本發(fā)明涉及一種土壤防滲劑及其施工方法，特別是涉及一種針對含碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽土壤的防滲劑及其施工方法。
背景技術(shù)：
天然土壤具有一定的透水性，許多大型蓄水設施比如鹽田，為了降低成本，在修建過程中都會直接使用現(xiàn)場的土壤作為修建材料，鹵水不可避免的以滲漏的形式損失掉。鹽田的滲漏會造成鹵水中有價資源（比如鉀、鋰等）的損失，一方面使得鹽田的單位產(chǎn)能下降，增加生產(chǎn)成本；另一方面由于地下儲存的鹵水礦產(chǎn)資源的儲存量有限，資源的流失會對礦山的服務年限和資源供給能力造成較大的影響。據(jù)統(tǒng)計，我國西北地區(qū)各提鉀、鋰廠家，在鹽田曬鹵過程中以滲漏形式損失的鉀鹽和鋰鹽資源高達20%~40%。此外，鹽田滲漏的鹵水會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染，破壞附近地區(qū)的生態(tài)平衡，產(chǎn)生新的環(huán)境問題。因此，開發(fā)性能好、成本低的防滲劑，不僅能夠降低鹽田的生產(chǎn)和運行成本，有利于我國鹽湖資源的綜合開發(fā)利用，同時還具有深遠的環(huán)保意義。
到目前為止，建筑施工上常用的防滲方法為：使用瀝青、混凝土或者塑膜作為防滲層覆蓋在土壤表面，防止鹵水資源的流失。然而，瀝青機械強度和抗剪性較差，容易開裂而影響防滲效果；鹵水一般都含有大量的無機鹽離子，具有較強的腐蝕能力，混凝土耐腐蝕性較差，這會縮短其使用壽命，增加后期維護成本；對于鹽田滲漏而言，對鹽田土壤進行原位夯實和塑膜鋪底是目前比較常見的防滲方法。但是，原位夯實并不能改變土壤自身的性質(zhì)，依然還有大量細微的孔隙和裂縫被保留下來，防滲效果有待提高；塑膜鋪底成本較高、施工難度較大，一般只用于特定場合的防滲，如鹽田中經(jīng)濟效益較高的沉鋰池一般采用塑膜鋪底的防滲方式。
cn100417689c公開了一種水田防滲劑，其方法是將聚丙烯酰胺、過氧化鈣、膨潤土和磷酸二氫鉀與一定量的細沙混勻后撒入水田中。
cn102977893a公開了一種農(nóng)用保水防滲劑，它是由膨潤土、硅酸鹽水泥熟料、石膏粉和陰離子型聚丙烯酰胺組成。該農(nóng)用保水防滲劑主要應用于農(nóng)田淡水環(huán)境下的防滲節(jié)水，能否適用于鹽田等含高濃度鹽或腐蝕性較強的特定場所則未見報道。
cn105084805a公開了一種無機-有機復合結(jié)晶型防水劑，它是由硅酸鈉、甲基硅酸鈉、海藻酸鈉、明膠、十二烷基乙氧基磺酸甜菜堿、碳酸鈉、檸檬酸鈉、三乙醇胺、硫酸鋁鉀、硫酸鈣、聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鈣、羥乙基甲基纖維素、氫氧化鈣、硼酸和水組成。但該公開方案主要應用于屋面、地下室和衛(wèi)生間等混凝土建筑領域的防水，能否適用于鹽田土壤等含高濃度鹽或腐蝕性較強的特定場所則未見描述。
以上防滲劑對我國西部地區(qū)（如青海、新疆、西藏等）修建鹽田所用的土質(zhì)各異的各類特定組成的表層或淺層土壤的防滲未見報道，而這些地區(qū)的土壤中含有大量的碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽，使得其內(nèi)部含有大量大小不一的孔隙，容易引起滲漏。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本較低、使用簡便的針對含碳酸鹽土壤的防滲劑及其施工方法；特別適用于含碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽的鹽田土壤的防滲。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，本發(fā)明之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑，其有效成份組成及各組分的質(zhì)量百分比為：質(zhì)量分數(shù)為5%～15%的堿金屬有機硅酸鹽，質(zhì)量分數(shù)為0.5%～1%的非離子聚丙烯酰胺，質(zhì)量分數(shù)為10%～25%的水玻璃，質(zhì)量分數(shù)為1%～3%的硫酸鋁鉀，質(zhì)量分數(shù)為5%～10%的硫酸鈉，質(zhì)量分數(shù)為1%～3%的檸檬酸鈉，質(zhì)量分數(shù)為1%～5%的羥甲基纖維素或聚陰離子纖維素，質(zhì)量分數(shù)為1%～3%的三異丙醇胺，質(zhì)量分數(shù)為10%～25%的氯化鈣溶液，質(zhì)量分數(shù)為40%～65%的水，上述原料的百分數(shù)之和為100%。
