CN110117421A - 一种膨胀土改性剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膨胀土改性剂，其涉及土木工程材料技术领域，旨在解决现有膨胀土的湿胀干缩特性对建筑物损坏性大的问题，其技术要点按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液5‑10份，生石灰粉10‑20份，铝土矿石粉 9‑15份，玻璃纤维粉8‑16份，表面活性剂2‑3份，水150‑200份，本发明可以改变膨胀土的湿胀干缩的特性，促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，并促进膨胀土固结成密实的板状结构。

Description

一种膨胀土改性剂
技术领域
本发明涉及土木工程材料技术领域，更具体地说，它涉及一种膨胀土改性剂。
背景技术
膨胀土亦称“胀缩性土”，浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土，其亲水性很强，当天然含水率较高时，浸水后的膨胀量与膨胀力均较小，而失水后的收缩量与收缩力则很大，这类土对建筑物会造成严重危害；现多通过利用膨胀土改性剂对膨胀土的湿胀干缩的特性进行改性，使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合。
现有申请公布号CN 109536175A的中国专利，提供了一种膨胀土改良剂，其制备与应用及使用其改良膨胀土的方法，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其包含3-12％的煤矸石及0.2-0.6％的聚丙烯纤维。
本发明的目的也在于提供一种膨胀土改性剂，可以促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，进而改变膨胀土的湿胀干缩的特性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种膨胀土改性剂，可以改变膨胀土的湿胀干缩的特性，促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，并促进膨胀土固结成密实的板状结构。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种膨胀土改性剂，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液5-10份，生石灰粉10-20份，铝土矿石粉9-15份，玻璃纤维粉8-16份，表面活性剂2-3份，水150-200份。
通过采取上述技术方案，生石灰粉和铝土矿石粉在水中电离提供钙离子、铝离子等亲水性较差的粒子，以羧基阳离子树脂液作为离子交换树脂，通过离子交换作用与膨胀土胶体上的亲水性较强的阳离子，如钠离子和钾离子，发生离子交换，进而使膨胀土颗粒上的吸附水的化学键破坏成自由水，易于排走，改变膨胀土颗粒的结构特征，使膨胀提变为非膨胀土，同时，电离出的阴离子也可以与膨胀土中或者生石灰粉和铝土矿石粉中的铝离子和铁离子形成络合物，进而促进羧基阳离子树脂的再生，同时加入玻璃纤维粉，使其渗入到膨胀土的组织结构内，凭借其良好机械强度，抑制膨胀土的湿胀和干缩，加入表面活性剂在促进各个组分的相容性，以保证改性剂顺利渗透进入膨胀土内之外，可以加强各组分在水中的电离效果，提高离子交换效果，进而本发明提高离子交换改变了膨胀土的湿胀干缩的特性，促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，并促进了膨胀土固结成密实的板状结构。
本发明的进一步设置为，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液7-9份，生石灰粉12-16份，铝土矿石粉11-14份，玻璃纤维粉12-16份，表面活性剂2-3份，水180-200份。
通过采取上述技术方案，对膨胀土改性剂中的各个组分含量进行进一步的优化，可以进一步提高离子交换的效果，进一步对膨胀土的湿胀干缩的特性进行改性，促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，并促进了膨胀土固结成密实的板状结构。
本发明的进一步设置为，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液8份，生石灰粉15份，铝土矿石粉12份，玻璃纤维粉15份，表面活性剂3份，水190份。
通过采取上述技术方案，对膨胀土改性剂中的各个组分含量进行更进一步的优化，可以进一步提高离子交换的效果，进一步对膨胀土的湿胀干缩的特性进行改性，促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，并促进了膨胀土固结成密实的板状结构。
本发明的进一步设置为，所述羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，所述D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为(5-9)：(3-5)：(1-3)。
