CN102515187A

CN102515187A - 用于改良膨胀土的二次溶液喷洒法

Info

Publication number: CN102515187A
Application number: CN2011103263804A
Authority: CN
Inventors: 张文慧; 郑华文; 王保田; 王亚坤; 陈涛; 张福海; 李守德
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及一种用于改良膨胀土的二次溶液喷洒法，其特征在于包括以下步骤：（1）称取质量为m₁的水玻璃溶于质量为m_w1的水中配置成水玻璃溶液，将水玻璃溶液均匀喷洒到质量为m_s的膨胀土干土中，拌合均匀，静置2至12小时，备用；（2）称取质量为m₂的硫酸铝粉末，溶解于质量为m_w2的水中配制成硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液均匀喷洒于步骤（1）中备用的土样中，拌合均匀，静置2小时以上，待含水率降低至最优含水率，即可进行压实处理。本发明相比于传统的石灰改良或者水泥改良等方法，具有工艺简单，效果明显，符合环保要求。

Description

用于改良膨胀土的二次溶液喷洒法

技术领域

本发明涉及的是一种膨胀土的化学改良方法，是通过将不同试剂的水溶液，分次喷洒到膨胀土中,拌合均匀，能够大幅度降低膨胀土的膨胀性，改善膨胀土的水稳定性，且经历数次干湿循环后依然保持结构完好，且强度高于未改良膨胀土。属于岩土工程技术领域。

背景技术

膨胀土是一类具有吸水显著膨胀软化、失水急剧收缩硬裂的特殊粘性土，具有多裂隙性、超固结性、崩解性、风化性、强度衰减等特殊性质，使膨胀土地区的建筑、铁路、公路、机场、水利工程等经常遭受巨大的破坏，造成重大的经济损失。

膨胀土在工程中是不能够被直接利用的，常用的膨胀土处理方法包括：换土法、无机物改良法、化学固化法等。换土法工程量大，合适的填土一般不宜寻找，并且弃土易造成环境问题；通常采用的石灰、水泥等无机材料改良膨胀土，施工复杂，粉尘污染严重；化学固化法常采用特制的改良剂，按照一定的顺序喷洒在膨胀土表面，通过土壤化学反应达到改良膨胀土性质的目的，具有施工工艺简单，改良效果明显，缩短工期的优点。

发明内容

本发明的目的在于解决膨胀土处理过程存在的问题，降低成本，满足施工工期要求，并且避免大量的填土和弃土导致的环境问题。

用于改良膨胀土的二次溶液喷洒法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、称取质量为m₁的水玻璃溶于质量为m_w1的水中稀释成水玻璃溶液，将水玻璃溶液均匀喷洒到质量为m_s的膨胀土干土中，拌合均匀，静置2至12小时，备用；其中，m₁ ：m_s=3：100～5：100，水的质量m_w1根据喷洒水玻璃溶液后土体含水率高于天然含水率6%～10%计算。

含水率（ω）定义为土样中的水与干土的质量比，公式体现如下：ω=

×100%

其中,m _w---土样中水的质量(g)；m _s ---干土的质量(g)

（2）、称取质量为m₂的硫酸铝粉末，溶解于质量为m_w2的水中配制成硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液均匀喷洒于步骤（1）中备用的土样中，拌合均匀，静置2小时以上,待含水率降低至最优含水率,即可进行压实处理；其中m₂：m_s=5：1000～7:1000，水质量m_w2根据喷洒硫酸铝溶液后土体含水率比第1步骤的含水率再高4%～8%计算。所述的最优含水率是按照《土工试验方法标准》GB-T50123-1999击实实验得出的击实曲线中，最大干密度对应的含水率值为最优含水率。

本发明采用的膨胀土改良试剂为水玻璃和硫酸铝，水玻璃能够渗透到膨胀土中，在土颗粒之间产生胶结作用，将微小的土颗粒凝聚成为团粒结构，胶结形成的团粒结构组成一个空间网，形成土颗粒-聚合物-土颗粒的结构，这一结构可提高土颗粒间连结强度，抑制土颗粒对水分子的吸附，另外，通过包裹、机械啮合等物理作用来提高土颗粒间的粘接作用，使土体具有较高强度和水稳定性。表现为土抗剪和无侧限抗压强度的提高。硫酸铝易溶于水形成溶液，硫酸铝溶液渗透到土体中，能够和其中1/2的硅酸钠反应生成氢氧化铝和硅胶，填充土颗粒之间的空隙，组织土颗粒和水的结合，从而提高水稳定性。控制硫酸铝溶液的添加量，可以控制水玻璃的凝固时间，能够提高改良土的早期强度，从而满足工程要求。相比于传统的石灰改良或者水泥改良等方法，具有工艺简单，效果明显，并且满足环保要求。

附图说明

图1是不同试剂用量的改良土自由膨胀率变化图。

具体实施方式

以下将以实施例说明本发明的技术方案。

不同材料样品质量的代号说明如下：水玻璃m1，硫酸铝m2，干土质量ms，水的质量mw1、mw2，文件中除了质量的符号m之外，其余均采用了脚标的方式，该说明段采用将脚标放大的方式说明，以防止因为脚标不清楚而产生的误解。

