一種膨脹土的改良方法
1.本發(fā)明涉及路基路面工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種膨脹土的改良方法。
背景技術(shù)：
2.膨脹土是土中粘粒成分，主要由親水礦物(主要是蒙脫石、伊利石、高嶺石等)組成，其同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特征。
3.由于具有顯著的脹縮性，常常給膨脹土地區(qū)的工程建設(shè)造成嚴(yán)重破壞，給人民財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國由于膨脹土造成的損失平均每年高達(dá)20億美元以上，已超過洪水、颶風(fēng)、地震和龍卷風(fēng)所造成的損失的總和；而我國由于膨脹土地基致害的建筑面積達(dá)1000萬平方米左右。
4.為了保證道路在較長時(shí)間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度，達(dá)到安全、舒適行車的目的，必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.針對上述問題，現(xiàn)提供一種膨脹土改良劑及其制備方法和其應(yīng)用，以為改善膨脹土路基提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)的方案。
6.具體技術(shù)方案如下：
7.一種膨脹土的改良方法，具有這樣的特征，包括如下步驟：
8.1)堿活性粘結(jié)劑的制備：將礦渣-煙道灰、氫氧化鈉、硅酸鈉混合后加水形成漿料；
9.2)膨脹土的改良：以土體質(zhì)量計(jì)，將0.4-0.6％改性纖維及5％堿活性粘結(jié)劑與膨脹土混合均勻，再用潮濕的黃麻袋覆蓋混合土體96h，以確保土體中的改良反應(yīng)。
10.上述的膨脹土的改良方法，還具有這樣的特征，步驟1)中礦渣-煙道灰、氫氧化鈉及硅酸鈉的質(zhì)量比為400:11:129。
11.上述的膨脹土的改良方法，還具有這樣的特征，步驟1)礦渣-煙道灰中礦渣及煙道灰的混合質(zhì)量比為(20-40):(60-80)。
12.上述的膨脹土的改良方法，還具有這樣的特征，漿料的水固比為0.4。
13.上述的膨脹土的改良方法，還具有這樣的特征，步驟1)中改性椰殼纖維的制備方法為：將椰殼纖維截?cái)啵蛊淅w維長度為20-25mm，然后將椰殼纖維浸泡在氫氧化鈉溶液中一段時(shí)間，以去除纖維表面蠟狀物質(zhì)，清洗、干燥后得到改性椰殼纖維。
14.上述的膨脹土的改良方法，還具有這樣的特征，步驟1)中氫氧化鈉溶液為10mol/l。
15.上述的膨脹土的改良方法，還具有這樣的特征，步驟1)中浸泡時(shí)間為7天。
16.上述技術(shù)方案的有益效果為：
17.1)本發(fā)明中礦渣、煙道灰可經(jīng)過堿活化并激發(fā)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膠凝材料，從而借助上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使膨脹土強(qiáng)度保持長期、穩(wěn)定的增長；
18.2)考慮到膨脹土主要成分為蒙脫石、伊利石，其表面含有大量負(fù)電荷，而本發(fā)明中
提供的堿活性粘結(jié)劑含有礦渣、煙道灰、氫氧化鈉、硅酸鈉，上述組分下包含了許多的陽離子，即na
+
、al
3+
、si
2+
、ca
2+
等，從而借助陽離子使其與膨脹土中的負(fù)電荷緊密結(jié)合并置換出膨脹土顆粒表面的親水陽離子，以使得膨脹土土體顆粒成為一個(gè)疏水微粒，并進(jìn)而降低膨脹土土顆粒表面的吸附水膜厚度及吸附電勢，在此基礎(chǔ)上土體顆粒進(jìn)一步粘結(jié)，以減少土顆粒之間的孔隙，并進(jìn)而減少膨脹土的吸水性和膨脹性，從而使膨脹土的水穩(wěn)性提高；進(jìn)一步的，本發(fā)明中堿活性粘結(jié)劑可與膨脹土中礦物反應(yīng)會生成c-s-h(水化硅酸鈣)鍵，從而大大提高土體強(qiáng)度。
19.3)本發(fā)明中改性椰殼纖維(椰殼纖維的改性能有效地提高粗糙度行為，并激活活性羥基的數(shù)量，從而便于進(jìn)行化學(xué)結(jié)合)的加入可對土體起到約束作用，以在基體吸水膨脹時(shí)利用纖維和基體界面產(chǎn)生的切應(yīng)力限制膨脹土的膨脹；同時(shí)，椰殼纖維和膨脹土界面的摩擦力也可抵消一部分膨脹土膨脹內(nèi)力，從而使土體不會完全通過膨脹量的增大來釋放膨脹內(nèi)力。
具體實(shí)施方式
20.下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
21.需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
22.下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
23.本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種膨脹土的改良方法，其具體包括如下步驟：
24.1)堿活性粘結(jié)劑的制備：將礦渣-煙道灰、氫氧化鈉、硅酸鈉按質(zhì)量比400:11:129混合后加水形成水固比為0.4的漿料；
25.2)膨脹土的改良：以土體質(zhì)量計(jì)，將0.4-0.6wt％改性纖維及5wt％堿活性粘結(jié)劑與膨脹土混合均勻，再用潮濕的黃麻袋覆蓋混合土體96h，以確保土體中的改良反應(yīng)；
