本发明涉及一种土壤防渗剂及其施工方法，特别是涉及一种针对含硫酸盐土壤的防渗剂及其施工方法。
背景技术：
天然土壤存在着孔隙和缝隙等内部空间，易透水而形成渗漏。许多大型蓄水设施比如盐田，为了降低成本，在修建过程中都会直接使用现场的土壤作为修建材料，会不可避免的因为盐田渗漏而造成卤水中自然资源的损失。盐田渗漏造成卤水中有价资源（比如钾、锂等）的损失，一方面使盐田的单位产能下降、增加生产成本；另一方面地下卤水矿产资源的储存量是有限的，资源的流失会对矿山的服务年限和资源供给能力造成较大的影响。多年来的统计数据表明，国内各提钾、锂厂家，在盐田晒卤过程中以渗漏形式损失的钾盐和锂盐资源高达20%～40%。此外，盐田渗漏的卤水会对周围的土壤和植被造成污染和腐蚀，形成新的环境问题。因此，开发价廉物美的材料作为防渗剂，不仅能够降低盐田的生产和运行成本，有利于盐湖资源的综合开发利用，而且还具有深远的环保意义。
建筑施工上为了解决土壤渗漏的问题，目前常用的方法是采用沥青、混凝土作为防渗层覆盖在土壤表面。然而沥青机械强度较差，不利于施工的进行和后期维护；混凝土耐腐蚀性较差，无法避免服务周期短的问题。对于各类水体的渗漏，尤其是盐田渗漏，对土壤进行原位夯实处理，塑膜铺底的方法比较常见。但是原位夯实处理并未改变土壤的本身性质，较细小的孔道仍旧大量保留，防渗效果有待提高，而塑膜铺底的方法成本较高、施工程序复杂且周期较长，一般只用于特定场合，如锂盐田中经济效益较高的老卤池一般都是采用hdpe膜铺底。
cn101429434a公开了一种土壤防渗剂，其是将阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、膨润土和胶泥粉按一定的比例混匀，与泥土混合均匀后洒在渗漏处。该方法主要应用在农田淡水环境下的防渗节水，能否适用于盐田等含高浓度盐或腐蚀性较强的特定场所则未见报道。
cn102618294a提供了一种乳液聚合物盐田防渗剂，它是由聚丙烯酰胺和丙烯酸混合单体、水、液体石蜡、表面活性剂、引发剂和乳化剂制备而成。该方法提供了配方及其在小规模实验装置中的防渗性能，其对于盐田中大规模实际应用未作描述。
以上防渗剂对于我国西部地区修建盐田所用的土壤，如青海、新疆和西藏等地土质各异的各类特定组成的表层及浅层土壤的防渗未见报道，尤其是诸多盐湖地区图层中含有硫酸盐，芒硝和石膏的存在，导致土层中带有大量的孔径不一的孔洞，渗漏情况比较严重。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种防渗性能优良、成本较低的土壤防渗剂及其施工方法，本发明之土壤防渗剂特别适于含芒硝、石膏等硫酸盐的弱碱性盐田土壤的防渗，也可适用于工业废水池、鱼池和水库、填埋场等场合的防渗处理。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种土壤防渗剂，其有效成份组成及各组分的质量百分比为：质量分数为5%～15%的有机硅酸钠、质量分数为0.5%～1%的非离子聚丙烯酰胺、质量分数为10%～30%的水玻璃、质量分数为3%～5%的硫酸铝钠、质量分数为1%～2%的氢氧化钙、质量分数为1%～3%的柠檬酸钠、质量分数为3%～6%的羟甲基纤维素或聚阴离子纤维素、质量分数为1%～3%的三异丙醇胺、质量分数为40%～70%的水，上述原料的百分数之和为100%。
所述有机硅酸钠优选甲基硅酸钠、乙基硅酸钠中的至少一种。其作用是与土壤中带有表面羟基的物质发生反应，在土壤表层及内部形成不溶性憎水性化合物薄膜，同时填充土壤中的毛细空隙，从而实现防水的目的。此外，带有上述有机基团的有机硅酸钠还具有微膨胀作用，可以补偿收缩、减少开裂。