实施例1

以湿土质量m=1000g的膨胀土为例，膨胀土的初始含水率为20%，目标含水率为26%，则干土质量m_s=1000÷(1+20%）=833.3g。

1、按照m₁ ：m_s=3：100，称取m₁=25.0g的工业水玻璃（购于南京横梁精细化工有限公司，波美度为0.45，模数为2.7），需要的水的质量m_w1=833.3×（26%-20%）=50.0g，将水玻璃溶于水中，将配制好的水玻璃溶液均匀的喷洒到膨胀土中，拌合均匀，静置2小时备用。

2、按照m₂：m_s=5：1000计，硫酸铝粉末（购自江苏强盛化工有限公司，化学纯白色粉末，粒度无限制）的质量m₂=833.3×5÷1000=4.2g，该步骤的目标含水率为30%，则溶解硫酸铝所需添加的水的质量m_w2=833.3×（30%-26%）=33.3g，将硫酸铝粉末溶解于水中制成硫酸铝溶液，将该溶液均匀喷洒于1步骤中备用的土样中，拌合均匀。

3、待含水率由30%降低至最优含水率19.8%（所述的最优含水率是按照《土工试验方法标准》GB-T50123-1999击实实验得出的击实曲线中，最大干密度对应的含水率值为最优含水率），按照95%的压实度制作成环刀试样，在湿砂中养护即可；现场施工时待含水率降低至最优含水率附近时连续压实至要求的压实度即可。

实施例2

本发明实施例1记载的方法对膨胀土的改良效果见表1所示，考察方式是采用将改良土的自由膨胀率和素土的自由膨胀率比对的方式。

表1 以自由膨胀率为指标考察本发明的方法对膨胀土的改良效果结果表

从表1可以看出，单独使用水玻璃的改良效果不明显，而经过二次溶液喷洒的改良土的自由膨胀率降低了约60%，改良土已经消除了膨胀性，满足工程使用要求。

将实施例1经过两次溶液喷洒处理的改良土调至最优含水率19.8%，按照95%压实度压实制作成环刀试样，放在湿砂中养护14天，进行6次干湿循环，循环后的试样进行慢剪试验，相比于未改良土6次干湿循环后的强度有明显提高，结果见表2所示。

表2 以直接剪切强度为指标考察改良土经慢剪试验的结果表

从表2可知，经处理后的改良土的粘聚力和摩擦角比素土都有提高，并且经过6次干湿循环后的强度依然高于素土的强度；素土经过6次干湿循环后，结构遭到破坏，而改良膨胀土仍保持结构完好。

实施例3-7所进行的操作如下：

取5份膨胀土，每份土的质量m=1000g，土的初始含水率为20%。水玻璃和干土的质量比m₁ ：m_s分别为：2：100、3：100、5：100、7：100和9：100；硫酸铝粉末质量和干土质量比m₂：m_s分别为：3：1000、5：1000、7：1000、9：1000和11：1000。第一步目标含水率分别为：26%、27%、28%、29%、30%；第二步目标含水率分别为：8%、7%、6%、5%、4%，土样的制备方法和步骤详见表3。

表3 实施例3-7所涉及到的材料及效果数据表

制备以上不同添加比例的改良土试样，测试其以自由膨胀率为指标的改良效果，并且与未改良膨胀土进行比较。同时考虑到经济因素，综合来确定化学试剂的使用比例。通过图1可以清楚说明：当采用水玻璃质量和干土质量比为3：100，硫酸铝质量和干土质量比为5：1000时，改良效果明显；当水玻璃和硫酸铝的使用量继续增加，并不能继续大幅度降低自由膨胀率。综合考虑经济因素，选取水玻璃质量和干土质量比m₁ ：m_s=3：100～5：100，硫酸铝质量和干土质量比m₂：m_s=5：1000～7:1000为有效范围。

Claims

1.用于改良膨胀土的二次溶液喷洒法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、称取质量为m₁的液态水玻璃溶于质量为m_w1的水中稀释成一定浓度水玻璃溶液，将水玻璃溶液均匀喷洒到质量为m_s的膨胀土干土中，拌合均匀，静置2至12小时，备用；

（2）、称取质量为m₂的硫酸铝粉末，溶解于质量为m_w2的水中配制成硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液均匀喷洒于步骤（1）中备用的土样中，拌合均匀，静置2小时以上，待含水率降低至最优含水率，即可进行压实处理。

2.根据权利要求1所述的用于改良膨胀土的二次溶液喷洒法，其特征在于步骤（1）中m₁ ：m_s=3：100～5：100，水的质量m_w1根据喷洒水玻璃溶液后土体含水率高于天然含水率6%～10%计算；步骤（2）中m₂：m_s=5：1000～7:1000，水质量m_w2根据喷洒硫酸铝溶液后土体含水率比第1步骤的含水率再高4%～8%计算。