CN106065593A - 一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，将素土分割成块状，在90～120℃的温度下烘干后粉碎，筛分后得到干素土；步骤二，将干素土与质量为干素土的质量的0.5％～1.0％的纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土；步骤三，将纳米二氧化硅混合土与质量为干素土的质量的1.0％～2.0％的加工后的动物纤维混合均匀，得到动物纤维及纳米二氧化硅混合土；步骤四，将动物纤维及纳米二氧化硅混合土与预定质量的水混合并搅拌后，养护8～16h，得到动物纤维及纳米二氧化硅加筋土。本发明制备方法简单、成本低，加筋性能好，显著提高了粘土的抗剪强度，土体黏聚力得到明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及土体强度改良技术领域，具体涉及一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土及其制备方法。
背景技术
在工程建设中，经常会遇到一些土体不能满足工程地基的要求的问题，如冲积平原地形的土体。由于我国地域广阔，拥有多条河流，因此形成了诸如长江三角洲、黄河三角洲以及珠江三角洲等粘性土广泛分布的地区，并且，随着人口的增长及社会经济的发展，对建设用地的需求日益增加，而国家也在严格执行耕地红线的政策，因此工程建设用地会越来越向软粘土、湿陷性黄土和砂土等贫瘠土地区域扩张，所以，在工程建设前必须对此类土体进行处理以至于满足工程建设要求。
目前，学者对土体的强度问题也采取了多种补强措施，其中纤维加筋土不乏为一种有效的土体改良技术。纤维加筋土就是在填土中掺合一定比例的土工纤维，使得土的物理、力学性质得到改善的一种复合土。在目前的纤维加筋土领域，使用的纤维主要可以分为天然纤维和人造纤维，经过众多学者的研究发现，纤维丝具有较好的离散性，能够较为均匀的分散在土体中，与传统的面状土工合成材料相比，具有在各个方向都能发挥加筋作用的有点；另外纤维具有高强度、耐腐蚀等优点，并能与像石灰、粉煤灰、水泥等无机材料结合料一样快速均匀地掺入到土体中，具有低成本、易施工和可再生的优点。
人体的头发纤维是一种常见的纤维，有学者调查发现，人体的头发纤维在世界大多数城市被认为是废弃材料，如果不进行合理处理的，其日益累积会引起一系列的环境问题。研究发现，由于人体的头发具有独特的化学成分，因此具有以下的特性：降解速度慢、抗拉强度高、保温隔热、弹性恢复好、具有鳞片状表面等特点。将头发纤维用于软土的加固中，不仅能解决软土低强度的问题，而且解决了头发的处理问题，是我国生态文明建设和绿色工程建设的有益探索。
在过去的20年中，纳米技术已经发展成为一个跨学科领域，具有极大的吸引力。已有研究表明，纳米粒子的加入导致土体膨胀指数降低，明显地增加了粘土的液限、塑限和抗剪强度。学者对纳米二氧化硅加筋土的加筋原理进行了探讨，并且提出了两个方面的原理：第一方面，由于粘土中加入水，纳米二氧化硅通过吸收双层水产生粘性凝胶。由粘性凝胶引起的粘土颗粒之间的黏聚力要强于由水分粘结引起的粘土颗粒之间的黏聚力；第二方面，由于纳米二氧化硅的加入，导致粘土之间由粘性凝胶联结，使得黏土颗粒之间的有效接触面积增大，而且土颗粒组成较大的颗粒聚合物，从而提高了界面粘结强度和相应的摩擦力。
中国发明专利(公开号为CN103422491A)公开了一种棕榈纤维加筋土及制备方法和应用，该棕榈纤维加筋土具有：棕榈纤维，为长方形，长为2mm～16mm，宽为2mm～4mm，长宽比为1:1～4:1；土，棕榈纤维与土的质量比为0.25％～2.0％；以及水，含水率为预定值。中国发明专利(公开号为CN104099921B)公开了一种波浪形纤维加筋土及其制备方法，该波浪形纤维加筋土具有：波高为0.1mm～0.5mm，波长为1mm～5mm，纤维直径为0.1mm～1mm的波浪形聚丙烯、聚乙烯或尼龙的人工纤维，波浪纤维与土体质量比为0.1％～0.5％；以及水，含水率为12％～18％。
但是，以上两个发明中的纤维为天然纤维和人工纤维，并且均未添加胶结物颗粒，得到的加筋土抗剪强度较低，而将头发纤维和纳米二氧化硅作为添加剂，同时加入到土体中，尚未见报道。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，通过提供一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土及其制备方法，制备出抗剪强度高、黏聚力高的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土。
本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土，具有这样的特征，包括：动物纤维，动物纤维的质量为素土的质量的1.0％～2.0％；纳米二氧化硅，粒径为10～20nm，纳米二氧化硅的质量为素土的质量的0.5％～1.0％；以及预定质量的水。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土中，还可以具有这样的特征：其中，动物纤维为人的头发纤维或动物的毛发纤维。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土中，还可以具有这样的特征：其中，水的质量为素土的质量的20％。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土中，还可以具有这样的特征：其中，动物纤维的长度大于20mm。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土中，还可以具有这样的特征：其中，动物纤维的长度为20～30mm，直径为40～60μm。