26.其中，礦渣-煙道灰由礦渣及煙道灰按質(zhì)量比(20-40):(60-80)混合形成；
27.其中，改性椰殼纖維的制備方法為：將椰殼纖維截?cái)啵蛊淅w維長度為20-25mm，然后將椰殼纖維浸泡在濃度為10mol/l氫氧化鈉溶液中7天，以去除纖維表面蠟狀物質(zhì)，清洗、干燥后得到改性椰殼纖維。
28.膨脹土：根據(jù)統(tǒng)一的土體分類系統(tǒng)(uscs)，該土體被分類為高度可壓縮的粘土(ch)，細(xì)率(《75μ)含量為76％，該土的自由膨脹率為89％，初步判別該選取土樣為中膨脹土，這種土樣不可以直接用于工程道路建設(shè)中。試驗(yàn)用的膨脹土基本力學(xué)指標(biāo)如下：
29.30.椰殼纖維：具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐濕性、耐熱性，將其在氫氧化鈉溶液浸泡7天，通過去除纖維表面多余的木質(zhì)素、半纖維素和其他堿溶性化合物，有效地提高粗糙度行為。椰殼纖維的物理力學(xué)性能如下表所示：
[0031][0032]
煙道灰和礦渣：市購，二者的工程性能如下表所示：
[0033][0034]
本發(fā)明中各實(shí)施例及對比例中物料組分如下表所示：
[0035][0036][0037]
本發(fā)明中各實(shí)施例及對比例相關(guān)性能測試如下表所示：
[0038][0039]
本發(fā)明中上述性能測試根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》及《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法測得。
[0040]
由上表可知，本發(fā)明中改性椰殼纖維及堿活化劑的加入對膨脹土的自由膨脹率、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、間接抗拉強(qiáng)度以及cbr值均有良好的改良效果，這主要是因?yàn)橐瑲だw維及堿活性粘結(jié)劑的加入使得粘土基質(zhì)周圍形成主動膠結(jié)和界面摩擦，從而有效地調(diào)節(jié)膨脹土的拉伸、彎曲和收縮開裂性能。
[0041]
以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運(yùn)用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
1.一種膨脹土的改良方法，其特征在于，包括如下步驟：1)堿活性粘結(jié)劑的制備：將礦渣-煙道灰、氫氧化鈉、硅酸鈉混合后加水形成漿料；2)膨脹土的改良：以土體質(zhì)量計(jì)，將0.4-0.6％改性纖維及5％堿活性粘結(jié)劑與膨脹土混合均勻，再用潮濕的黃麻袋覆蓋混合土體96h，以確保土體中的改良反應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹土的改良方法，其特征在于，步驟1)中礦渣-煙道灰、氫氧化鈉及硅酸鈉的質(zhì)量比為400:11:129。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨脹土的改良方法，其特征在于，步驟1)礦渣-煙道灰中礦渣及煙道灰的混合質(zhì)量比為(20-40):(60-80)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨脹土的改良方法，其特征在于，漿料的水固比為0.4。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良方法，其特征在于，步驟1)中改性椰殼纖維的制備方法為：將椰殼纖維截?cái)啵蛊淅w維長度為20-25mm，然后將椰殼纖維浸泡在氫氧化鈉溶液中一段時(shí)間，以去除纖維表面蠟狀物質(zhì)，清洗、干燥后得到改性椰殼纖維。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良方法，其特征在于，步驟1)中氫氧化鈉溶液為10mol/l。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改良方法，其特征在于，步驟1)中浸泡時(shí)間為7天。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種膨脹土的改良方法，包括如下步驟：1)堿活性粘結(jié)劑的制備：將礦渣-煙道灰、氫氧化鈉、硅酸鈉混合后加水形成漿料；2)膨脹土改良劑的制備：以土體質(zhì)量計(jì)，將0.4-0.6％改性纖維及5％堿活性粘結(jié)劑與膨脹土混合均勻，再用潮濕的黃麻袋覆蓋混合土體96h，以確保土體中的改良反應(yīng)。本發(fā)明中改性椰殼纖維及堿活化劑的加入對膨脹土的自由膨脹率、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、間接抗拉強(qiáng)度以及CBR值均有良好的改良效果，這主要是因?yàn)橐瑲だw維及堿活性粘結(jié)劑的加入使得粘土基質(zhì)周圍形成主動膠結(jié)和界面摩擦，從而有效地調(diào)節(jié)膨脹土的拉伸、彎曲和收縮開裂性能。縮開裂性能。
技術(shù)研發(fā)人員：李麗華 劉文 肖衡林 王翠英 劉數(shù)華 陳智 劉一鳴 白玉霞 徐可 賈志勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2022.08.24
技術(shù)公布日：2022/11/25
