CN113621380A - 一种膨胀土生态改性剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膨胀土生态改性剂的配比及制备方法，主要由纯净水、聚合氯化铝、渗透剂JFC‑2（仲辛醇聚氧乙烯醚）、强酸阳离子交换树脂，经过溶解、混合制成膨胀土生态改性剂，该产品能将膨胀土改性成为非膨胀土，且优于正常土。

Description

一种膨胀土生态改性剂

技术领域

本发明涉及的一种膨胀土生态改性剂的配比及制备方法。

背景技术

膨胀土在我国分布广泛，其矿物组成多以伊利石、蒙脱石为主，夹少量的高岭石。这些亲水性的粘土矿物遇水膨胀，失水收缩，具有明显的胀缩性、多裂隙性、超固结性，以及强度减弱性。容易造成沉陷、溜塌、纵裂、坍塌等事故。膨胀土的矿物成分及结构形式，使它具有胀缩特性，含水量的变化使其这一特性显示出来。新开挖的膨胀土地基与边坡，受雨水、大气、地下水、土压力等因素的影响，使膨胀土含水量发生变化。反复胀缩导致了膨胀土土体的松散，并在其中形成许多不规则的裂隙，裂隙破坏了土体的整体性，使水的侵入和土中水分的蒸发更为容易。土体含水量的波动引起胀缩变形的反复发生，又进一步导致了裂隙的扩展和向土层深部发展，使土体强度大为降低，形成风化层。风化层深度一般在1～1.2m。风化层深度范围内，土体湿胀干缩效应明显，土体的粘聚力和抗剪强度急剧下降，所以大气风化作用层是产生各种地基及边坡病害的直接引导层，对地基及边坡稳定性危害极大，因此膨胀土大气风化作用层是危害工程的主要原因，是工程防护和治理的重点对象。对于膨胀土挖方边坡传统的处置方案，一般采用全封闭形式的刚性防护。其主要观点认为：膨胀土边坡失稳的主要原因是受降水影响，当土体吸水由非饱和态进入饱和态这一过程中，土体的抗剪强度则由强逐渐变弱，当土体的剪切指标值随含水量增加而衰减时，其边坡稳定性随之递减直至产生变形破坏。因此采用边坡封闭防护以阻止降水被非饱和土吸收，其主要方式如浆砌片石满铺防治、混凝土六角块满铺防护、土钉墙加固边坡等。实践证明这些刚性防护方案治理膨胀土效果较差。不能从根本上解决在大气风化作用层影响深度范围内膨胀土体的胀缩问题。因为膨胀土新开挖的坡面受大气、地下水、土压力变化等多种因素影响，既使没有降水的浸入，也会发生膨胀与收缩，必然产生一定的变形，以求达到新的平衡。即使这种变形不大，也会对刚性防护结构起破坏作用。慢慢形成裂缝，雨水就会从裂缝中渗入，加剧膨胀土的胀缩变形，恶性循环，直至引发连锁破坏。刚性防护结构还有产生眩光、燥声，不能还原生态环境等缺陷。对于膨胀土路基的处理方法通常采用换填土及在膨胀土路堤填料中掺石灰、水泥等方法处理，石灰固化机理是硅酸盐和铝的水化物与颗粒相互间的胶结作用，胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，从而降低了液限，增大土体的抗剪强度。以上两种方法虽有一定的效果，但我们通过多年的施工经验和已通车道路的调查以及室内、室外试验，发现石灰和水泥与土的反应速度较慢，所生成的水化物强度较低，耐久性较差，而且石灰掺量在8％以上，水泥掺量在6％以上才能达到一定的效果。而在施工时需要反复拌和均匀，周期长，耗工时，施工性能不好，造价高。

发明内容

一种膨胀土生态改性剂其特征在于:改性剂的组分配比（重量比）为纯净水100份，聚合氯化铝33-42份、渗透剂JFC-2（仲辛醇聚氧乙烯醚）61-70份、强酸阳离子交换树脂35-44份。

一种膨胀土生态改性剂的制备方法，其特征在于：先将33-42份聚合氯化铝加入不锈钢容器中，再加入100份纯净水充分搅拌使其完全溶解，再将61-70份渗透剂加入其中，充分搅拌均匀。另将35-44份强酸阳离子交换树脂风干脱水后研磨成粉末，加入其中并充分搅拌形成稠状液体混合物，即得膨胀土生态改性剂。