通过采取上述技术方案，D113SC阳离子交换树脂是一种弱酸性阳离子交换树脂，在对膨胀土土壤本土无腐蚀性的前体下，提供离子交换场所，提高离子交换的效率，同时有利于再生，乳化沥青则作为树脂溶剂，在烷基苯磺酸钠的乳化作用下，保证D113SC阳离子交换树脂的液体流动性，便于改性剂在膨胀土内的渗入，同时，乳化沥青在凝固之后，也可以大大提高膨胀土的韧性，而且作为一种树脂，沥青也可以为离子交换提高场所，进一步提高离子交换的效率。
本发明的进一步设置为，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
通过采取上述技术方案，阳离子乳化沥青带有正电荷，可以对负电荷进行吸附，进而可以进一步促进改性剂成分和膨胀土的电离，提高离子交换的效率，同时，阳离子乳化沥青在固化之后，具有防水性能，遗留在膨胀土内可以提高膨胀土的稳定性。
本发明的进一步设置为，所述表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，所述月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为(5-7)：(1-2)。
通过采取上述技术方案，月桂醇聚氧乙烯醚是一种非离子表面活性剂，可以有效提高促进各个组分的相容，以保证改性剂顺利渗透进入膨胀土内，乙二胺四乙酸则可以电离出氢离子，保证改性剂的酸性环境，进而保证羧基阳离子树脂液的活性，同时，乙二胺四乙酸可以与铝离子等进行络合，促进羧基阳离子树脂液的再生。
本发明的进一步设置为，所述铝土矿石粉为软水铝石粉。
通过采取上述技术方案，软水铝石的主要成分为氢氧化铝，有利于铝离子的提供，而且其硬度适中，易于加工粉碎。
本发明的进一步设置为，所述生石灰粉的粒度为200-300目，所述铝土矿石粉的粒度为400-500目，所述玻璃纤维粉的粒度为350-450目。
通过采取上述技术方案，生石灰粉、铝土矿石粉和玻璃纤维粉的粒度设置，不仅有利于改性剂中组分的中分混合，而且可以保证改性剂的流动性，有利于改性剂顺利渗入膨胀土内，同时，由于各组分的电离。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过利用生石灰粉和铝土矿石粉在水中电离提供钙离子、铝离子等亲水性较差的粒子，以羧基阳离子树脂液作为离子交换树脂，通过离子交换作用与膨胀土胶体上的亲水性较强的阳离子，如钠离子和钾离子，发生离子交换，进而使膨胀土颗粒上的吸附水的化学键破坏成自由水，易于排走，改变膨胀土颗粒的结构特征，使膨胀提变为非膨胀土，同时，电离出的阴离子也可以与膨胀土中或者生石灰粉和铝土矿石粉中的铝离子和铁离子形成络合物，进而促进羧基阳离子树脂的再生，进而本发明提高离子交换改变了膨胀土的湿胀干缩的特性，促使膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，容易排出，并促进了膨胀土固结成密实的板状结构；
2.本发明中加入玻璃纤维粉，使其渗入到膨胀土的组织结构内，凭借其良好机械强度，抑制膨胀土的湿胀和干缩，加入表面活性剂在促进各个组分的相容性，以保证改性剂顺利渗透进入膨胀土内之外，可以加强各组分在水中的电离效果，提高离子交换效果；
3.本发明中加入表面活性剂，利用月桂醇聚氧乙烯醚促进各个组分的相容，以保证改性剂顺利渗透进入膨胀土内，利用乙二胺四乙酸可以电离出氢离子的性质，保证改性剂的酸性环境，进而保证羧基阳离子树脂液的活性，同时，乙二胺四乙酸可以与铝离子等进行络合，促进羧基阳离子树脂液的再生。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
一种膨胀土改性剂，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液5份，200目的生石灰粉10份，400目的的铝土矿石粉9份，350目的玻璃纤维粉8份，表面活性剂2份，水150份。
其中羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为5：3：1。
铝土矿石粉为软水铝石粉，乳化沥青为阳离子乳化沥青(茂名石化阳离子乳化沥青)。
表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为5：1。
实施例二：
一种膨胀土改性剂，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液7份，250目的生石灰粉12份，450目的的铝土矿石粉11份，400目的玻璃纤维粉12份，表面活性剂3份，水170份。
其中羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为7：4：2。
铝土矿石粉为软水铝石粉，乳化沥青为阳离子乳化沥青(茂名石化阳离子乳化沥青)。
表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为5：2。
实施例三：
一种膨胀土改性剂，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液8份，250目的生石灰粉15份，350目的铝土矿石粉12份，400目的玻璃纤维粉15份，表面活性剂3份，水190份。
其中羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为8：5：2。
