专利名称：单分子双季铵盐在膨胀土改良中的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程技术领域，涉及ー种膨胀土改良剂，特别是一种能够降低膨胀土胀缩性、水敏性和分散性的膨胀土改良剂。
背景技术：
膨胀土是指含有强亲水性的粘土矿物成分，具有显著的吸水膨胀、失水干缩且胀缩变形往复可逆的超固结性粘土，其强亲水性矿物成分主要由蒙脱石和伊利石构成，其液限大部分都在50%以上，其中的粘粒(<2um)所占的比例均在30%以上。膨胀土与水作用会发生胀缩变形，并且这种变形具有反复性，对建筑物尤其是轻型建筑、道路基层、水里渠道和堤坝都会产生不利的影响。因此，有必要对膨胀土进行处理，减弱或消除膨胀土对周围建筑物的影响。
膨胀土物理类处理法主要从膨胀土的矿物组成出发，采取一定的技术手段全部或部分替代不良组成物质，使膨胀土危害性不再发挥。目前治理膨胀土的物理方法有(I)表水防护；设置各种排水沟，建立地表排水网系，使得地下水不易渗入土中；(2)膨胀土边坡坡面防护，目前主要的加固措施为①植被防护②骨架防护③片石护坡④全封闭护坡⑤土钉加固等；(3)支档防护常用的有挡土墙和抗滑桩。但这些方法并不能有效防止雨水的渗入，同时在大气影响作用下，大气影响深度范围内的土体同样可以引起土体含水率的变化。化学类处理法也是从影响膨胀土的矿物物质出发，以膨胀土的胀缩机理为基础，通过添加改良剂，使改良剂与膨胀土中的引发胀缩的粘土颗粒发生一定的化学反应或物交换过程，最終使膨胀土膨胀潜势降低，同时能提高強度和水稳定性增强的目的。目前采用石灰改良膨胀土最为普遍，石灰改良膨胀性的确效果显著，主要降低了膨胀土的膨胀性，但其也具有一定缺点，比如石灰的溶解性较差，石灰水中氢氧化钙的溶解量较小，石灰水改良效果不佳等等。此外，石灰改良膨胀土中的钙离子会随时间而逐渐流失，改良膨胀土长期耐久性得不到有效保证。同时，用石灰大面积改良膨胀土，会改变当地土壌的PH值，会使土壌严重碱性化，污染当地环境。因此需要寻找ー种水溶性好、耐久性高的膨胀土改良剂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供ー种水溶性好且施工方便，耐久性高的膨胀土改良剂，能够有效的解决膨胀土胀缩变形问题，减小或消除膨胀土对工程的不良影响，以满足工程需要。本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的ー种单分子双季铵盐作为膨胀土改良剂的应用，所述的单分子双季铵盐由第一化合物(I)、第二化合物(II)或者第一化合物(I)和第二化合物(II)的混合物构成，其中第一化合物(I)的分子式为A1A2A3N+XnN+A4A5A6B2^(I),
第二化合物的分子式为A1Py+XnPy+A2B2^(II),其中A1-A6 = -H 或 _CnC2n+1 (η =ト 12)或-Ph 或 PhCH2-或-R0H，B-2 = OF 或 Cr 或 Br-或 Γ 或 HSO广或 S2O广或 HSOf 或 SO广或 S042-或 MeSO4-或ClO4-或Cio-或HPO;或H2PO;或PO,或B4O广或SiO广或NO2-或NOf或HCOf或CO广或PhCOCT 或 CH3PhSCV 或 PhSOf 或 RCOCTXn = (CH2)n (η = 0-10)或-(CH2CH2OCH2CH2)n- (η = 1-2)或 -(CH2CH2NCH2CH2)n- (η = 1-2)或-(CH2CH2SCH2CH2)n- (η = 1-2)或-(CH2)nl-0-(C6H4) 2_0-(CH2)η1-(ηI = 1-8, η2 = 1-4)或- (C6H4)n-(η = 1~2) 所述第一化合物⑴为白色(或淡黄色)晶体或粉末，易溶于水，溶于甲醇、こ醇，微溶于丙酮、こ醚等，不溶于苯、甲苯和四氯化碳。第二化合物(II)亦为白色(或淡黄色)晶体或粉末，易溶于水，溶于甲醇、こ醇，微溶于丙酮、こ醚等，不溶于苯、甲苯、氯仿和四氯化碳。所述的单分子双季铵盐由第一化合物(I)、第二化合物(II)或者第一化合物
