CN101402865A - 强离子土壤防冻剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种强离子土壤防冻剂，由膨胀土生态改性剂+NaCl+KCl经充分搅拌均匀组成，其组分按重量百分比计：膨胀土生态改性剂所占比例为80％～90％，NaCl所占比例为2％～8％，KCl所占比例为8％～12％。本发明强离子土壤防冻剂利用离子交换的原理，对冻胀土进行防冻处理，能使处理后的冻胀土不冻胀。

Description

强离子土壤防冻剂

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，是一种治理冻土的新材料。

背景技术

一、冻土特性与危害

在负温或零温的气候下形成有冰的各种土统称为冻土，冬季冻结、夏季融化的土层称为季节冻土，冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土。我国的冻土分布广泛，约占全国总面积的75％，其中多年冻土为21.5％。修筑在寒区的公路、铁路以及各种建筑物，由于冬天土体冻胀，夏天融沉，容易造成边坡滑塌、地基隆起变形、基础滑动失稳、路基冻胀与翻浆、地基沉陷、建筑物或路面开裂变形或错台等地质灾害。如何治理冻土的危害，增强土体的抗冻能力，确保工程的安全与质量，是举世关注的重大课题。

二、冻土的冻胀机理

地基土产生冻胀的三要素是水分、土质和负温度。水分由下部土体向冻结锋面聚集的重分布现象，称为水分迁移。迁移的结果在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，地表隆起。细粒土中发生水分子迁移最为强烈，其冻胀力最大，被称为冻胀土。细粒土具有冻胀的特性，是因为它颗粒小，表面积相当巨大，在土颗粒矿物亲水特性以及静电引力相互作用下形成了相当发育的毛细管水，毛细管水的存在为土体冻结和水分子迁移提供了便利，以致造成冻害。粗颗粒土、石子、砂等，虽然有很大的孔隙，但形成不了毛细管水，且表面能小，一般不产生水分迁移，不发生冻胀现象，被称为非冻胀土。

三、传统治理冻土的方法

修筑在寒区的公路、铁路为了避免冻害的发生，设计人员一般采用非冻胀性材料(如粗颗粒土、石子、砂等)高筑路堤。对于挖方地基采取超挖换填非冻胀性材料的方法。这些传统的治理方法能起到一定的效果，但非冻胀性材料需要量大，受到地区条件的限制，难以满足工程的需要，而且工程难度大，施工周期长，工程造价高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述传统治理冻土方法的不足，提供一种强离子土壤防冻剂用于防止寒区冻胀土的冻结，使其不再对工程造成危害。寒区冻胀土通过强离子土壤防冻剂处理，达到提高土体抗冻能力，增强土体强度，将冻胀土改变为非冻胀土的目的。发明内容如下：

一、强离子土壤防冻剂的配制

一种强离子土壤防冻剂由膨胀土生态改性剂+NaCl+KCl经充分搅拌均匀组成，其组分按重量百分比计：膨胀土生态改性剂所占比例为80％～90％，NaCl所占比例为2％～8％，KCl所占比例为8％～12％。

膨胀土生态改性剂为国家重点新产品，由武汉中财科技有限公司生产，市场有售。

二、强离子土壤防冻剂的防冻原理

细粒土的形成是土颗粒亲水矿物与水作用的结果，土颗粒中亲水矿物与水反复亲和作用，使土颗粒无限细分，形成很小的颗粒(颗粒＜0.002mm)。在细分后土颗粒表面吸附着一层水，这层吸附水以静电引力形式被吸附在矿物颗粒的表面上，由于静电引力的作用，这层吸附水与矿物颗粒结合得非常牢固，重力、较小机械力不能将其排出。土壤通过风干可以除去大部分的吸附水，但环境湿度增加会导致其重新吸收水分。由于吸附水的存在，细粒土只能细分，不能聚集，从而使土体的毛细管水极其发育，为土体冻结和水分迁移提供了良好的条件，使土体冻胀，造成冻害。

本发明提供一种强离子防冻剂，它是一种复合的化学配方，其中含有多种活性成分，有较强的渗透性，能溶于水，具有电解和离子交换的作用，在水中离解出带正电荷的阳离子[X]ⁿ⁺和带负电荷的阴离子[Y]^n-，阳离子与土颗粒胶体表面的阳离子[M]ⁿ⁺产生交换作用，将这些原本吸附在土颗粒表面、亲水性极高的阳离子赶走，代之以亲水性较低、粘结力较强的铝离子及其水合物。使土颗粒上的吸附水的化学键破坏形成自由水，交换后土颗粒不再具有亲水特性，并较容易凝聚和结团，从而使土颗粒形成键状和网状结构，将细粒土改变成为粗粒土，消除了土颗粒的冻胀特性，增强了土体强度。

三、强离子土壤防冻剂的施工方法

首先用水将强离子土壤防冻剂稀释为水溶液，其配比按重量百分比计：水所占比例为92％～98％，强离子土壤防冻剂所占比例为2％～8％。经充分搅拌均匀，按6kg/m²～8kg/m²均衡的喷洒在土体的表面上，待土体干燥后，按同样的办法喷洒第二次、第三次即可。施工应选择在晴天，气温不得低于5℃。

本发明适用于公路、铁路、工业与民用建筑等工程的冻土处理。

具体实施方式

表1是本发明强离子土壤防冻剂实施例1～3所用原料及配比。

表1强离子土壤防冻剂各实施例所用原料及配比            单位：％

原料名称	实施例1	实施例2	实施例3
				膨胀土生态改性剂	88.9	83.8	80.8
NaCl	2.8	5.9	7.3
				KCl	8.3	10.3	11.9
合计	100	100	100

表2是采用本发明强离子土壤防冻剂处理冻胀土的效果。

表2采用强离子土壤防冻剂处理冻胀土试验成果对比表

1、采样地点：齐哈城际高速铁路DK055+144。

2、试验结果：根据相关规定冻胀土的冻胀率η≤1％，为非冻胀土；冻胀率1％＜η≤3.5％，为弱冻胀土。检测结果表明实施例1处理土为非冻胀土，实施例2、实施例3处理土均为弱冻胀土。实施例1的效果最好，确定为适合于该土体的最佳配方。

3、检测单位：中科大地岩土化学研究所。

Claims (3)

1、一种强离子土壤防冻剂，其特征是：该防冻剂由膨胀土生态改性剂+NaCl+KCl经充分搅拌均匀组成，其组分按重量百分比计：膨胀土生态改性剂所占比例为80％～90％，NaCl所占比例为2％～8％，KCl所占比例为8％～12％。

2、如权利要求1所述强离子土壤防冻剂的施工方法，其特征是：首先用水将强离子土壤防冻剂稀释为水溶液，其配比按重量百分比计：水所占比例为92％～98％，强离子土壤防冻剂所占比例为2％～8％。经充分搅拌均匀，按6kg/m²～8kg/m²均衡的喷洒在土体的表面上，待土体干燥后，按同样的办法喷洒第二次、第三次即可。施工应选择在晴天，气温不得低于6℃。

3、如权利要求1所述强离子土壤防冻剂，其特征是：适用于公路、铁路、工业与民用建筑等工程的冻土处理。