改性原理

膨胀土生态改性剂是由纯净水，聚合氯化铝、渗透剂JFC-2（仲辛醇聚氧乙烯醚）、强酸阳离子交换树脂充分搅拌组成，具有电解和离子交换的作用，有较强的渗透性，能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-，阳离子与膨胀土胶体表面的阳离子[M]ⁿ⁺产生交换作用，将这些原本吸附在膨胀土颗粒表面、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。使膨胀土颗粒上的吸附水的化学键破坏形成自由水，改性后土颗粒形成键状和网状结构加快反应和离子交换，自由水通过重力、蒸发、压实作用排除，改变了膨胀土颗粒的结构特征，从而提高膨胀土的抗剪强度，增强膨胀土的水稳性，永久的改变膨胀土的属性，将膨胀土改性为非膨胀土。且具有比石灰土更稳固更持久的效果。

膨胀土生态改性剂改性膨胀土有如下特点：

1、改善膨胀土湿胀干缩的特性：

膨胀土湿胀干缩特性是其所含的矿物与水作用的结果，在膨胀土矿物颗粒表面吸附着一层水，这层吸附水是从静电引力的形式被吸附在膨胀土矿物颗粒的表面上，由于静电引力的作用，这层吸附水与膨胀土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，由于膨胀土矿物颗粒很小，其表面积非常巨大，吸附水的吸收或排出，势必引起土体强烈的湿胀干缩，从而导致岩土工程的破坏。离子交换作用结果，是使原来作用于土壤颗粒表面的吸附水静电引力被打破，吸附水变成自由水。经离子交换作用膨胀土颗粒不再容易与水分子结合，从而容易被排出，这样就从根本上改善了膨胀土湿胀干缩的特性，将膨胀土改性为非膨胀土，优于正常土。

2、改性后的土体具有人造沉积岩倾向：

由于改性后的土体水分在膨胀土生态改性剂的作用下被排除，改性土在重力的作用下被压实，在离子反应中形成胶状晶体的粘合作用下被固化。固结形成密实的板状结构，而且具有良好的弹性，不会发生裂隙，具有人造沉积岩的倾向。

3、水的渗透不会引起岩土工程的破坏：

水的渗透需要有气孔，未经处理过的土壤其中的气孔及虚空空间很多，水很容易渗透进去，渗透进去的水还会被膨胀土颗粒吸附而使土壤膨胀，导致岩土工程破坏。经过膨胀土生态改性剂处理的土体，由于其排水作用而使大部分的气孔也被压缩，且气孔里大部分空间会被再结晶物质所充填，虽然改性后的土体水还是能渗透进去，但由于这些水不会再被吸附而很快被排出。所以这些渗透水并不会引起岩土工程的破坏。

具体实施方式

下面介绍具体实施实例之一：

从膨胀土地区采取膨胀土土样，分成两份，一份为原状土样，一份制成改性土样。改性模拟试验方法是先将膨胀土生态改性剂浓缩液和水按1：10的比例配制成水溶液，将水溶液均匀喷洒在土样上，让土样含水量达到饱和状态，静置24小时后，将其风干即得改性土样。将原状土样和改性土样分别做试验检测，检测结果详见如下:

膨胀性试验成果对比表

从表中检测结果可以看出，改性土样的自由膨胀率均在40％以下，蒙脱石含量均在7％以下，阳离子交换量均在170 mmol/kg以下，根据膨胀土的判别标准，改性后的土体均为非膨胀土，达到了将膨胀土改性为非膨胀土的目的。

Claims (2)

1.一种膨胀土生态改性剂其特征在于:改性剂的组分配比（重量比）为纯净水100份，聚合氯化铝33-42份、渗透剂JFC-2（仲辛醇聚氧乙烯醚）61-70份、强酸阳离子交换树脂35-44份。

2.一种膨胀土生态改性剂的制备方法，其特征在于：先将33-42份聚合氯化铝加入不锈钢容器中，再加入100份纯净水充分搅拌使其完全溶解，再将61-70份渗透剂加入其中，充分搅拌均匀，另将35-44份强酸阳离子交换树脂风干脱水后研磨成粉末，加入其中并充分搅拌形成稠状液体混合物，即得膨胀土生态改性剂。