本发明还提供了一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将素土分割成块状，在90～120℃的温度下烘干后粉碎，筛分后得到干素土；步骤二，将干素土与质量为干素土的质量的0.5％～1.0％的纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土；步骤三，将纳米二氧化硅混合土与质量为干素土的质量的1.0％～2.0％的加工后的动物纤维混合均匀，得到动物纤维及纳米二氧化硅混合土；步骤四，将动物纤维及纳米二氧化硅混合土与预定质量的水混合并搅拌后，养护8～16h，得到动物纤维及纳米二氧化硅加筋土。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，干素土筛分时采用的筛为2mm的土工筛。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤二中，干素土与纳米二氧化硅的混合过程为：将干素土与纳米二氧化硅分别均分成五等分，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，然后再均匀的在干素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，最后将干素土与纳米二氧化硅均匀搅拌。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤三中，加工后的动物纤维与二氧化硅混合土的混合过程为：将动物纤维与二氧化硅混合土分别均分成五等分，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，然后再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份动物纤维，以此往复，最后将动物纤维与二氧化硅混合土均匀搅拌。
在本发明提供的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤四中，水的质量为干素土质量的20％。
发明作用与效果
本发明提供了一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，本发明先将素土烘干后粉碎并筛分得到干素土，再将干素土与纳米二氧化硅混合得到二氧化硅混合土，然后将二氧化硅混合土与动物纤维混合得到动物纤维及纳米二氧化硅混合土，最后将动物纤维及纳米二氧化硅混合土加水搅拌，养护后得到动物纤维及纳米二氧化硅加筋土。
依据本发明的制备方法制得的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土具有以下有益效果：
a)制备方法简单、成本低，加筋性能好；
b)显著提高了粘土的抗剪强度；
c)土体黏聚力得到明显提升，内摩擦角基本为发生变化。
d)选取的动物纤维，使其具有降解速度慢、抗拉强度高、保温隔热、弹性恢复好获取方便等优点；
e)纳米二氧化硅通过吸收双层水产生粘性凝胶，使粘土之间由粘性凝胶联结，使得粘土颗粒之间的有效接触面积增大，从而提高了界面粘结强度和相应的摩擦力。
附图说明
图1是本发明的实施一至实施例三中头发纤维与二氧化硅加筋土在头发加筋率为1.0％时，抗剪强度随纳米二氧化硅掺量变化图；
图2是本发明的实施四至实施例六中头发纤维与二氧化硅加筋土在头发加筋率为1.5％时，抗剪强度随纳米二氧化硅掺量变化图；以及
图3是本发明的实施七至实施例九中头发纤维与二氧化硅加筋土在头发加筋率为1.5％时，抗剪强度随纳米二氧化硅掺量变化图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法进行进一步说明。
<实施例一>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在105℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与5g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与5g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与10g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与10g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护12h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例二>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在90℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与7g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与7g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与10g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与10g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护8h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例三>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在120℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与10g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与10g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与10g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与10g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护16h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例四>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