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摘要
生物炭具有多孔结构、高比表面积和强吸附特性。在填埋场传统黏土覆盖层中添加生物炭制成生物炭改性黏土覆盖层，实现生物削减填埋场逸出甲烷的目的。添加生物炭可改变土体的孔隙结构，改善土体中气体的流动性，但对填埋场覆盖层气体流动特性的影响机制尚不清楚。因此，以生物炭–黏土混合土的渗气特性为主要评价指标，探讨生物炭掺量和粒径对生物炭–黏土混合土渗气特性的影响规律与机制。采用研发的柔性壁气相渗透测试装置，测定不同生物炭掺量、不同生物炭粒径组的生物炭–黏土混合土的气体渗透系数ka，并结合核磁共振技术分析土体孔径分布的变化规律。研究结果表明：对于干密度不小于90%黏土最大干密度的生物炭–黏土混合土，存在一生物炭最优掺量，其气体渗透系数达到最低。当生物炭掺量小于该最优值时，气体渗透系数随生物炭掺量的增大而减小，该趋势在较低干密度时更加明显；当大于该最优生物炭掺量时，气体渗透系数随生物炭掺量的增大逐渐增大。对比无交集粒径组生物炭与黏土混合土的气体渗透系数可得，随着生物炭粒径的减小，气体渗透系数逐渐降低。利用NMR微观测试结果解释生物炭–黏土混合土的气体渗透系数在特定条件下随生物炭掺量和粒径的增大而增大的变化机制。该研究可为填埋场生物炭改性黏土终覆盖层的设计和施工提供生物炭掺量和粒径选取的参考依据。
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单位环境科学与工程学院; 东华大学; 洛阳理工学院; 土木工程学院