所述堿金屬有機硅酸鹽，優(yōu)選甲基硅酸鈉、甲基硅酸鉀中的一中或兩者的混合物。其作用是與土壤顆粒表面的羥基發(fā)生反應，在土壤表層及內(nèi)部形成不溶性憎水性化合物薄膜，同時填充土壤中的孔隙和裂縫，從而實現(xiàn)防水的目的。此外，堿金屬有機硅酸鹽還具有微膨脹作用，可以補償收縮、減少開裂。
研究表明，聚丙烯酰胺能夠與土壤通過物理、化學等形式的作用，將土壤鏈接在一起形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善鹽堿地土壤的柔韌性，減少脆性過強所形成的開裂，增強土壤的防滲性能。同時，聚丙烯酰胺能夠與土壤反應形成凝膠，可以填充和封堵土壤中的孔隙和裂縫，進一步增強土壤的抗?jié)B性能。同時，選用非離子聚丙烯酰胺可以避免離子型聚丙烯酰胺易水解的問題。
所述非離子聚丙烯酰胺的分子量優(yōu)選為5000000～8000000。若其分子量過小，無法達到改善土壤性質(zhì)的目的；分子量太大則會使防滲劑本身的粘稠度過大，不利于施工的進行，同時還會影響實際的防滲效果。
水玻璃，其作用是能夠與土壤中的鈣離子發(fā)生反應形成硅酸鈣晶體，增加土壤的密實性。以外，硅酸鈉在固化過程中形成的二氧化硅顆粒也能夠填充土壤中的孔隙和裂縫，從而達到增加密實度和防滲的目的。
所述水玻璃模數(shù)優(yōu)選2.2～2.8，波美度優(yōu)選30～45°be。
硫酸鋁鉀、硫酸鈉能夠和鹽堿地土壤中的鈣離子反應形成難溶于水且具有一定膨脹性能的鈣礬石，增強土壤的密實度和防水性能。此外，硫酸鋁鉀還能加快硅酸鈉的反應速度，促進二氧化硅顆粒的形成。硫酸鈉則可以為土壤補充一定的硫酸根離子，促進反應的進行，增加土壤的防水能力。
檸檬酸鈉作為分散劑，能夠促使防滲劑中各組分混合均勻，使之能夠與土壤充分反應。
羥甲基纖維素或聚陰離子纖維素可以作為防滲劑與土壤反應所形成的膠體的分散劑和保護劑，能夠提高防滲土壤的耐久性能。
三異丙醇胺是一種表面活性劑，可以促進防滲劑與土壤的充分接觸、反應，此外還能促進甲基硅酸鈉與土壤反應成膜，提高施工效率。
所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選42%～50%。氯化鈣的加入，一方面可以使土壤中的碳酸根離子的電離平衡向形成碳酸鈣晶體的反應方向移動，生成的碳酸鈣細晶填充于土壤空隙和裂縫中，堵塞滲漏通道，增加土壤的密實度；另一方面可以為土壤補充一定的其他鈣離子，促使其他如硅酸根、硫酸根、表面羥基與鈣離子的反應向固體沉淀物進行，從而提高土壤的防滲性能。
本發(fā)明之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑的施工方法，具體實施步驟為：
（1）按配比將水玻璃、硫酸鋁鉀、硫酸鈉、檸檬酸鈉和羧甲基纖維素或聚陰離子纖維素、三異丙醇胺依次加入水中，攪拌均勻，即得防滲劑助劑。防滲劑助劑可長期保存。
（2）施工前，向防滲劑助劑中先后加入堿金屬有機硅酸鹽和非離子聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得成品防滲劑。成品防滲劑要求在配置的24小時內(nèi)使用。
（3）將成品防滲劑與土壤混合，混合的方式可采用原位噴灑或者直接攪拌；所述原位噴灑指采用噴霧的方式，一次性或者多次重復將防滲劑噴灑到土壤的表面，在1～7天后，反應基本完成，進行下一步操作；所述直接攪拌的方式是指取出土壤，破碎后，將成品防滲劑與土壤顆粒通過機械攪拌或者人工翻動混合的方式，混合均勻，攤薄晾曬10～36小時，充分反應后進行下一步操作；本步驟中，成品防滲劑與土壤的質(zhì)量比例為1%～15%∶1，優(yōu)選5%～10%∶1；
（4）按照配比取氯化鈣溶液，向經(jīng)步驟（3）處理后的土壤中噴灑氯化鈣溶液；然后將土壤填入需要防滲的區(qū)域內(nèi)（步驟3采用原位噴灑時，此處可不需要），采用重錘或者夯實機碾壓夯實，待7～35天（土層基本干燥）后，再在表面噴灑成品防滲劑進行補強，噴灑量為土壤質(zhì)量的0.01%～1%，優(yōu)選0.05%～0.5%。
本發(fā)明是一種活性化學成分所組成的無機-有機復合型土壤防滲劑，所采用的原料均是來源易得、價格低廉的化學試劑，能降低防滲劑的成本，同時充分考慮了各組分之間的特性互補，優(yōu)化配制，簡化施工方法，從而得到了性能優(yōu)異、成本低廉、使用方法簡便的鹽堿地土壤防滲劑。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1
一種針對含碳酸鹽土壤的防滲劑，其有效成份組成及各組分的質(zhì)量百分比為：