在105℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与5g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与5g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与15g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与15g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护12h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例五>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在90℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与7g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与7g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与15g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与15g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护8h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例六>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在120℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与10g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与10g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与15g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与15g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护16h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例七>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在105℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与5g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与5g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与20g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与20g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护12h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例八>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在90℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与7g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与7g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与20g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与20g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护12h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
<实施例九>
一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将拟改良的素土(最大干密度1.62g/cm3,塑限含水率20.56％，液限含水率42.34％，塑性指数21.78，最优含水率为20％)分割成小块后，放入烘箱中在120℃的温度下烘干，将烘干后素土块放入碎土机中粉碎，粉碎后的素土过2mm的土工筛，得到干素土。
步骤二，取1000g干素土与10g的纳米二氧化硅(含量≥99.5％，平均粒径15±5nm，比表面积250±50g/cm3)混合，混合时，将称量好的1000g干素土与10g的纳米二氧化硅分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份干素土，再均匀的在素土上面撒入一份纳米二氧化硅，以此往复，撒完五份后，将干素土与纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土。
步骤三，将上述纳米二氧化硅混合土与20g人体头发纤维(取自理发店健康成年人所剪头发，且未经烫染，选取的头发纤维参数：横截面为圆形，直径约50μm，线密度1.25～1.40g/cm3,伸长率40％～60％，抗拉强度约400MPa,头发取回来以后进行捋顺，根据试验要求进行剪切处理，保证头发的长度均约为25mm)混合，混合时，将纳米二氧化硅混合土与20g人体头发纤维分别均分成五等份，在托盘中，先均匀的撒入一份二氧化硅混合土，再均匀的在二氧化硅混合土上面撒入一份人体头发纤维，以此往复，撒完五份后，将二氧化硅混合土与人体头发纤维混合均匀，得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土。
