一种膨胀土的改良方法

1.本发明涉及路基路面工程技术领域，尤其涉及一种膨胀土的改良方法。


背景技术：

2.膨胀土是土中粘粒成分，主要由亲水矿物(主要是蒙脱石、伊利石、高岭石等)组成，其同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征。
3.由于具有显著的胀缩性，常常给膨胀土地区的工程建设造成严重破坏，给人民财产造成巨大损失。据统计，美国由于膨胀土造成的损失平均每年高达20亿美元以上，已超过洪水、飓风、地震和龙卷风所造成的损失的总和；而我国由于膨胀土地基致害的建筑面积达1000万平方米左右。
4.为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度，达到安全、舒适行车的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，现提供一种膨胀土改良剂及其制备方法和其应用，以为改善膨胀土路基提供一个经济的方案。
6.具体技术方案如下：
7.一种膨胀土的改良方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
8.1)碱活性粘结剂的制备：将矿渣-烟道灰、氢氧化钠、硅酸钠混合后加水形成浆料；
9.2)膨胀土的改良：以土体质量计，将0.4-0.6％改性纤维及5％碱活性粘结剂与膨胀土混合均匀，再用潮湿的黄麻袋覆盖混合土体96h，以确保土体中的改良反应。
10.上述的膨胀土的改良方法，还具有这样的特征，步骤1)中矿渣-烟道灰、氢氧化钠及硅酸钠的质量比为400:11:129。
11.上述的膨胀土的改良方法，还具有这样的特征，步骤1)矿渣-烟道灰中矿渣及烟道灰的混合质量比为(20-40):(60-80)。
12.上述的膨胀土的改良方法，还具有这样的特征，浆料的水固比为0.4。
13.上述的膨胀土的改良方法，还具有这样的特征，步骤1)中改性椰壳纤维的制备方法为：将椰壳纤维截断，使其纤维长度为20-25mm，然后将椰壳纤维浸泡在氢氧化钠溶液中一段时间，以去除纤维表面蜡状物质，清洗、干燥后得到改性椰壳纤维。
14.上述的膨胀土的改良方法，还具有这样的特征，步骤1)中氢氧化钠溶液为10mol/l。
15.上述的膨胀土的改良方法，还具有这样的特征，步骤1)中浸泡时间为7天。
16.上述技术方案的有益效果为：
17.1)本发明中矿渣、烟道灰可经过碱活化并激发形成网状结构胶凝材料，从而借助上述网状结构使膨胀土强度保持长期、稳定的增长；
18.2)考虑到膨胀土主要成分为蒙脱石、伊利石，其表面含有大量负电荷，而本发明中
提供的碱活性粘结剂含有矿渣、烟道灰、氢氧化钠、硅酸钠，上述组分下包含了许多的阳离子，即na
+
、al
3+
、si
2+
、ca
2+
等，从而借助阳离子使其与膨胀土中的负电荷紧密结合并置换出膨胀土颗粒表面的亲水阳离子，以使得膨胀土土体颗粒成为一个疏水微粒，并进而降低膨胀土土颗粒表面的吸附水膜厚度及吸附电势，在此基础上土体颗粒进一步粘结，以减少土颗粒之间的孔隙，并进而减少膨胀土的吸水性和膨胀性，从而使膨胀土的水稳性提高；进一步的，本发明中碱活性粘结剂可与膨胀土中矿物反应会生成c-s-h(水化硅酸钙)键，从而大大提高土体强度。
19.3)本发明中改性椰壳纤维(椰壳纤维的改性能有效地提高粗糙度行为，并激活活性羟基的数量，从而便于进行化学结合)的加入可对土体起到约束作用，以在基体吸水膨胀时利用纤维和基体界面产生的切应力限制膨胀土的膨胀；同时，椰壳纤维和膨胀土界面的摩擦力也可抵消一部分膨胀土膨胀内力，从而使土体不会完全通过膨胀量的增大来释放膨胀内力。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
23.本发明的实施例中提供了一种膨胀土的改良方法，其具体包括如下步骤：
24.1)碱活性粘结剂的制备：将矿渣-烟道灰、氢氧化钠、硅酸钠按质量比400:11:129混合后加水形成水固比为0.4的浆料；
