一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配方及制备方法

1.本发明属于道路路基施工技术领域，具体涉及一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配方及制备方法。


背景技术：

2.黄土由于其大孔隙性、欠密性、对水非常敏感，水分迁移常常会使土体局部发生增湿减湿作用引起路基力学强度降低，工程性质发生劣化，严重者将引发灾害。目前的研究认为：含水率是影响黄土强度和变形的重要因素。所以，黄土是问题土，在被应用于填筑路基时，给人们带来了巨大挑战。
3.以石膏、水泥为代表的传统固化黄土路基的方法成本高、浪费资源，也不能从根本上降低黄土路基的含水率。因此，从黄土路基的含水率角度出发，有必要寻找一种能够自调节黄土路基湿度状态的材料，改善黄土路基对水分的敏感性，调节黄土路基的含水率，提高黄土路基对水分的适应性，维持黄土路基中湿度场相对稳定，保障路基力学性能的稳定。


技术实现要素：

4.本发明针对黄土路基中因水分迁移使土体局部发生增湿减湿作用引起路基力学强度降低，工程性质发生劣化的问题，提供一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配方及制备方法。采用了一种价格低廉、来源广泛、对环境友好的高分子材料，经过与黄土拌合均匀，再加水拌合均匀压实而成的路基，水稳性好，动回弹模量较高，且施工简单易行、成本低，在节省工程投资的同时兼顾了环境保护，具有良好的生态效益和社会效益。
5.本发明采用如下技术方案：一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配方，包括如下重量份数的组分：200份黄土、1~4份高吸水树脂和23~45份水。
6.进一步地，一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配方，包括如下重量份数的组分：200份黄土、1份高吸水树脂和34份水。
7.所述黄土为低液限粘土（cl），粒径小于5mm，天然含水量w为13~17%，液限w1为23~30%，塑限w
p
为15~20%，塑性指数i
p
为10，液性指数i
l
小于0，最大干密度为1.7~1.92g/cm3，最优含水量为17~21%。
8.所述高吸水树脂包括聚丙烯酸钠，粒径为30
‑
400目，粒径为0.037~0.6mm，在0.9%盐水中的吸水倍率为52~57g/g，0.7p
si
加压吸收量为14~18g/g，离心保水量为30~33g/g，吸生理盐水速率为14~30s，堆积密度为0.64~0.84g/cm3，ph为6.2，吸水后呈水凝胶状，在黄土路基中性质稳定可反复吸水、释水。
9.所述水为市政自来水。
10.一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配方的制备方法，包括如下步骤：在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下，先将黄土和高吸水树脂按比例人工拌合10min，再加入水之后继续拌合15min，充分搓揉使其混合均匀，将所得混合物静置1天。
11.本发明的有益效果如下：本发明配方所使用的主要原料高吸水树脂是一种兼吸水性、保水性、缓释性于一体的新型功能高分子材料，含有大量强亲水性官能团（如羧基、羟基、羧酸盐基、酰基等），具有一定立体交联网络结构，它能吸收相当于自身重量几百倍甚至几千倍的水但不溶于水，并具有很强的保水能力，也不溶于常规的有机溶剂。主要成分是聚丙烯酸钠，粒径200~400目，成本低、对环境友好无污染，可重复使用、有利于大面积推广。
12.本发明所述的调湿黄土路基利用高吸水树脂良好的吸水、保水、缓释水性能，在黄土路基中形成“微型水库”，使其“有水吸水、缺水释水”、“雨季吸水、旱季释水”的反复循环，改善黄土路基对水分的敏感性，增强土颗粒的抗侵蚀、抗崩解及水稳定性能力；调节黄土路基的含水率，提高黄土路基对水分的适应性，维持黄土路基中湿度场相对稳定，从而保障路基力学性能的稳定。该黄土路基结构施工容易，对保障公路工程建设安全和保护生态环境都有一定的理论意义和工程价值，具有广阔的应用前景。
附图说明
13.图1为高吸水树脂吸水前后对照图，其中，（a）和（b）为30~80目高吸水树脂吸水前后对照图，（c）和（d）为200~400目高吸水树脂吸水前后对照图；图2为最大干密度和最优含水量随高吸水树脂掺量变化图；图3不同高吸水树脂掺量下黄土的体积含水量随时间变化图；图4高吸水树脂改良黄土动回弹模量预测值图。
具体实施方式
14.本发明涉及一种高吸水树脂改性黄土路基湿度调整的配比及制备方法，包括原料有黄土、高吸水树脂和水，按照重量配比，其中200份黄土，1~4份的高吸水树脂，23~45份的水，在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下实施。以下将结合本发明的实施例进行详细叙述。