(I)和第二化合物(II)不同比例的混合物构成。所述的单分子双季铵盐在中国发明专利ZL99100061. 7中已经详细阐述，在此不做累述。本发明涉及的单分子双季铵盐目前作为MD膜驱剂(Molecular deposition filming flooding agent, MDFFA)应用于油田驱油。一种膨胀土改良剂，是由所述的单分子双季铵盐与水混合而成，其中单分子双季铵盐的质量浓度为10_4g/L lg/L。作为优选，所述的单分子双季铵盐的质量浓度为0. 45g/L ~ 0. 55g/L。一种所述的膨胀土改良剂的使用方法，具体为根据所需改良土体的干土质量，将膨胀土改良剂喷洒在干燥膨胀土或膨胀土边坡表面，待边坡表面干燥后进行第二次喷洒，如此反复多次喷洒，直至形成具有一定厚度的表面改良层。将膨胀土改良剂喷洒在膨胀土或膨胀土边坡表面，由于膨胀土的吸力作用将溶液吸入，表层土体饱和后，溶液会沿着膨胀土裂隙下渗，直至浸湿一定厚度的膨胀土，经过多次喷洒，就能够在膨胀土表面形成一定厚度的改良层，从而有效解决膨胀土的胀缩变形问题。作为优选，所述的膨胀土改良剂中的单分子双季铵盐在膨胀土中的质量含量< 0. 5%。与石灰改良膨胀土相比，本发明具有以下优点I、本发明中的单分子双季铵盐以水溶液为传递介质，易溶于水，膜剂分子依靠静电相互作用为成膜动力，膜剂有效分子沉积在膨胀土呈负电性的强亲水性粘粒上，形成纳米级超薄膜，降低了土体表面的负电荷量，使得膨胀土对水分子不敏感，膨胀性得到明显减
M ；2、本发明提供的膨胀土改良剂与膨胀土反应不产生溶离作用，使膨胀土的性质在水的影响下仍能达到既定指标；3、本发明提供的膨胀土改良剂改良膨胀土时无需加入石灰，避免了对环境的污染，其使用方法充分利用膨胀土的多裂隙特性，施工简单方便。
4、该膨胀土改良剂在粘土矿物层间具有特殊的吸附性质，吸附后可抑制膨胀土的膨胀和分散，其与膨胀土反应后就被牢牢吸附，不会流失，耐久性好。
图I是膨胀土悬浮液Zeta电位随本发明膨胀土改良剂即MDFFA浓度变化的曲线；图2是不同MDFFA浓度下的膨胀土湿样XRD谱图，其中溶液浓度为(l)0.0g/L (2) O. lg/L (3) O. 2g/L (4) O. 3g/L (5) 0. 4g/L (6) 0. 5g/L (7) 0. 7g/L (8) 0. 9g/L ；图3是不同MDFFA溶液浓度下Η_0_Η弯曲振动与Si-O伸缩振动的峰面积比(AH_Q_Q/
As ト0ノ ；图4是膨胀土素土土体颗粒分析曲线；
图5是膨胀土素土击实曲线；图6是改良膨胀土自由膨胀率随改良剂溶液浓度的变化曲线；图7是改良膨胀土自由膨胀率随土柱深度的变化曲线。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例；这些实施例可以对本发明作进ー步的补充和说明；但本发明并不限于这些实施例。以下实施例中所使用的技术，除非特别说明，均为本领域的技术人员已知的常规技木；所使用的仪器设备、试剂等，除非是本说明书特别说明，均为本领域的研究和技术人员可以通过公共途径获得的。本发明所指单分子双季铵盐的商品名称为分子沉积膜驱剂(MDFFA)，德国MerckSchuchardt OHG (DR. THEODOR SCHUCHARDT)公司生产。本发明的膨胀土改良剂，是由所述的单分子双季铵盐(即上述MDFFA产品)与水混合而成制得，其中单分子双季铵盐的质量浓度为10_4g/L lg/L。实施例I膨胀土改良剂的配制以配制IOOOml改良剂为例其步骤如下(I)室温，按质量百分比为O. I %称取所需的分子沉积膜驱剂(MDFFA) Ig ； (2)将称量好的分子沉积膜驱剂溶于IOOOml水中，得到本发明所述的膨胀土改良剂。改良方法步骤为将配制好的膨胀土改良剂喷洒在干燥膨胀土或膨胀土边坡表面，待边坡表面干燥后进行第二次喷洒，如此反复多次喷洒，直至形成具有一定厚度的表面改良层。并确保膨胀土改良剂中的单分子双季铵盐在膨胀土中的质量含量< O. 5%。实施例2膨胀土改良剂的配制以配制IOOOml改良剂为例其步骤如下(I)室温，需改良土体干土质量为lOOOg，按质量百分比为0. 05%称取所需的分子沉积膜驱剂(MDFFA)O. 5g ；
(2)将称量好的分子沉积膜驱剂溶于1000ml水中，得到本发明所述的膨胀土改良剂。实施例3膨胀土改良剂的配制以配制1000ml改良剂为例其步骤如下(I)室温，需改良土体干土质量为lOOOg，按质量百分比为0. 01%称取所需的分子沉积膜驱剂(MDFFA)O. Ig ；
