CN116815567A - 一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程行业岩土工程领域，特别涉及一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构。S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料，S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基，S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基。本发明设计的一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构相对于传统工艺能较好抑制毛细水渗入红层泥岩内部，从而预防红层泥岩发生吸水软化崩解，优点突出，适合应用于工业推广。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程行业岩土工程领域，特别涉及一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构。
背景技术
红层由多种岩类组成,岩石在化学成分、粘土矿物含量、岩屑含量、水理特性方面差别很大,各类岩石有着显著的不同成岩和风化经历。红层的矿物组成一般为石英、长石、方解石、高岭石、蒙脱石及伊利石等,化学成分主要为二氧化硅、三氧化二铁、三氧化铝等、氧化钙、氧化钾,其中二氧化硅、三氧化二铁及三氧化铝。含量较大。采用射线衍射法对粒径小于0.002mm的粘土矿物进行分析,泥质粉砂岩和泥岩的粘土矿物主要为伊利石,有少量高岭石、绿泥石、蒙脱石等。一般而言红层泥岩的粘土矿物含量均大于10％。采用原子吸收法对红层软岩岩石样品进行化学成分分析,其主要化学成份为二氧化硅、三氧化二铁、三氧化铝,三项之和达73％以上,有6％-11％的烧失量,易溶盐小于2％。组成成分及含量的不同,将直接导致红层材料的软化、崩解、泥化等工程性质的差异。
红层软岩路堤填筑工程病害主要有：
1、在红层地区斜坡上填筑路堤,或半填半挖路堤,由于斜坡表面常为地表水活动的通道,填筑路堤体容易沿斜坡表面发生滑动,形成填筑路堤滑坡。
2、表面松散,扬尘,承载力不足。失水是使红层软岩崩解和沙化的重要原因,失水过程就是土体矿物分离、凝结的复杂过程。路基表面松散,承载力不足就是由于红层软岩吸水膨胀,失水崩解的结果。
3、门路基边坡剥蚀、产沙作用。雨滴冲击坡面,使红层泥岩中的粘土颗粒剥离土团,经坡面浅层径流流离坡面,坡面上只留下较重、较稳定的粗砂,使雨水下渗更加迅速,并使植被根系在砂中易于冲露出坡表,当径流沟由浅而渐深,坡面径流冲沟两侧土体因渗水而饱和,强度下降,出现坡面溜坍。
4、施工中容易出现的问题，在实际填筑进程中,常出现因红层泥岩土体含水率不易控制而导致压实系数下降的情况,有些工程采用了强夯加固的方法来处理对含水率大的红层泥岩土,在填筑的时候常出现孔隙水不能迅速消散,土体隆起,形成“橡皮泥”,有些工程采用打入间距、功带孔钢管,在土体形成渗井作用,改善土体透水性,强振后强夯,加快固结,取得了不错的效果,或采取化学改良措施,提高路基的板结性能和承载能力。
5、红层软岩路基边坡处碾压不密实,受到雨水侵蚀和大气环境干湿循环变化的影响,产生路肩滑塌及开裂。
在制备超疏水材料过程中，学者们不断从自然界生物中获取灵感，因“出淤泥而不染”被人熟知的荷叶最具代表性。水滴在荷叶表面的接触角大于150°且极易滚动，能够带走叶面泥土使其具有自清洁性能，称为“荷叶效应”。荷叶表面具有三个特点，一是具有低表面能的蜡/膜状化学表面；二是具备微米级乳突状粗糙结构；三是具有纳米级纤毛状粗糙结构，这种多层次微纳复合结构才是产生荷叶效应的关键。基于“荷叶效应”仿生学原理对红层泥岩填料进行疏水改性处治可以针对性解决其遇水崩解问题。为了充分利用红层泥岩作为路基填料,提出了一种新型仿生疏水路基结构，合理利用疏水改性土层及土工防渗材料在红层泥岩路堤底面、顶面及坡面进行防水包盖处治,防止地表水和地下水渗入引起的红层软岩填料崩解,维持路基稳定。
发明内容
本发明旨在提供一种能抑制水敏性红层泥岩遇水崩解的方法，本发明在相关的工艺及原料改进下，对于水敏性红层泥岩的使用性能的提高具有明显的增益效果。
本方法的原理：1、微米级粗糙结构由插层在红层泥岩黏土矿物中并突破土表的十八烷基伯胺针状体构成；2、纳米级粗糙结构由沉积在红层泥岩表面及十八烷基伯胺针状体上的纳米二氧化硅颗粒构成；3、丙基三甲氧基硅烷及甲基硅酸钾在微-纳结构表面生成一层类似荷叶表面膜状物质的仿生高分子疏水膜，具有极低的表面自由能，可阻挡水分的渗入。
本发明涉及的一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构的具体实施方案如下:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将1-3％十八烷基伯胺、0.5-1.5％甲基硅酸钾、0.5-1.5％玻璃纤维、0.5-1.5％丙基三甲氧基硅烷、10-30％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为20-40nm，长度为10-30um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为2-8um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约10-15cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约10-15cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为3-5m，宽度为0.5-1.5m，高度为0.1-0.3m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与1-3％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为10-30cm；
将溶质浓度为2-6％纳米二氧化硅、2-5％甲基硅酸钾、2-5％丙基三甲氧基硅烷、0.5-1.5％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为20-40nm，长度为10-30um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为1-3kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
