【摘要】 结果表明，凹凸棒石可以提高改性压实粘土的保水性和液限。

污染场地的覆盖系统存在一些问题，包括干燥裂纹，这会导致屏障性能下降。研究对凹凸棒土和硅藻土改性压实粘土的液塑极限、保湿性、导水率 (k) 和气体扩散阻隔性能进行了系统的实验室实验研究，以控制干燥裂缝以及水和挥发性有机化合物的迁移。挥发性有机化合物）。

 

结果表明，凹凸棒石可以提高改性压实粘土的保水性和液限。硅藻土可以显着降低气体扩散系数（Dq）。凹凸棒土和硅藻土双添加剂组分改性的压实粘土与未改性粘土相比，可提高其液限、保水率、阻气性和水力性能。根据获得的实验数据，添加剂的用量目标为5%。双添加剂（凹凸棒土4%和硅藻土1%）改性粘土与未改性粘土相比，保水率提高了82%，k降低了25%，Dq降低了42%。扫描电子显微镜（SEM）、BET比表面积测试法（BET）、压汞法（MIP）和热重分析（TGA）揭示了添加剂改性压实粘土的增强机制

 

Figure 12 BET tests results of clay specimens amended by attapulgite, diatomite, dual-additives,and unamended.[1]

 

不同添加剂修正的粘土粉的BET测试结果如图1所示。PSD小于2 nm、2-50 nm和大于50 nm分别定义为微孔、介孔和大孔。可以看出，与未改性粘土相比，改性粘土的微孔量显着增加，而介孔和微孔体积增加并不显着。孔径为2 nm时，凹凸棒石、硅藻土、双添加剂改性粘土的微孔体积分别为0.00721 cm3/g·nm、0.00707 cm3/g·nm、0.00724 cm3/g·nm ，与未改性粘土相比分别增加了 9%、7% 和 9%。

 

因此，双添加剂可以提高压实粘土的保水性能。比表面积和密度泛函理论（DFT）孔隙分布结果列于表1。可以看出，与未改性粘土相比，经过添加剂改性的粘土的比表面积增加了13-15%。微孔和介孔凹凸棒石和双添加剂改性粘土的体积显着增加。因此，双添加剂降低了粘土粉的微孔尺寸直径并增加了其比表面积。

 

Table 1. The BET test results.[1]

 

通过保湿和气体扩散试验，筛选确定了改性压实粘土添加剂的最佳掺量和配比。通过液塑极限试验研究了其保湿能力增强的主要原因。随后，对添加添加剂和未改性的压实粘土进行了水力性能测试。

 

根据研究结果，可以得出以下结论： 

1、凹凸棒土可以增强粘土的保湿性能，但对阻气性能的影响有限。当其掺量为5%时，其保水率比未改性粘土高66%。这种现象背后的增强机制归因于粘土液限的增加；

2、硅藻土可以有效降低粘土的气体扩散系数，但对保湿性能的影响有限。当其掺量为5%时，粘土的保水率仅提高了7%；

3、综合考虑保湿能力、阻气性能和成本，双添加剂的最佳掺量目标为5%，凹凸棒石与硅藻土的最佳配比为4。双添加剂修正压实后的保水率与未改性粘土相比，粘土增加了82%，气体扩散系数降低了42%。凹凸棒石和双添加剂改性增强压实粘土的k分别为6.3×10−9 m/s和5.9×10−9 m/s，比未改性粘土降低了25%和29%；

4. SEM和MIP分析表明，双添加剂有效填充了改性粘土的粒间孔，微孔结构增加了气体运移路径。

BET测试结果表明，双添加剂增加了微孔量，增强了改性粘土的保水性能。同时，双添加剂增加了比表面积并降低了平均PSD。 TGA 结果表明，双添加剂提高了松散结合水的温度限制，从而增强了改性粘土的保湿性能。

 

[1] Wang, M.; Wen, J.; Zhuang, H.; Xia, W.; Jiang, N.; Du, Y. Screening Additives for Amending Compacted Clay Covers to Enhance Diffusion Barrier Properties and Moisture Retention Performance. Appl. Sci. 2022, 12, 7341. https://doi.org/10.3390/app12147341

 

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