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高密度聚乙烯(HDPE)土工膜的特点研究

高密度聚乙烯(HDPE)土工膜具有良好的耐久性且渗透性低等优点,被广泛应用于垃圾填埋场底部防腐渗透结构。研究表明,垃圾降解产生的污染物需要数十年甚至数百年才能完全自然净化[1],这需要防渗层重要部位的HDPE土工膜需要有较长的使用寿命以防止污染物渗入。调查数据显示,HDPE土工膜将老化或降解发生缓慢[2-8],因此,对HDPE土工膜的研究降解特性对垃圾填埋场污染防治具有重要意义。垃圾填埋场HDPE 膜在该领域的广泛采用始于 1980 年代,目前对长期绩效的研究相对薄弱。本文主要总结了国外的研究
HDPE土工膜长期性能研究的方法和结果,它旨在为该国未来的工作提供信息。

HDPE土工膜是一种高分子聚合物,由96%~97.5%的聚乙烯基树脂,2%~3%的炭黑和0.5%~1%的添加剂。根根据不同的环境条件和作用机理,HDPE土工膜的降解种类主要分为氧化降解、萃取降解、紫外线降解和热降解氧化降解是垃圾填埋场底部HDPE土工膜的主要原因退化型[9]。氧化过程本质上是一个自由基链式反应的过程。过程[10],可分为三个阶段[11],第一阶段代表抗氧化(稳定剂)消耗过程,在此期间土工膜的力学性能不发生变化,阻力氧化剂主要与氧、自由基和烷基过氧自由基等物质发生反应。生化反应,或物理运输、提取、洗涤和蒸发耗尽,通常通过氧化诱导时间 (OIT) 测试来测量,其中有两种类型,标准OIT测试(ASTM D3895)和高压OIT 测试(ASTM D5885)。第 2 阶段是诱导氧化降解在此期间,土工膜的力学性能保持不变,而分子组成会发现明显的变化,一般用傅里叶变换红外光谱分析分析仪 (FTIR) 分析。第三阶段为氧化降解阶段,此阶段初期主要是物理作用,主要是分子交联,分子量增加另外,结晶度增加,工程性能没有显着变化[12];化学作用主要是断链,分子量降低,工程性能降低(如断裂应力应变、拉伸模量等),直至最终失稳[13],第三阶段结束。一般认为,当土工膜的工程性能(如应力开裂,拉伸应力和拉伸应变)下降到一定值(原始工程特征值的50%或规定值)视为其不稳定。熔体指数 MI 测试 (ASTM D1238) 和缺口恒载负载拉伸测试 NCTL (ASTM D5397) 是一个有效的实验,前者用来测试土工膜的分子量,后者是主要测量应力开裂性能。
1.2影响HDPE降解的主要因素
大量研究表明影响垃圾填埋场底部土工膜降解的因素有许多。 (1)土工膜的性质:支链密度越大,降解越大速率越快,Kelen [14] 认为支化聚合物更容易转化为自由基的结果;结晶度越高,降解越弱,也就是密度较大的结晶区域阻碍氧和烷基自由基的流动和迁移结果;厚度对老化也有不同的影响,Rowe 等人。 [15]实验表明,厚度越大,耐用性越好。 (2)温度:长很多长期监测数据表明,有机废弃物的分解会产生大量的热能提高垃圾填埋场底部温度[16-18],大量实验台结果发现,温度越高,土工膜的降解越快; Rowe 等[19]发现温度变化的历史、峰值温度及其持续时间对于土工膜的使用都是至关重要的寿命影响很大。 (3) 接触媒介:Osawa 等。 [20]指出渗透液体中的过渡金属(Co、Mn、Cu、Al、Fe等)会与岩土相互作用膜中的抗氧化反应促进降解反应。 Rowe等人的做法。 [21]实验结果表明,表面活性剂可以降低水的表面张力,加速阻力氧化剂的扩散迁移加速了土工膜的降解。 (4)垫结结构:Rowe 等人的实验。 [22-23]表明含膨润土(GCL)的防水垫保护层衬垫中的土工膜比渗滤液中的土工膜降解更快,因为GCL可阻隔渗滤液与土工膜接触;罗等人。 [24] 透热转移模型表明,第二层土工膜的耐久性高于第一层土工膜垫层的好坏主要取决于两者之间的温差。

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