一种环保型电渗排水件及其制备方法与流程

本发明涉及机械、化学领域，具体为一种环保型电渗排水件及其制备方法。

背景技术：

电渗法是在土体两端通以直流电，使土体在短时间内完成渗透排水，并逐渐固结的一种地基处理方法。自1939年L.Casagrand首次将电渗排水法成功运用于铁路挖方工程后，各国学者在其加固机理与应用方面开展了大量的研究工作。已有的研究成果表明，在渗透系数小并以黏粒为主的流泥、淤泥或淤泥质土中，电渗作用可有效排出土体中的部分弱结合水，加快排水固结的速率，具有良好的地基处理效果。

近年来，我国沿海地区特别是经济发达省份土地的需求量持续增加，土地资源的供需矛盾日渐突出，人工填筑地基与吹填造陆技术为解决这一问题提了新的思路与途径。目前，我国沿海许多地区都在规划或实施填海造陆工程，以带动当地经济的飞速发展。但由于吹填土多为淤泥质土，具有压缩性高、渗透系数小以及结合水含量高等特点，其地基处理往往成为生产建设中的难点。常规排水固结法中如堆载预产生超静孔隙水压力难于消散，加固效果缓慢，真空预压只能排除地基土中的自由水，且真空传递效率低，电渗法则可有效的排除弱结合水，加快超孔隙水压力的消散，且不受渗透系数小的影响。

基于以上考虑，电渗法及其与真空预压、堆载预压等其他软基处理措施的联合方法被提出加固吹填土地基，并已在众多室内试验中证实了其在加固淤泥质软土地基方面的优越性。目前在室内研究与数值分析的基础上，电渗法及与其他技术联合方法的排水加固理论已日渐成熟，但为电渗施工提供直流电的电渗仪造价昂贵，利用效率低，同时由于电渗过程中常用的金属电极腐蚀严重，削弱了地基加固区的电场强度，地基加固效果往往达不到设计要求，导致其在沿海大面积吹填土地基处理等软基加固工程实践中迟迟未见大规模的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种环保型电渗排水件，解决现有技术中一种或以上的技术问题，简化结构，且有利于环保。

实现上述目的的技术方案是：一种环保型电渗排水件，包括：

一排水片层；所述排水片层中分布有生物降解塑料、导电填料、碳纤维束；

一多孔膜层，复合于该排水片层的上部；

其中，所述多孔膜层含有多个排水孔，该多孔膜层通过该排水孔与该排水

片层之间形成排水孔道，该多孔膜层中分布有生物降解塑料、导电填料；

其中，所述碳纤维束至少为两根，对称分布于排水片层壁内，并纵向贯穿

整个排水片层。

进一步的，所述排水孔的孔率为10％～70％；所述多孔膜层的水通量为0.5t/m2·h-3.5t/m2·h。

进一步的，所述生物降解塑料是聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙烯醇、以及其共聚物和/或共混物中的一种或一种以上。

进一步的，所述导电填料是导电炭黑、碳纤维、石墨烯中的一种或一种以上。

进一步的，所述排水片层的拉伸弹性模量大于2Gpa、小于20Gpa。

进一步的，所述排水片层的电阻率小于4×10-3Ω·m；所述的多孔膜层(2)的电阻率小于4×10-3Ω·m。

进一步的，所述的多孔膜层还含有制孔剂。

本发明的另一个目的是：提供一种环保型电渗排水件的制备方法。

实现上述目的的技术方案是：一种环保型电渗排水件的制备方法，包括以下步骤，

步骤S01)制备排水片层坯料；

步骤S02)制备多孔膜层坯料；

步骤S03)热复合排水片层的坯料和多孔膜层的坯料，形成坯料组；

步骤S04)单向或双向拉伸坯料组，形成电渗排水件的半制品；

步骤S05)将碳纤维束插入排水片层。

进一步的，所述步骤S01)包括以下步骤，

步骤S011)混合制备排水片层的原料，形成第一混合物；该排水片层的原料包括生物降解塑料、导电填料；

步骤S012)将第一混合物灌入第一挤出机，利用该第一挤出机挤出排水片层坯料。

进一步的，所述步骤S02)包括以下步骤，

步骤S021)混合制备多孔膜层的原料，形成第二混合物；该多孔膜层的原料包括生物降解塑料、导电填料；

步骤S022)将第二混合物灌入第二挤出机，利用该第二挤出机挤出多孔膜层坯料。

本发明的优点是：本发明的环保型电渗排水件，具有生物降解特性，在使用过程中和使用后都不会对土壤环境造成污染；并且用碳素材料做导电材料，代替金属材料，节约资源，质量更轻，并避免了金属材料腐蚀造成的不良影响；同时用可生物降解的多孔膜代替滤膜，并用热复合工艺将多孔膜和排水板复合在一起代替简单的包裹方式，具有很好的机械强度，运用过程中更加方便。

本发明的环保型电渗排水件的制备方法，其工艺简单、高效；由于排水片层和多孔膜层都含有生物降解塑料，热加工性能相同或相近，所以可以使用热复合工艺复合，不使用胶黏剂；既避免了胶黏剂复合过程中溶剂挥发对环境造成的影响，也避免了排水片使用过程过后胶黏剂残留对环境的影响。在多孔膜层的孔形成之前，膜的强度较高，利于热复合工艺的顺利实施。另外，也由于排水片层和多孔膜层都含有生物降解塑料，热加工性能相同或相近，所以在热复合之后，使用单向或双向拉伸工艺，使多孔膜层得到多孔结构。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。