25.2)膨胀土的改良：以土体质量计，将0.4-0.6wt％改性纤维及5wt％碱活性粘结剂与膨胀土混合均匀，再用潮湿的黄麻袋覆盖混合土体96h，以确保土体中的改良反应；
26.其中，矿渣-烟道灰由矿渣及烟道灰按质量比(20-40):(60-80)混合形成；
27.其中，改性椰壳纤维的制备方法为：将椰壳纤维截断，使其纤维长度为20-25mm，然后将椰壳纤维浸泡在浓度为10mol/l氢氧化钠溶液中7天，以去除纤维表面蜡状物质，清洗、干燥后得到改性椰壳纤维。
28.膨胀土：根据统一的土体分类系统(uscs)，该土体被分类为高度可压缩的粘土(ch)，细率(《75μ)含量为76％，该土的自由膨胀率为89％，初步判别该选取土样为中膨胀土，这种土样不可以直接用于工程道路建设中。试验用的膨胀土基本力学指标如下：
29.30.椰壳纤维：具有优良的力学性能、耐湿性、耐热性，将其在氢氧化钠溶液浸泡7天，通过去除纤维表面多余的木质素、半纤维素和其他碱溶性化合物，有效地提高粗糙度行为。椰壳纤维的物理力学性能如下表所示：
[0031][0032]
烟道灰和矿渣：市购，二者的工程性能如下表所示：
[0033][0034]
本发明中各实施例及对比例中物料组分如下表所示：
[0035][0036][0037]
本发明中各实施例及对比例相关性能测试如下表所示：
[0038][0039]
本发明中上述性能测试根据《公路土工试验规程》及《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中相关实验方法测得。
[0040]
由上表可知，本发明中改性椰壳纤维及碱活化剂的加入对膨胀土的自由膨胀率、无侧限抗压强度、间接抗拉强度以及cbr值均有良好的改良效果，这主要是因为椰壳纤维及碱活性粘结剂的加入使得粘土基质周围形成主动胶结和界面摩擦，从而有效地调节膨胀土的拉伸、弯曲和收缩开裂性能。
[0041]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种膨胀土的改良方法，其特征在于，包括如下步骤：1)碱活性粘结剂的制备：将矿渣-烟道灰、氢氧化钠、硅酸钠混合后加水形成浆料；2)膨胀土的改良：以土体质量计，将0.4-0.6％改性纤维及5％碱活性粘结剂与膨胀土混合均匀，再用潮湿的黄麻袋覆盖混合土体96h，以确保土体中的改良反应。2.根据权利要求1所述的膨胀土的改良方法，其特征在于，步骤1)中矿渣-烟道灰、氢氧化钠及硅酸钠的质量比为400:11:129。3.根据权利要求2所述的膨胀土的改良方法，其特征在于，步骤1)矿渣-烟道灰中矿渣及烟道灰的混合质量比为(20-40):(60-80)。4.根据权利要求2所述的膨胀土的改良方法，其特征在于，浆料的水固比为0.4。5.根据权利要求1所述的改良方法，其特征在于，步骤1)中改性椰壳纤维的制备方法为：将椰壳纤维截断，使其纤维长度为20-25mm，然后将椰壳纤维浸泡在氢氧化钠溶液中一段时间，以去除纤维表面蜡状物质，清洗、干燥后得到改性椰壳纤维。6.根据权利要求1所述的改良方法，其特征在于，步骤1)中氢氧化钠溶液为10mol/l。7.根据权利要求2所述的改良方法，其特征在于，步骤1)中浸泡时间为7天。

技术总结
本发明涉及一种膨胀土的改良方法，包括如下步骤：1)碱活性粘结剂的制备：将矿渣-烟道灰、氢氧化钠、硅酸钠混合后加水形成浆料；2)膨胀土改良剂的制备：以土体质量计，将0.4-0.6％改性纤维及5％碱活性粘结剂与膨胀土混合均匀，再用潮湿的黄麻袋覆盖混合土体96h，以确保土体中的改良反应。本发明中改性椰壳纤维及碱活化剂的加入对膨胀土的自由膨胀率、无侧限抗压强度、间接抗拉强度以及CBR值均有良好的改良效果，这主要是因为椰壳纤维及碱活性粘结剂的加入使得粘土基质周围形成主动胶结和界面摩擦，从而有效地调节膨胀土的拉伸、弯曲和收缩开裂性能。缩开裂性能。


技术研发人员：李丽华 刘文 肖衡林 王翠英 刘数华 陈智 刘一鸣 白玉霞 徐可 贾志勇
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2022.08.24
技术公布日：2022/11/25