一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法，是在素土中掺入质量百分比为干土质量1%～6%的纳米氧化镁。本发明将纳米氧化镁作为粘土中的加固材料，在岩土工程实践中具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一中土体加固方法，具体涉及一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压 强度的方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济建设的快速发展，工程建设的需求量越来越大，建设规模要求越来 越高，由于岩土工程地质条件的复杂性，天然土体的强度不能满足实际工程需要，因此采用 新材料来提高土体强度。纳米材料是指粒径在flOOmm间的单晶体或多晶体材料，由于晶 粒的超细化，导致结构内有序区域范围缩小，界面上原子数比例增大，缺陷密度增加，构成 了其独特的结构形态，因而它具有不同于传统材料的物理化学特性，如小尺寸效应、表面与 界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。纳米材料的特殊效应使其在材料、能源、信 息、生物等多个领域展现出良好的应用价值和空间。在土木工程应用领域中发现纳米材料 可以改善水泥基材料的微观结构，促进水化作用，提高材料的抗压、抗折强度和耐久性能。 纳米氧化镁是一种已量产的纳米材料，具有粒径小、比表面积大等优点。具备不同于本体材 料的光、电、磁、化学特性，而且硬度高、纯度高、熔点高，目前主要应用在电子、催化、陶瓷、 油品、涂料等领域。纳米材料对天然土的强度影响研究，尚处于起步阶段，纳米材料对土强 度性能的影响和作用机理需要深入的探究，因此将纳米氧化镁应用于改性粘土具有重要的 实践意义和工程参考价值。
【发明内容】
[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用纳米氧化镁提 高土无侧限抗压强度的方法。
[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的利用纳米氧化镁提高土无侧限抗 压强度的方法，是在素土中掺入质量百分比为干土质量1%?6%的纳米氧化镁。
[0005] 具体地，所述素土的含水率为10%?22%。
[0006] 作为优选，所述纳米氧化镁的掺量为干土质量的6%，此掺量下土料的无侧限抗压 强度提高最为显著。
[0007] 具体地，所述纳米氧化镁的平均晶粒尺寸为40nm，表面积为16m2/g，PH值为7. 5。
[0008] 发明原理：本发明在干土中加入一定质量的纳米氧化镁，由于其的颗粒细小，表面 晶格结构不同于常规结构，表面原子数增多，部分Mg-O键出现断裂，具有残键，故其具有一 定的化学活性。改变了土颗粒之间的键合作用，形成粘土颗粒之间的新的胶结，从而减少粘 土的孔隙数量和尺寸，能够将较大的土团粒进一步结合起来，并封闭各团粒之间的孔隙，形 成整体联结，这种粘土微观结构的改善能提高土体的力学性能和耐久性，但这种结构致密 的硬化体的强度主要来源于结构的粘结，本身的刚性较大，表现为刚度和脆性的增大。
[0009] 而且纳米氧化镁具有很高的亲水性，其比表面积大约16m2/g，因而产生很大的表 面能，有强烈的吸附活性，能够吸附土中的自由水，使其成为颗粒表面的吸附水，这种吸附 作用也有利于土体强度的提高。
[0010] 由于纳米氧化镁材料的平均粒径40nm，掺入湿土中后具有物理填充效应，这对减 少土颗粒间的孔隙数量和尺寸，以及提高土体的结构强度有一定作用。
[0011] 有益效果：本发明通过在粘土里掺入一定量的纳米氧化镁，能有效提高土体的无 侧限抗压强度，将纳米氧化镁可作为粘土中的加固材料，在岩土工程实践中具有广阔的应 用前景。
[0012] 除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技 术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度 的方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来 的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例中纳米氧化镁掺量对土样无侧限抗压强度的影响的折线图； 图2是本发明实施例中含水率对土样无侧限抗压强度的影响的折线图； 图3为本发明实施例中试样S1-S7的无侧限抗压强度应力-应变曲线； 图4为本发明实施例中试样S8-S14的无侧限抗压强度应力-应变曲线； 图5为本发明实施例中试样S14-S21的无侧限抗压强度应力-应变曲线。
【具体实施方式】
[0014] 实施例： 本实施例采用安徽宣城晶瑞新材料有限公司生产的纳米氧化镁（nano-MgO,简称匪)， 其基本参数为：白色细腻粉末状固体，平均晶粒尺寸为40nm，表面积为16m2/g，PH值为7. 5， 其质量分数超过99. 99%。本发明试验所用土样取自南京地区，其物理力学性质见表1，经分 析，该试验用土属于低液限粉质粘土。
[0015] 表1粘土的物理性质
【权利要求】
1. 一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法，其特征在于：在素土中掺入质 量百分比为干土质量1%?6%的纳米氧化镁。
2. 根据权利要求1所述的一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法，其特征 在于：所述素土的含水率为10%?22%。
3. 根据权利要求1所述的一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法，其特征 在于：所述纳米氧化镁的掺量为干土质量的6%。
4. 根据权利要求1所述的一种利用纳米氧化镁提高土无侧限抗压强度的方法，其特征 在于：所述纳米氧化镁的平均晶粒尺寸为40nm，表面积为16m2/g，PH值为7. 5。
【文档编号】E02D3/12GK104404946SQ201410714211
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】高磊, 任真, 余湘娟 申请人:河海大学