聚丙烯酰胺能够与土壤通过物理、化学等形式的作用，将土壤链接在一起形成网状结构，改善盐碱地土壤的柔韧性，减少因为脆性过强而形成的开裂。同时，聚丙烯酰胺与土壤反应形成凝胶，可以填充和封堵土壤中的孔隙和裂缝，增强抗渗性能。同时，选用非离子型聚丙烯酰胺可避免离子型聚丙烯酰胺水解的问题。
所述非离子聚丙烯酰胺分子量优选为2000000～5000000。分子量过小则对土壤性质的调节达不到应有效果，分子量过大则导致防渗剂过于浓稠，不利于实际应用。
水玻璃，其作用是与土壤中的钙离子发生反应形成硅酸钙晶体，此外，在固化过程中形成的玻璃态物质和二氧化硅颗粒，能填充土壤中的缝隙和裂纹，从而达到增加密实性和防渗的目的。
所述水玻璃模数优选2.5～3.5，波美度优选30～45°be。
硫酸铝钾、氢氧化钙能够和盐碱地土壤反应形成难溶于水且具有一定膨胀性能的钙矾石，填充于土壤空隙中，增强土壤的密实度和防水性能。同时还能与土壤中的钙离子、甲基硅酸形成网状结构，提高土壤的抗裂能力。氢氧化钙还可以为土壤补充一定的钙离子，增加土壤的防水能力。
柠檬酸钠在防渗剂中起到分散剂的作用，能加快防渗剂的混合均匀，使之能够与土壤充分反应。
羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素作为保水剂，也可以起到使防渗剂均匀的作用。同时由于其表面活性，可以作为防渗剂与土壤形成的胶体的保护剂、乳化剂和分散剂，从整体上提高土壤的抗裂性能和防渗性能。
三异丙醇胺是一种表面活性剂，可以使防渗剂与土壤充分接触和反应，与此同时还能促进有机硅酸钠与土壤反应成膜，提高土壤的抗裂性能和防渗性能。
本发明之土壤防渗剂的施工方法，具体实施步骤为：
（1）按配比将有机硅酸钠和水玻璃以外的各组分混合，搅拌均匀，得到助剂混合物；该混合物可以长期存放；
（2）施工前，向步骤（1）所得助剂混合物中先后加入有机硅酸钠和水玻璃，搅拌均匀，即得成品防渗剂，成品防渗剂要求在24小时内使用；
（3）将成品防渗剂与土壤混合，混合的方式可采用原位喷洒或者直接搅拌：所述原位喷洒指采用喷雾的方式，一次性或者多次重复将成品防渗剂喷洒到土壤的表面，在24～96小时后，反应基本完成，进行下一步操作；所述直接搅拌是指取出土壤，破碎后，将成品防渗剂与土壤颗粒通过机械搅拌或者人工翻动混合的方式，混合均匀，摊薄晾晒3～72小时，充分反应后填入需要防渗的区域，然后进行下一步操作；本步骤中，防渗剂与土壤的质量比为0.05%～10%∶1，优选0.1%～5%∶1；
（4）采用重锤或者夯实机碾压夯实施用过成品防渗剂的土壤，待3～60天后（土层基本干燥），再在土壤表面喷洒成品防渗剂进行补强。喷洒量优选为土壤质量的0.01%～0.2%，更优选0.02%～0.1%。
本发明是一种活性化学成分所组成的无机-有机复合型土壤防渗剂，所采用的原料均是来源易得、价格低廉的化学试剂，成本较低，同时充分考虑了各组分之间的特性互补，优化配制，简化施工方法，从而得到性能优异、成本低廉、使用方法简便的盐碱地土壤防渗剂。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种土壤防渗剂，由以下质量分数的有效成份原料组成：质量分数为15%的甲基硅酸钠，质量分数为0.5%的分子量为5000000的非离子聚丙烯酰胺，质量分数为25%的模数为2.5、波美度为30°be的水玻璃，质量分数为3%的硫酸铝钠，质量分数为1.5%的氢氧化钙，质量分数为2%的柠檬酸钠，质量分数为4%的羟甲基纤维素，质量分数为1%的三异丙醇胺，质量分数为48%的水。
