。对于大型煤场这种车辆运输倒运频繁的场地，土工膜损坏后具有难以更换的缺陷。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。