質(zhì)量分數(shù)為15%的甲基硅酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1%的分子量為8000000的非離子聚丙烯酰胺、質(zhì)量分數(shù)為22%的模數(shù)為2.6、波美度為30°be的水玻璃、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的硫酸鋁鉀、質(zhì)量分數(shù)為5%的硫酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1%的檸檬酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的羥甲基纖維素、質(zhì)量分數(shù)為2%的三異丙醇胺、質(zhì)量分數(shù)為11%的氯化鈣溶液、質(zhì)量分數(shù)為40%的水。
所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為48%。
本實施例之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑的施工方法，具體實施對象是含碳酸鈣和碳酸鎂的淺層土壤，具體實施步驟為：
（1）按配比將水玻璃、硫酸鋁鉀、硫酸鈉、檸檬酸鈉和羧甲基纖維素、三異丙醇胺依次加入水中，攪拌均勻，即得防滲劑助劑。
（2）施工前，向防滲劑助劑中先后加入甲基硅酸鈉和非離子聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得成品防滲劑。成品防滲劑要求在配置的24小時內(nèi)使用。
（3）將成品防滲劑與土壤混合，施工方式為直接攪拌混合：將淺層土取出、破碎，將攪拌制得的成品防滲劑通過機械攪拌的方式與破碎后的淺層土充分混合，成品防滲劑用量為土壤質(zhì)量的8%，攤薄并晾曬36小時；
（4）反應過后，按照配比取氯化鈣溶液，向經(jīng)步驟（3）處理后的土壤中噴灑氯化鈣溶液；然后往滲漏區(qū)域填入反應后的土壤，采用夯實機夯實并進行晾曬。18天后，在夯實的土壤表面噴灑少量防滲劑進行補強，噴灑量為土壤質(zhì)量的0.05%。
本實施例中，實施對象在未使用本防滲劑之前的滲漏系數(shù)為4.5×10-5cm/s，使用防滲劑后60天內(nèi)的平均滲漏系數(shù)為1.3×10-6cm/s。
實施例2
本實施例之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑，其有效成份組成及各組分的質(zhì)量百分比為：
質(zhì)量分數(shù)為7%的甲基硅酸鉀、質(zhì)量分數(shù)為0.5%的分子量為5000000的非離子聚丙烯酰胺、質(zhì)量分數(shù)為15%的模數(shù)為2.4、波美度為30°be的水玻璃、質(zhì)量分數(shù)為1%的硫酸鋁鉀、質(zhì)量分數(shù)為6%的硫酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為2%的檸檬酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為2%的聚陰離子纖維素、質(zhì)量分數(shù)為2.5%的三異丙醇胺、質(zhì)量分數(shù)為12%的氯化鈣溶液、質(zhì)量分數(shù)為52%的水。
所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為50%。
具體實施對象是含碳酸鈣和碳酸鎂的表層土壤，本實施例之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑的施工方法，具體實施步驟為：
（1）按配比將水玻璃、硫酸鋁鉀、硫酸鈉、檸檬酸鈉和聚陰離子纖維素、三異丙醇胺依次加入水中，攪拌均勻，即得防滲劑助劑。防滲劑助劑可長期保存。
（2）施工前，向防滲劑助劑中先后加入甲基硅酸鉀和非離子聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得成品防滲劑。成品防滲劑要求在配置的24小時內(nèi)使用。
（3）將成品防滲劑與土壤混合，施工方式為原位噴灑，采用噴霧的方式，將防滲劑一次性噴灑到土壤的表面，防滲劑與土壤的質(zhì)量比例為5%∶1；在5天后，反應基本完成，進行下一步操作；
（4）按照配比取氯化鈣溶液，向經(jīng)步驟（3）處理后的土壤中噴灑濃度為50%的氯化鈣溶液；然后采用重錘夯實；30天后，在表面噴灑少量防滲劑進行補強，噴灑量為土壤質(zhì)量的0.5%。
實施對象在未使用本防滲劑之前的滲漏系數(shù)為6.2×10-5cm/s，使用防滲劑后90天內(nèi)的平均滲漏系數(shù)為4.3×10-6cm/s。
實施例3