有益效果:
(1)该疏水膜无色、无味、无害、耐久，可以在加固土体的同时防止水分渗入；
(2)该疏水膜同时还具有透气性，水分无法从外部侵入路基，但路基结构内部的水分可从膜表面向外排出；
(3)该超疏水仿生结构上方的水珠静态接触角达150°以上，滚动角低于8°，雨水可轻易从坡表滑落；
(4)仿生疏水路基结构可以大幅降低降雨和风化引起的边坡剥落，防止地表水和地下水渗入引起的红层软岩填料崩解，并且有效抑制地下水污染；
(5)此结构不仅能节约能源和提高经济效益，还有助于高效利用红层软岩路基填料与提升红层软岩路基长期性能。
附图说明
图1为一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构的制备流程图；
图2为仿生疏水红层泥岩坡面微-纳结构电镜扫描图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构，该方法中主要包含如下步骤:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基；
作为一种实施例，本发明实施例以下内容给出了前述一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构的几个具体示例如实施例1、实施例2、实施例3以及实施例1-7进行比对说明。
实施例1:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将1％十八烷基伯胺、0.5％甲基硅酸钾、0.5％玻璃纤维、0.5％丙基三甲氧基硅烷、10％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为20nm，长度为10um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为2um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约10cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约10cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为3m，宽度为0.5m，高度为0.1m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与1％-3％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为10cm；
将溶质浓度为2％纳米二氧化硅、2％甲基硅酸钾、2％丙基三甲氧基硅烷、0.5％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为20nm，长度为10um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为1kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
实施例2:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将3％十八烷基伯胺、1.5％甲基硅酸钾、1.5％玻璃纤维、1.5％丙基三甲氧基硅烷、30％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为40nm，长度为30um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为8um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约15cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约15cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为5m，宽度为1.5m，高度为0.3m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与3％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为30cm；
将溶质浓度为6％纳米二氧化硅、5％甲基硅酸钾、5％丙基三甲氧基硅烷、01.5％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为40nm，长度为30um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为3kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
实施例3:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约12cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与2％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将溶质浓度为4％纳米二氧化硅、4％甲基硅酸钾、4％丙基三甲氧基硅烷、1％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为2kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
对比例1:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约12cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与2％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将溶质浓度为4％纳米二氧化硅、4％甲基硅酸钾、4％丙基三甲氧基硅烷，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为2kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
对比例2:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将普通未改性的红层泥岩填充到路基得到得到第一层，填充厚度约10cm，填充后做压实处理；