图1是本发明实施例1的环保型电渗排水件结构示意图。

图2是本发明实施例2至实施例5的环保型电渗排水件结构示意图。

其中，

1排水片层； 2多孔膜层；

3碳纤维束； 4排水孔。

具体实施方式

以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

实施例，如图1所示，一种环保型电渗排水件，包括一排水片层1、一多孔膜层2。

该排水片层1中分布有生物降解塑料、导电填料、碳纤维束3；其中，碳纤维束3至少为两根，对称分布于排水片层1壁内，并纵向贯穿整个排水片层1。碳纤维束3是由碳纤维形成的束。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，良好的导电导热性能。

该多孔膜层2，复合于该排水片层1的上部。该多孔膜层2含有多个排水孔4，该多孔膜层2通过该排水孔4与该排水片层1之间形成排水孔道，该排水孔4的孔率为10％～70％，孔率是多孔膜层2中空孔的体积占总体积的百分率。孔率的大小影响到水通量。

本实施例中，多孔膜层2的水通量为0.5t/m2·h-3.5t/m2·h。水通量是指单位时间通过单位面积的膜的水的质量。排水孔4是用于水流动的通道，其形状可根据实际要求设置。优选为从排水件底部延伸到顶部的若干个截面为三角形或梯形的槽相互平行设置而成。

该多孔膜层2中分布有生物降解塑料、导电填料，多孔膜层2还含有制孔剂。制孔剂是指能将材料加工成多孔材料的助剂。包括滑石粉、碳酸钙、沸石、蒙脱土中的一种或一种以上。

排水片层1的拉伸弹性模量大于2Gpa、小于20Gpa。如果拉伸弹性模量小于2GPa，则不利于排水片插入土壤中。本实施例中，排水片层1的拉伸弹性模量大于3Gpa。

排水片层1的电阻率小于4×10-3Ω·m；多孔膜层2的电阻率小于4×10-3Ω·m。较低的电阻率利于电渗排水。

该生物降解塑料是聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙烯醇、以及其共聚物和/或共混物中的一种或一种以上。生物降解材料是在适当和可表明期限的自然环境条件下，能够被微生物完全分解变成低分子化合物的塑料。其中，聚乳酸(PLA)可由乳酸的任何异构体的单体聚合生成，选自左旋乳酸(“L-乳酸”)、右旋乳酸(“D-乳酸”)、内消旋乳酸或其混合物的均聚物、共聚物和共混物。聚乙烯醇(PVA)是醇解度50％以上的PVA及其共混物。

该导电填料是导电炭黑、碳纤维、石墨烯中的一种或一种以上。

实施例2至实施例5，其环保型电渗排水件的制备方法的步骤相同，包括以下步骤。

步骤S01)制备排水片层1坯料。

进一步的，所述步骤S01)包括以下步骤，

步骤S011)混合制备排水片层1的原料，形成第一混合物；该排水片层1的原料包括生物降解塑料、导电填料。

步骤S012)将第一混合物灌入第一挤出机，利用该第一挤出机挤出排水片层1坯料。

步骤S02)制备多孔膜层2坯料。

所述步骤S02)包括以下步骤，

步骤S021)混合制备多孔膜层2的原料，形成第二混合物；该多孔膜层2的原料包括生物降解塑料、导电填料；

步骤S022)将第二混合物灌入第二挤出机，利用该第二挤出机挤出多孔膜层2坯料。

步骤S03)热复合排水片层1的坯料和多孔膜层2的坯料，形成坯料组。

步骤S04)单向或双向拉伸坯料组，形成电渗排水件的半制品。

步骤S05)将碳纤维束3插入排水片层1。

在本实施例2至实施例5中，其制备方法一致，但所用的材料和参数不同。

因此，其性能也不一样，以下为性能测试：将深1.2m、长1m、宽1m的评价槽中填入含水量约50％的土壤，分别将各样品裁成1m长，插入评价槽，评价插入性。再通以10V的直流电24小时，测算抽出的水量。继而，将样品抽出，观察电极是否被腐蚀。其中，各个实施例的所用材料、参数以及性能具体见表1。

表1

其中，表1中有对比例1、对比例3。

对比例1中仅含有排水片层1，其配方、性能如表1所示，不含有多孔模层。制备方法如下：1)将排水片层1的原料混合后，由一台挤出机制备排水片层1；2)将2根碳纤维束3插入排水片层1。

对对比利1进行如实施例2～5的性能对比实验，结果如表1所示。

对比例2中，按表1所示对比例1的排水片层1和实施例3的多孔膜层2的配方，按以下方法进行制备：1)将排水片层1的原料混合后，由一台挤出机制备排水片层1的坯料；2)将多孔膜层2的原料混合后，由另一台挤出机制备多孔膜层2的坯料；3)将排水片层1的坯料和多孔膜层2的坯料热复合；

由于的排水片层1和多孔膜层2的原料性能差异太大，无法进行的热复合。所以无法制备该种成分的排水件。

对比例3中，按表1所示实施例2的排水片层1和多孔膜层2的配方，按以下方法进行制备：1)将排水片层1的原料混合后，由一台挤出机制备排水片层1的坯料；2)将多孔膜层2的原料混合后，由另一台挤出机制备多孔膜层2的坯料；3)将排水片层1的坯料和多孔膜层2的坯料热复合；

4)对热复合后的坯料进行单向或双向拉伸；将2根铜丝束插入排水片层1；

对对比利3进行如实施例2～5的性能对比实验，结果如表1所示。

由表1可见，本发明的电渗排水件，具有施工性好、排水速率高、不腐蚀、加工便捷的特点。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。