步骤四，将头发纤维及纳米二氧化硅混合土与200g水混合并搅拌后，放入保鲜袋中，在标准养护箱内养护16h，压实成样，得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
头发纤维及纳米二氧化硅加筋土强度测试实验
将实施例一至实施例九得到的头发纤维及纳米二氧化硅加筋土三分法放入模具中，使用小型击实锤击实，然后将击实后的头发纤维及纳米二氧化硅加筋土放入电动等应变直剪仪(型号EDJ-1)中，在垂直载荷分别为100kPa、200kPa、400kPa的条件下，分别进行剪切实验，直至试块发生剪切发生破坏失去稳定性为止。最终获得表1、图1、图2以及图3的实验结果。
表1
图1是本发明的实施一至实施例三中头发纤维与二氧化硅加筋土在头发加筋率为1.0％时，抗剪强度随纳米二氧化硅掺量变化图。
图2是本发明的实施四至实施例六中头发纤维与二氧化硅加筋土在头发加筋率为1.5％时，抗剪强度随纳米二氧化硅掺量变化图。以及
图3是本发明的实施七至实施例九中头发纤维与二氧化硅加筋土在头发加筋率为1.5％时，抗剪强度随纳米二氧化硅掺量变化图。
如表1及图1、2、3所示，头发纤维及纳米二氧化硅的加入能够明显提高土体的黏聚力和抗剪强度。相对于素土，黏聚力最大提高了53.5％，平均提高了33.9％；抗剪强度最大值为素土的1.53倍。可见，在软粘土中加入头发纤维和纳米二氧化硅，首先由于纳米二氧化硅与水产生胶结物，土颗粒之间生的摩擦力增大，另外也形成了较大的粘土团，使得土壤颗粒之间的粘结和联锁力的增加。头发纤维的加入起到了一个加筋作用，通过增大摩擦力提高了土体的强度。
实施例作用与效果
实施例一至实施例九本发明提供了一种头发纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，实施例一至实施例九先将素土烘干后粉碎并筛分得到干素土，再将干素土与纳米二氧化硅混合得到二氧化硅混合土，然后将二氧化硅混合土与头发纤维混合得到头发纤维及纳米二氧化硅混合土，最后将头发纤维及纳米二氧化硅混合土加水搅拌，养护后得到头发纤维及纳米二氧化硅加筋土。
依据实施例一至实施例九的制备方法制得的头发纤维及纳米二氧化硅加筋土具有以下有益效果：
a)成本低，加筋性能好；
b)显著提高了粘土的抗剪强度；
c)土体黏聚力得到明显提升，内摩擦角基本为发生变化。
d)选取的头发纤维，使其具有降解速度慢、抗拉强度高、保温隔热、弹性恢复好获取方便等优点；
e)纳米二氧化硅通过吸收双层水产生粘性凝胶，使粘土之间由粘性凝胶联结，使得粘土颗粒之间的有效接触面积增大，从而提高了界面粘结强度和相应的摩擦力。
以上实施例仅为本发明构思下的基本说明，不对本发明进行限制。而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土，其特征在于，具有：
素土；
动物纤维，所述动物纤维的质量为所述素土的质量的1.0％～2.0％；
纳米二氧化硅，粒径为10～20nm，所述纳米二氧化硅的质量为所述素土的质量的0.5％～1.0％；以及
预定质量的水。
2.根据权利要求1所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土，其特征在于：
其中，所述动物纤维为人的头发纤维或动物的毛发纤维。
3.根据权利要求1所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土，其特征在于：
其中，所述水的质量为所述素土的质量的20％。
4.根据权利要求1所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土，其特征在于：
其中，所述动物纤维的长度大于20mm。
5.根据权利要求1所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土，其特征在于：
其中，所述动物纤维的长度为20～30mm，直径为40～60μm。
6.一种动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将素土分割成块状，在90～120℃的温度下烘干后粉碎，筛分后得到干素土；
步骤二，将所述干素土与质量为所述干素土的质量的0.5％～1.0％的纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅混合土；
步骤三，将所述纳米二氧化硅混合土与质量为所述干素土的质量的1.0％～2.0％的加工后的动物纤维混合均匀，得到动物纤维及纳米二氧化硅混合土；
步骤四，将所述动物纤维及纳米二氧化硅混合土与预定质量的水混合并搅拌后，养护8～16h，得到所述动物纤维及纳米二氧化硅加筋土。
7.根据权利要求6所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤一中，所述干素土筛分时采用的筛为2mm的土工筛。
8.根据权利要求6所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤二中，所述干素土与所述纳米二氧化硅的混合过程为：将所述干素土与所述纳米二氧化硅分别均分成五等分，在托盘中，先均匀的撒入一份所述干素土，然后再均匀的在所述干素土上面撒入一份所述纳米二氧化硅，以此往复，最后将所述干素土与所述纳米二氧化硅均匀搅拌。
9.根据权利要求6所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤三中，加工后的所述动物纤维与二氧化硅混合土的混合过程为：将所述动物纤维与所述二氧化硅混合土分别均分成五等分，在托盘中，先均匀的撒入一份所述二氧化硅混合土，然后再均匀的在所述二氧化硅混合土上面撒入一份所述动物纤维，以此往复，最后将所述动物纤维与所述二氧化硅混合土均匀搅拌。
10.根据权利要求6所述的动物纤维及纳米二氧化硅加筋土的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤四中，所述水的质量为所述干素土质量的20％。
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