在第一层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第二层，填充厚度约4cm；
对二层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第二层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与2％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将溶质浓度为4％纳米二氧化硅、4％甲基硅酸钾、4％丙基三甲氧基硅烷、1％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为2kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
对比例3:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
对二层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第二层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与2％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将溶质浓度为4％纳米二氧化硅、4％甲基硅酸钾、4％丙基三甲氧基硅烷、1％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为2kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
对比例4:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约12cm；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与2％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将溶质浓度为4％纳米二氧化硅、4％甲基硅酸钾、4％丙基三甲氧基硅烷、1％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为2kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
对比例5:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约12cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
对比例6:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约12cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体与2％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
对比例7:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料
将2％十八烷基伯胺、1％甲基硅酸钾、1％玻璃纤维、1％丙基三甲氧基硅烷、20％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎得到疏水改性红层泥岩填料，所述表面填料的粗糙度为6um；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基
将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约12cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜；
在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理；
在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约12cm；
对三层填充做加筋处理，加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为4m，宽度为1m，高度为0.2m；
将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基
将红层泥岩土体填筑于边坡表面，厚度为20cm；
将溶质浓度为4％纳米二氧化硅、4％甲基硅酸钾、4％丙基三甲氧基硅烷、1％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合得到疏水改性复合溶液；
其中玻璃纤维的直径为30nm，长度为20um；
疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为2kg/m2；
将路基及路基边坡进行压实处理，待自然干燥后得到具有疏水的仿“荷叶”微-纳结构的红层泥岩路基。
表1
静态接触角：
接触角一般指浸润角。浸润角是指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角称为接触角，又称浸润角，静态接触角试验方法可参考国标GBT30447 2013；
崩解测试：
将改性处理后的红层泥岩压成块状，并在表面喷洒水溶液，观察在120h内块体是否坍塌崩坏；
回弹模量：
在路面设计中，采用回弹模量作为土基抗压强度的指标，土基回弹模量表示土基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力。如果垂直荷载为定值，土基回弹模量值愈大则产生的垂直位移就愈小；如果竖向位移是定值，回弹模量值愈大，则土基承受外荷载作用的能力就愈大，相关标准可参考JTJ 034-2000。
表1中对比例1-7是在实施例3的实验参数内部调整实验工艺或者实验参数得到，从表1中的实施例1、2、3和对比例1实验数据比较可发现，将原料中的玻璃纤维去除后，相关数据整体上变化不是十分明显，但是玻璃纤维对于保持路基疏水性的长久有效性是必要的，它可以增加疏水结构的稳定性；
从表1中的实施例1、2、3和对比例2实验数据比较可发现，当不进行第一层的改性红层岩泥填充后，静态接触角下降明显、120h后出现崩解、回弹模量有所降低，说明了去除底层的红层岩泥后，底层无法阻止水汽的反渗，会造成路基由下而上的崩解，最终也造成回弹模量的降低；