一種針對含碳酸鹽土壤的防滲劑，其有效成份組成及各組分的質(zhì)量百分比為：質(zhì)量分數(shù)為9%的甲基硅酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為0.5%的分子量為6000000的非離子聚丙烯酰胺、質(zhì)量分數(shù)為12%的模數(shù)為2.2、波美度為40°be的水玻璃、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的硫酸鋁鉀、質(zhì)量分數(shù)為8%的硫酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的檸檬酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為2%的聚陰離子纖維素、質(zhì)量分數(shù)為2.5%的三異丙醇胺、質(zhì)量分數(shù)為18%的氯化鈣溶液、質(zhì)量分數(shù)為45%的水。
所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為48%。
具體實施對象是含碳酸鎂的表層土壤，本實施例之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑的施工方法，具體實施步驟為：
（1）按配比將水玻璃、硫酸鋁鉀、硫酸鈉、檸檬酸鈉和聚陰離子纖維素、三異丙醇胺依次加入水中，攪拌均勻，即得防滲劑助劑。防滲劑助劑可長期保存。
（2）施工前，向防滲劑助劑中先后加入甲基硅酸鈉和非離子聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得成品防滲劑。成品防滲劑要求在配置的24小時內(nèi)使用。
（3）將成品防滲劑與土壤混合，施工方式為原位噴灑，采用噴霧的方式，將成品防滲劑一次性噴灑到土壤的表面，成品防滲劑與土壤的質(zhì)量比例為8%∶1；3天后，反應基本完成，進行下一步操作；
（4）按照配比取氯化鈣溶液，向經(jīng)步驟（3）處理后的土壤中噴灑氯化鈣溶液；然后采用重錘夯實；30天后，在表面噴灑少量防滲劑進行補強，噴灑量為土壤質(zhì)量的0.2%。
實施對象在未使用本防滲劑之前的滲漏系數(shù)為5.7×10-5cm/s，使用防滲劑后100天內(nèi)的平均滲漏系數(shù)為3.8×10-6cm/s。
實施例4
一種針對含碳酸鹽土壤的防滲劑，其有效成份組成及各組分的質(zhì)量百分比為：
質(zhì)量分數(shù)為12%的甲基硅酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1%的分子量為5000000的非離子聚丙烯酰胺、質(zhì)量分數(shù)為20%的模數(shù)為2.8、波美度為45°be的水玻璃、質(zhì)量分數(shù)為2%的硫酸鋁鉀、質(zhì)量分數(shù)為8%的硫酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的檸檬酸鈉、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的羥甲基纖維素、質(zhì)量分數(shù)為2%的三異丙醇胺、質(zhì)量分數(shù)為12%的氯化鈣溶液、質(zhì)量分數(shù)為40%的水。
所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為42%。
具體實施對象是含碳酸鈣的淺層土壤，本實施例之針對含碳酸鹽土壤的防滲劑的施工方法，具體實施步驟為：
（1）按配比將水玻璃、硫酸鋁鉀、硫酸鈉、檸檬酸鈉和羧甲基纖維素、三異丙醇胺依次加入水中，攪拌均勻，即得防滲劑助劑。防滲劑助劑可長期保存。
（2）施工前，向防滲劑助劑中先后加入甲基硅酸鈉和非離子聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得成品防滲劑。成品防滲劑要求在配置的24小時內(nèi)使用。
（3）將成品防滲劑與土壤混合，施工方式為直接攪拌混合：將淺層土取出、破碎，將成品防滲劑成品通過機械攪拌的方式與破碎后的淺層土充分混合，防滲劑用量為土壤質(zhì)量的7%，攤薄并晾曬24小時，充分反應后進行下一步操作；
（4）按照配比取氯化鈣溶液，向經(jīng)步驟（3）處理后的土壤中噴灑氯化鈣溶液；然后往滲漏區(qū)域填入反應后的土壤，采用夯實機夯實并進行晾曬。12天后，在夯實的土壤表面噴灑少量防滲劑進行補強，噴灑量為土壤質(zhì)量的0.15%。
實施對象在未使用本防滲劑之前的滲漏系數(shù)為7.8×10-5cm/s，使用防滲劑后60天內(nèi)的平均滲漏系數(shù)為1.9×10-6cm/s。