(2)将称量好的分子沉积膜驱剂溶于1000ml水中，得到本发明所述的膨胀土改良剂。
改良方法步骤为将配制好的改良剂喷洒在干燥膨胀土或膨胀土边坡表面，待边坡表面干燥后进行第二次喷洒，如此反复多次喷洒，直至形成具有一定厚度的表面改良层。并确保膨胀土改良剂中的单分子双季铵盐在膨胀土中的质量含量< O. 5%。实施例4膨胀土改良剂的配制以配制IOOOml改良剂为例其步骤如下(I)室温，需改良土体干土质量为lOOOg，按质量百分比为O. 0001 %称取所需的分子沉积膜驱剂(MDFFA)O. OOlg ； (2)将称量好的分子沉积膜驱剂溶于IOOOml水中，得到本发明所述的膨胀土改良剂。 实施例本发明膨胀土改良剂对膨胀土稳定性试验本实施例中膨胀土的基本性质见表1，碾碎过5mm筛,烘干备用。
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表I膨胀土物理性质指标
权利要求
1.ー种单分子双季铵盐作为膨胀土改良剂的应用，所述的单分子双季铵盐由第一化合物(I)、第二化合物(II)或者第一化合物(I)和第二化合物(II)的混合物构成，其中第一化合物(I)的分子式为 A1A2A3N+XnN+A4A5A6B2- (I), 第二化合物的分子式为A1Py+XnPy+A2B2-(II)， 其中 A1-A6 = -H 或 _CnC2n+1 (n = 1-12)或-Ph 或 PhCH2-或-ROH，B-2 = or 或 cr 或 Br-或 r 或 Hso42-或 S2O72-或 Hso3-或 so 广或 so42-或 Meso4-或 cio;或ClO-或HPCV或H2PCV或PO广或B4O广或SiO广或NO2-或NOf或HCOf或CO广或PhCOCT或CH3PhSCV 或 PhSO3-或 RCOOTn = (CH2) n(n = 0-10)或-(CH2CH2OCH2CH2) n-(n = 1-2)或 -(CH2CH2NCH2CH2) n-(n = 1-2)或-(CH2CH2SCH2CH2) n-(n = 1-2)或-(CH2)nl-0-(C6H4)n2-0-(CH2)nl-(nI = 1-8, n2 = 1-4)或-(C6H4) n- (n = 1-2)。
2.一种膨胀土改良剂，其特征在干由权利要求I所述的单分子双季铵盐与水混合而成，其中单分子双季铵盐的质量浓度为10_4g/L lg/L。
3.根据权利要求3所述的ー种膨胀土改良剂，其特征在于所述的单分子双季铵盐的质量浓度为0. 45g/L 0. 55g/L。
4.一种权利要求2或3所述的膨胀土改良剂的使用方法，其特征在于根据所需改良土体的干土质量，将膨胀土改良剂喷洒在干燥膨胀土或膨胀土边坡表面，待边坡表面干燥后进行第二次喷洒，如此反复多次喷洒，直至形成具有一定厚度的表面改良层。
5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于所述的膨胀土改良剂中的单分子双季铵盐在膨胀土中的质量含量< 0. 5%。
全文摘要
本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种膨胀土改良剂，特别是一种能够降低膨胀土胀缩性、水敏性和分散性的膨胀土改良剂。一种单分子双季铵盐作为膨胀土改良剂的应用，所述的单分子双季铵盐由第一化合物(I)、第二化合物(II)或者第一化合物(I)和第二化合物(II)的混合物构成，其中第一化合物(I)的分子式为A1A2A3N+XnN+A4A5A6B2-(I)，第二化合物的分子式为A1Py+XnPy+A2B2-(II)。一种膨胀土改良剂，是由所述的单分子双季铵盐与水混合而成，其中单分子双季铵盐的质量浓度为0.001％～0.5％。本发明提供一种水溶性好且施工方便，耐久性高的膨胀土改良剂，能够有效的解决膨胀土胀缩变形问题，减小或消除膨胀土对工程的不良影响，以满足工程需要。
文档编号C09K17/14GK102851031SQ201110177520
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者冯诚 申请人:冯诚