从表1中的实施例1、2、3和对比例3实验数据比较可发现，当不进行第三层的改性红层岩泥填充后，静态接触角下降明显、120h后出现崩解、回弹模量有所降低，与实施例2原因类似，去除顶层的红层岩泥后，顶层无法阻止水汽的渗透，会造成路基由上而下的崩解，最终也造成回弹模量的降低；
从表1中的实施例1、2、3和对比例4实验数据比较可发现，当不进行路基的加筋后，静态接触角下降不明显、120h后未出现崩解、但是回弹模量有所降低，说明了不进行加筋处理后，路基的整体强度会受到影响，无法抑制单个点缺陷可能引起的面缺陷，最终导致路基失效；
从表1中的实施例1、2、3和对比例5实验数据比较可发现，当不进行路基边坡的填充和防护后，静态接触角下降明显、120h后出现崩解、回弹模量有所降低，说明了当去除路基边坡的填充和防护后，侧边无法阻止水汽的渗透，会造成路基由侧边向内的崩解，最终也造成回弹模量的降低，另外，边坡不进行填充后，边坡会受到明显的压应力而得不到释放和缓冲，在高的压应力状态下也会造成路基边缘的崩溃失效；
从表1中的实施例1、2、3和对比例6实验数据比较可发现，当不对边坡进行疏水防护后，静态接触角下降明显、120h后出现崩解、回弹模量有所降低，与实施例5原因类似，去除边缘疏水防护后，侧边无法阻止水汽的渗透，会造成路基由侧边向内的崩解，最终也造成回弹模量的降低；
从表1中的实施例1、2、3和对比例7实验数据比较可发现，当十八烷基伯胺粉末不与边坡岩泥混合后，静态接触角下降明显、120h后出现崩解、回弹模量降低不明显，说明了十八烷基伯胺粉末降低土体表面自由能，提高接触角，降低滚动角，有利于雨水滑离边坡表面；
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (12)
1.一种红层泥岩仿生超疏水耐崩解路基结构，其特征在于，包括如下步骤:
S1.将原料进行搅拌制备仿生疏水改性红层泥岩填料；
S2.对路堤进行第一层、第二层、第三层填充和加筋处理，覆盖土工膜得到疏水路基；
S3.对路堤边坡进行填充并喷洒制备得到的疏水改性复合溶液，压实、自热干燥后得到超疏水结构红层泥岩路基。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，对原料进行搅拌的工艺，包括:将1-3％十八烷基伯胺、0.5-1.5％甲基硅酸钾、0.5-1.5％玻璃纤维、0.5-1.5％丙基三甲氧基硅烷、10-30％左右的水与预崩解后的红层泥岩搅拌均匀。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述玻璃纤维的直径为20-40nm，长度为10-30um。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述制备仿生疏水改性红层泥岩填料的工艺，包括:将混合搅拌后的红层泥岩晒干并破碎，所述表面填料的粗糙度为2-8um。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，对路堤进行第一层填充的工艺，包括:将疏水改性红层泥岩填料进行路基底层填充得到第一层，填充厚度约10-15cm，并做压实处理，其中在第一层填充前先在基底覆盖一层两布一膜复合土工膜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，对路堤进行第二层填充的工艺，包括:在压实的路基表面再填充一层普通未改性的红层泥岩得到第二层，填充厚度可按实际工需进行设置，填充后做压实处理。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，对路堤进行第三层填充的工艺，包括:在第二层的普通红层泥岩表面再填充一层疏水改性红层泥岩填料得到第三层，填充厚度约10-15cm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，对路堤进加筋处理的工艺，包括:加筋材料为长方形玻璃纤维土工格栅，格栅长度为3-5m，宽度为0.5-1.5m，高度为0.1-0.3m。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，覆盖土工膜的工艺，包括:将两布一膜复合土工膜铺设于第三层的表面得到疏水路基。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，对路堤边坡进行填充的工艺，将红层泥岩土体与1-3％十八烷基伯胺粉末混合均匀填筑于边坡表面，厚度为10-30cm。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，制备疏水改性复合溶液的工艺，包括:溶质浓度为2-6％纳米二氧化硅、2-5％甲基硅酸钾、2-5％丙基三甲氧基硅烷、0.5-1.5％玻璃纤维，其余为水进行搅拌混合。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，喷洒疏水改性复合溶液的工艺，包括:疏水改性复合溶液喷洒在红层泥岩表面得到疏水的路基边坡，喷洒的量为1-3kg/m2。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117682781A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-12 | 昆明理工大学 | 一种利用红层制备辅助胶凝材料的方法、用途及评价方法 |
-
2023
- 2023-06-29 CN CN202310785233.6A patent/CN116815567A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN117682781A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-12 | 昆明理工大学 | 一种利用红层制备辅助胶凝材料的方法、用途及评价方法 |
| CN117682781B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-04-23 | 昆明理工大学 | 一种利用红层制备辅助胶凝材料的方法、用途及评价方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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