15.实施例1按照重量份数计包括以下原料：黄土200份，200~400目的高吸水树脂1份，水26~43份。
16.在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下，先将黄土和高吸水树脂按照设计配比人工拌合10min，再加入适量水之后继续拌合15min，并充分搓揉使之混合均匀，将黄土、高吸水树脂和水混合均匀后其中一部分密封，监测封闭体系内混合物体积含水率变化，另一部分密封静置24h后进行击实试验，并预测该混合土样的动回弹模量。
17.实施例2按照重量份数计包括以下原料：黄土200份，200~400的目高吸水树脂1.5份，水27~44份。
18.在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下，先将黄土和高吸水树脂按照设计配比人工拌合10min，再加入适量水之后继续拌合15min，并充分搓揉使之混合均匀，将黄土、高吸水树脂和水混合均匀后其中一部分密封，监测封闭体系内混合物体积含水率变化，另一部分密封静置24h后进行击实试验，并预测该混合土样的动回弹模量。
19.实施例3按照重量份数计包括以下原料：黄土200份，200~400目的高吸水树脂2份，水28~45份。
20.在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下，先将黄土和高吸水树脂按照设计配比人工拌合10min，再加入适量水之后继续拌合15min，并充分搓揉使之混合均匀，将黄土、高吸水树脂和水混合均匀后其中一部分密封，监测封闭体系内混合物体积含水率变化，另一部分密封静置24h后进行击实试验，并预测该混合土样的动回弹模量。
21.实施例4按照重量份数计包括以下原料：黄土200份，30~80目的高吸水树脂1份，水23~39份。
22.在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下，先将黄土和高吸水树脂按照设计配比人工拌合10min，再加入适量水之后继续拌合15min，并充分搓揉使之混合均匀，将黄土、高吸水树脂和水混合均匀后其中一部分密封，监测封闭体系内混合物体积含水率变化，另一部分密封静置24h后进行击实试验，并预测该混合土样的动回弹模量。
23.对照组按照重量份数计包括以下原料：黄土200份，无高吸水树脂，水23~39份。
24.在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下，在200份黄土中加入适量水之后拌合15min，并充分搓揉使之混合均匀，将该混合物拌合均匀后其中一部分密封，监测封闭体系内混合物体积含水率变化，另一部分密封静置24h后进行击实试验，并预测该混合土样的动回弹模量。
25.下面对实施例1~4以及对比例进行封闭体系内含水率监测、击实试验合预测回弹模量整理如下：1.击实特性参考《公路土工试验规程jtg 34300
‑
2020》在在温度10~18℃，相对湿度45~55%的环境下配置不同配比的黄土、高吸水树脂、水的混和散料，然后将土样拌合均匀，闷24h后进行击实试验。所得结果见表1。
26.表1根据表1可知，在适当范围内，随着同种高吸水树脂掺量的增加，所改良黄土的最大干密度先增大后减小，最优含水量在不断增大，这主要是因为在低掺量下，高吸水树脂粒径小，黄土结构内部的孔隙起到填充作用，另一方面给高吸水树脂吸水后具有一定的黏性，
会与黄土颗粒胶结在一起。在高掺量下，高吸水树脂会包裹黄土颗粒，混合物的粘聚力减小，导致干密度减小。
27.当高吸水树脂粒径不一样，也会对改良黄土的击实特性产生不同的影响。当掺量合适时，最大干密度较接近，而所掺粒径大者最优含水量略小。这是因为粒径大，比表面积小，而树脂吸水性能有限，所改良黄土的最优含水量就小。
28.2.高吸水树脂改良黄土的含水率通过自制试验装置，采用湿度传感器其测定黄土、高吸水树脂和水混合后封闭体系内部体积含水率变化，测试结果见表2。
29.表2根据表2可知，高吸水树脂对黄土的含水率有显著影响，且随着高吸水树脂掺量的增加，黄土的含水率明显较少，这是源于高吸水树脂是一种新型功能高分子材料，含有大量强亲水性官能团（如羧基、羟基、羧酸盐基、酰基等），具有一定立体交联网络结构，集吸水、保水、缓释于一体，具有超强的吸水性能，所以高吸水树脂对黄土路基的湿度调整起到明显有利的作用。
30.3.动回弹模量预测通过观察和触摸击实试验后的试样发现改良黄土软而富有弹性，故预测高吸水树脂改良后的试样的动回弹模量，预测结果见表3。
31.表3根据表3可知，高吸水树脂的加入使得黄土路基动回弹模量都会有所提高，这是因为高吸水树脂具有一定立体交联网络结构，吸水后膨胀呈凝胶状，与黄土黏聚在一起富有粘弹性，故而经高吸水树脂改良的黄土路基动回弹模量比纯黄土高。
32.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。