铝土矿石粉为软水铝石粉，乳化沥青为阳离子乳化沥青(茂名石化阳离子乳化沥青)。
表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为6：1。
实施例四：
一种膨胀土改性剂，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液9份，300目的生石灰粉16份，500目的的铝土矿石粉14份，450目的玻璃纤维粉16份，表面活性剂2份，水190份。
其中羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为9：5：3。
铝土矿石粉为软水铝石粉，乳化沥青为阳离子乳化沥青(茂名石化阳离子乳化沥青)。
表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为7：1。
实施例五：
一种膨胀土改性剂，按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液5-10份，300目的生石灰粉20份，500目的的铝土矿石粉15份，450目的玻璃纤维粉16份，表面活性剂3份，水200份。
其中羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为8：5：2。
铝土矿石粉为软水铝石粉，乳化沥青为阳离子乳化沥青(茂名石化阳离子乳化沥青)。
表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为7：2。
实施例六：
本发明膨胀土改性剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将生石灰粉、铝土矿石粉、玻璃纤维粉放入搅拌机搅拌机内搅拌，在搅拌过程中，分批利用筛网将生石灰粉、铝土矿石粉、玻璃纤维粉筛入搅拌机内，直至将生石灰粉、铝土矿石粉、玻璃纤维粉搅拌成均一的混合物；
步骤二：向步骤一中的混合物内加入一半的水，充分搅拌30-50min；
步骤三：将搅拌机加热至40-60℃，然后加入羧基阳离子树脂液、表面活性剂和剩余水继续搅拌40-60min。
对比例：
本发明以对比文件中，含有6％煤矸石和0.4％的聚丙烯纤维制得的改性剂作为对比例。
同时取自内蒙古高庙子乡获取的膨胀土为土样，烘干后，制得1.5g/cm3的样品，并且利用本发明实施例一至实施例五的改性剂和对比例中的改性剂对样品进行改性。
最后根据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)对改性后以及未改性的膨胀土样品进行膨胀率、收缩率的检测，通过室内无侧限抗压强度试验检测改性后以及未改性的膨胀土样品的抗压强度。
由上表可知，经过本发明改性的膨胀土的湿胀干缩特性得到很大的改善，同时，膨胀土的强度也得到很好的提升。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种膨胀土改性剂，其特征在于：按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液5-10份，生石灰粉10-20份，铝土矿石粉 9-15份，玻璃纤维粉8-16份，表面活性剂2-3份，水150-200份。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液7-9份，生石灰粉12-16份，铝土矿石粉11-14份，玻璃纤维粉12-16份，表面活性剂2-3份，水180-200份。
3.根据权利要求2所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:按重量份包括以下组分：羧基阳离子树脂液8份，生石灰粉15份，铝土矿石粉12份，玻璃纤维粉15份，表面活性剂3份，水190份。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:所述羧基阳离子树脂液为D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的混合物，所述D113SC阳离子交换树脂、乳化沥青和烷基苯磺酸钠的用量按重量份比为（5-9）：（3-5）：（1-3）。
5.根据权利要求1所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:所述乳化沥青为阳离子乳化沥青。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:所述表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的混合物，所述月桂醇聚氧乙烯醚和乙二胺四乙酸的用量按重量份比为（5-7）：（1-2）。
7.根据权利要求1所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:所述铝土矿石粉为软水铝石粉。
8.根据权利要求1所述的一种膨胀土改性剂，其特征在于:所述生石灰粉的粒度为200-300目，所述铝土矿石粉的粒度为400-500目，所述玻璃纤维粉的粒度为350-450目。
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