具体实施时的对象为含芒硝和石膏的一组浅层土壤。
本实施例之土壤防渗剂的施工方法，具体实施步骤为：
（1）按配比将甲基硅酸钠和水玻璃以外的各组分混合，搅拌均匀，得到助剂混合物；
（2）施工前，向步骤（1）所得助剂混合物中先后加入甲基硅酸钠和水玻璃，搅拌均匀，即得成品防渗剂，成品防渗剂要求在24小时内使用；
（3）施工方式为直接混合，将浅层土壤取出，破碎，将成品防渗剂通过机械搅拌的方式与土壤充分混合，防渗剂与土壤的质量比例为0.1%∶1；摊薄晾晒24小时充分反应后，将渗水区水抽干，填反应后的土壤；
（4）采用夯实机碾压夯实，3天后，在表面喷洒防渗剂进行补强，喷洒量为土壤质量的0.02%。
实施对象在未使用防渗剂之前的渗漏速率为7.5×10-6cm/s，使用防渗剂后的试验观测期60天内的平均渗漏速率为4.2×10-7cm/s。
实施例2
一种土壤防渗剂，由以下质量分数的有效成份原料组成：质量分数为12%的甲基硅酸钠，质量分数为0.8%的分子量3000000的非离子聚丙烯酰胺，质量分数为20%的模数为3.5、波美度为40°be的水玻璃，质量分数为5%的硫酸铝钠，质量分数为1.2%的氢氧化钙，质量分数为3%的柠檬酸钠，质量分数为5%的羟甲基纤维素，质量分数为2%的三异丙醇胺，质量分数为51%的水。
具体实施时的对象为含芒硝的一组表层土壤。
本实施例之土壤防渗剂的施工方法，具体实施步骤为：
（1）将甲基硅酸钠和水玻璃以外的各组分混合，搅拌均匀，得到助剂混合物；
（2）施工前，向步骤（1）所得助剂混合物中先后加入甲基硅酸钠和水玻璃，搅拌均匀，即得成品防渗剂，成品防渗剂要求在24小时内使用；
（3）施工方式为原位喷洒，将成品防渗剂一次性喷洒到土壤的表面，防渗剂与土壤的质量比例为1%∶1；96小时后，反应基本完成；
（4）采用重锤夯实施用过成品防渗剂的土壤，60天后，在表面喷洒防渗剂进行补强，喷洒量为土壤质量的0.07%。
试验观测期90天内的平均渗漏速率为4.3×10-7cm/s，而实施对象在未使用防渗剂之前的渗漏速率为8.9×10-6cm/s。
实施例3
一种土壤防渗剂，由以下质量分数的有效成份原料组成：质量分数为5%的乙基硅酸钠，质量分数为0.5%的分子量3000000的非离子聚丙烯酰胺，质量分数为20%的模数为3、波美度为35°be的水玻璃，质量分数为3%的硫酸铝钠，质量分数为1%的氢氧化钙，质量分数为1%的柠檬酸钠、质量分数为3%的聚阴离子纤维素、质量分数为1%的三异丙醇胺、质量分数为65.5%的水。
具体实施时的对象为含石膏的一组表层土壤。
本实施例之土壤防渗剂的施工方法，具体实施步骤为：
（1）将乙基硅酸钠和水玻璃以外的各组分混合，搅拌均匀，得到助剂混合物；
（2）施工前，向步骤（1）所得助剂混合物中先后加入乙基硅酸钠和水玻璃，搅拌均匀，即得成品防渗剂，成品防渗剂要求在24小时内使用；
（3）施工方式为直接混合，将浅层土壤取出，破碎，将成品防渗剂通过机械搅拌的方式与土壤充分混合，成品防渗剂与土壤的质量比例为5%∶1；摊薄晾晒24小时充分反应后，将渗水区水抽干，填反应后的土壤；
（4）采用夯实机碾压夯实施用过成品防渗剂的土壤，30天后，在表面喷洒防渗剂进行补强，喷洒量为土壤质量的0.08%。
实施对象在未使用防渗剂之前的渗漏速率为5.8×10-6cm/s，使用防渗剂后的试验观测期60天内的平均渗漏速率为3.6×10-7cm/s。