含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土及其制备方法与流程

技术领域

本发明属于建筑学领域，涉及一种建筑用土，具体来说是一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土及其制备方法，适用于软土地区的土体加固和边坡防护。

背景技术：

在我国，粘性土的分布十分广泛，特别是在我国沿海地带，例如长三角地区，珠三角地区。在这些地区，建筑物下的地基土层往往都为软粘土。这些软粘土中包括有淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土还有粘土，这些土都具有空隙比大，含水量高、压缩性大、强度低等特点，是工程施工中的严重影响因素。当前，对该类软土的处理方法往往以物理方法、物理化学方法还有化学方法为主，这些方法能有有效得改善软粘土的强度还有稳定性，使之能够满足绝大部分工程施工的要求。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土及其制备方法，所述的这种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土及其制备方法要解决现有技术中的沿海地区软土土质强度低、稳定性低、力学性能不佳的技术问题。

本发明提供了一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土，由如下质量百分比的组份组成：

玄武岩纤维 0.3%~0.7%；

纳米二氧化硅 0.5%~1.0%；

粘土 余量；

含水率为20.5%到21.2%。

进一步的，所述的一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土，由如下质量百分比的组份组成：

玄武岩纤维 0.3%、0.5%或者0.7%；

纳米二氧化硅 0.5%、0.7%或者1.0%；

粘土 余量；

含水率为20.5%到21.2%。

进一步的，所述的一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土，由如下质量百分比的组份组成：

玄武岩纤维 0.5%；

纳米二氧化硅 1.0%；

粘土 余量；

含水率为20.5%到21.2%。

进一步的，所述的粘土为上海粘土。

本发明还提供了上述的一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土的制备方法，包括如下步骤：

1)按照质量百分比称取称取玄武岩纤维、纳米二氧化硅和粘土；

2)将玄武岩纤维和纳米二氧化硅加入粘土中，均匀混合，得到筋土混合物；

3)在筋土混合物中加入水加入，水的量按土的液限含水率42~43%%为标准，并将其混合，得到加筋土前体；

4)将加筋土前体放入模具，并在常温下进行养护，使其水分蒸发至含水率为20.5%到21.2%，即得含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土。

进一步的，本发明还提供了上述的一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土用于加固土体和改良土体力学性能。

进一步的，本发明还提供了上述的一种含有玄武岩纤维和纳米二氧化硅的加筋土用于软土边坡防护。

玄武岩纤维是继碳纤维和玻璃纤维之后又一种值得关注的无机纤维。玄武岩纤维以玄武岩矿石为原料熔融纺丝制成，是对环境无污染的绿色健康纤维材料。纳米二氧化硅为无定形的白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。将此二种材料用作于加筋材料，一方面对软粘土的性能改善和稳定性提升有较大帮助。另一方面，这两种材料都具有成本低、污染较少的特点。

本发明以玄武岩纤维和纳米二氧化硅作为加筋材料，在成本上做到了经济，在应用上做到了环保。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明解决了沿海地区软土土质的低强度和低稳定性的问题。本发明的加筋土有效改善了软粘土的力学性能和不稳定性。

附图说明

图1为单掺玄武岩纤维加筋土的直剪试验结果。

图2为单掺纳米二氧化硅加筋土的直剪试验结果。

图3为复掺玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的直剪试验结果（0.3%玄武岩纤维）。

图4为复掺玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的直剪试验结果（0.5%玄武岩纤维）。

图5为复掺玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的直剪试验结果（0.7%玄武岩纤维）。

图6为玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的配置流程图。

具体实施方式

下面将结合图6中所示的流程，对该玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的制备进行详细说明。

如图6所示，首先进行材料的选择和配置。试验用土来自浦东张江高科某大型基坑项目施工现场，使用时将土用碎土机碾碎并过2mm筛。该土的最优含水率为20.72%，液限含水率为42.34%，塑限含水率为20.56%，塑性指数为21.78，最大干密度为1.62g/cm3，土的相对密度为2.73。

试验选用玄武岩纤维采用的是统一规格的15mm长短切玄武岩纤维，单位直径为14至18μm，比重为2.75，抗拉强度为3400至4800MPa。

试验选用纳米二氧化硅由成都麦卡希化工有限公司生产，平均粒径为15±5 nm，比表面积为250±50 m²/g。

将玄武岩纤维分别以0.3%、0.5%和0.7%的质量加筋率单掺入不同粘土中。

将纳米二氧化硅分别以0.5%、0.7%和1.0%的质量加筋率单掺入不同粘土。

将0.3%、0.5%和0.7%的质量加筋率的玄武岩纤维和0.5%、0.7%和1.0%的质量加筋率的纳米二氧化硅混合复掺加入到粘土中，得到9组试验样本。

按照如上配比，将粘土于加筋材料进行均匀混合，总共得到15组不同加筋配比的筋土混合物。

向筋土混合物中加入适量的水，按土的液限含水率42.34%和5000g土的质量，计算得到大约的加水量为2117g。将水与筋土混合物均匀搅拌，得到加筋土前体。

将加筋土前体喷射入模具中，使之定型。

在常温下对加筋土进行养护，直至水分蒸发至最优含水量附近，在20.5%到21.2%之间。此时，玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的制备完成。

为了对玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的具体力学性能和稳定性，须对所有组别进行相关试验。

将15组玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土分别在200kPa垂直荷载下对土样进行直剪试验。得到的试验结果如图所示。

图1 为单掺玄武岩纤维加筋土的直剪试验结果；从图1中可以看出，当剪切位移较小时，加筋土与素土的应力—应变曲线较为接近，随着位移的增大，应力—应变曲线逐渐分离，相同位移下，加筋土的剪应力均明显大于素土。说明在上海粘土中的土体中加入玄武岩纤维能增大其抗剪能力。并且，当添加的玄武岩纤维的质量加筋率为0.5%时，对剪切应力的改善效果最佳。

图2 单掺纳米二氧化硅加筋土的直剪试验结果；从图2中可以看出，当剪切位移较小时，加筋土与素土的应力—应变曲线较为接近，随着位移的增大，应力—应变曲线逐渐分离，相同位移下，加筋土的剪应力均明显大于素土。说明在上海粘土中的土体中加入纳米二氧化硅能增大其抗剪能力。并且当纳米二氧化硅的质量加筋率为1.0%时，对粘土的抗剪强度改善最佳。

图3、图4、图5，为复掺玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋土的直剪试验结果。从图3、4、5中可以看出，复掺玄武岩纤维和纳米二氧化硅，并不会降低单掺玄武岩纤维或纳米二氧化硅的加筋土的抗剪性能。并且在上海粘土中同时加入玄武岩纤维和纳米二氧化硅相比只加纤维可以进一步提升其抗剪强度。其中，同时加入质量百分比为0.5%的玄武岩纤维和1.0%的纳米二氧化硅后的加筋土，其效果最佳，相比素土，其抗剪能力提升最多。

综上所述，无论在上海粘土中单掺还是复掺玄武岩纤维和纳米二氧化硅，都能够有效得提升土体的抗剪能力。

由于使用玄武岩纤维和纳米二氧化硅加筋后，软粘土的强度有明显得提高，所以该加筋土在改善土体强度，和边坡防护方面都有不错的前景。

以上，仅为本发明的其中一种具体实施方式，并没有限定本发明的使用范围，所有依本发明申请专利范围内所做等效变化与修饰的，都应为本发明的技术范畴。