一种高膨胀低收缩率膨润土及制备方法技术

本发明专利技术提供一种高膨胀低收缩率膨润土，在含水率10~20%的天然膨润土中，混合有按质量比100:3~100:10的纳米氧化硅。水分在天然膨润土中均匀分布。纳米氧化硅的平均粒径为10~20nm。制备方法包括以下步骤：一、将天然膨润土土样风干过筛；二、在天然膨润土中加入适量的水，配置到目标含水率；三、配置好的天然膨润土密封养护8h以上；四、按设定的质量比将天然膨润土与纳米氧化硅混合均匀；通过以上步骤得到高膨胀低收缩率膨润土。经试验检测，纳米氧化硅能填充膨润土内部孔隙，增大膨润土内的蒙脱石晶体的体积，使压实膨润土的膨胀潜势增大。压实膨润土失水时，不会发生显著收缩，保证了压实膨润土在环境和水利工程中的防渗功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膨润土制备领域，特别是一种高膨胀低收缩率膨润土及制备方法。
技术介绍
我国的膨润土资源极为丰富，广泛应用于化工、医药、环境和水利工程等领域。在环境和水利工程中主要利用膨润土的防渗和吸附特点，阻止水分和污染物的泄漏或迁移。现有研究表明，压实膨润土在吸水饱和后，其膨胀性不再增加，且饱和的压实膨润土在失水后会发生收缩开裂，以上特性会降低压实膨润土的防渗屏障功能。因此，需要专利技术一种既能提高膨润土膨胀潜势，又能降低膨润土失水收缩的方法，即具有高膨胀率低收缩率特性的膨润土。现有技术中，主要通过三种方式调控压实膨润土的收缩性：1、添加石灰改性；2、添加水泥改性；3、添加高分子固化剂改性。上述方法在一定程度上能够有效地抑制压实膨润土的胀缩性，但是这三种改性方式在抑制收缩率的同时，也抑制了膨胀率，从而不利于膨润土的“自愈性能”发挥，即影响了膨润土在环境和水利工程中的防渗能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高膨胀低收缩率膨润土及制备方法，能够在抑制膨润土收缩率的同时，保留膨润土的膨胀潜势，在环境和水利工程中具有良好的防渗和吸附效果。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种高膨胀低收缩率膨润土，在含水率10~20%的天然膨润土中，混合有按质量比100:3~100:10的纳米氧化硅。优选的方案中，水分在天然膨润土中均匀分布。优选的方案中，含水率为17.3~18%。优选的方案中，天然膨润土与纳米氧化硅的质量比为100:4~100:8。进一步优选的方案中，天然膨润土与纳米氧化硅的质量比为100:6。优选的方案中，纳米氧化硅的平均粒径为10~20nm。优选的方案中，纳米氧化硅的平均粒径为15nm。一种上述的高膨胀低收缩率膨润土的制备方法，包括以下步骤：一、将天然膨润土土样风干过筛；二、在天然膨润土中加入适量的水，配置到目标含水率；三、配置好的天然膨润土密封养护8h以上；四、按设定的质量比将天然膨润土与纳米氧化硅混合均匀；通过以上步骤得到高膨胀低收缩率膨润土。筛的孔径为2mm。利用压样器和千斤顶将混合后的膨润土压实制备成干密度为1.4±0.3g/cm3的块状。本专利技术提供的一种高膨胀低收缩率膨润土及制备方法，获得的膨润土产品与现有技术相比具有以下的优势：1、提高压实膨润土膨胀性效果好：本专利技术通过在压实膨润土内添加纳米氧化硅，利用了纳米氧化硅的分散性，经试验检测，纳米氧化硅能填充膨润土内部孔隙，增大膨润土内的蒙脱石晶体的体积，使压实膨润土的膨胀潜势增大。2、提高压实膨润土力学强度：压实膨润土内部一些极为细小孔隙能被纳米氧化硅颗粒填充，提高了压实膨润土的密实性，进而提高压实膨润土的抗压强度。3、保持了压实膨润土的化学稳定性：纳米氧化硅对膨润土只是物理作用的影响，并不会与膨润土及其内部的水分发生化学反应，保证了膨润土的化学稳定性、也确保了耐候性和耐腐蚀性。4、抑制压实膨润土的收缩：由于纳米氧化硅在压实膨润土内的填充作用，使压实膨润土失水时，不会发生显著收缩，保证了压实膨润土在环境和水利工程中的防渗功能。5绿色环保：本专利技术方法绿色环保，添加的纳米氧化硅不会污染土体环境。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为未添加纳米氧化硅的膨润土的孔隙体积累计曲线。图2为未添加纳米氧化硅的膨润土的孔隙体积分布曲线。图3为本专利技术中添加纳米氧化硅后的孔隙体积累计曲线。图4为本专利技术中添加纳米氧化硅时的孔隙体积分布曲线。图5为本专利技术中膨润土限制膨胀条件下的膨胀-收缩过程特征点。图6为本专利技术中膨润土自由膨胀条件下的膨胀-收缩过程特征点。具体实施方式实施例1：一种高膨胀低收缩率膨润土，在含水率10~20%的天然膨润土中，混合按质量比100:3~10的纳米氧化硅。制备方法，包括以下步骤：一、将天然膨润土土样风干过筛；天然膨润土的粒径小于2mm；二、在天然膨润土中加入适量的水，配置到目标含水率；三、配置好的天然膨润土密封养护8h以上；优选的方案中，将配置好的天然膨润土放置在塑料袋内，密封养护12h，以使水分在天然膨润土中均匀分布。四、按设定的质量比将天然膨润土与纳米氧化硅混合均匀；通过以上步骤得到高膨胀低收缩率膨润土。优选的筛的孔径为2mm。优选的方案中，含水率为17.3~18%。优选的方案中，天然膨润土与纳米氧化硅的质量比为100:4~100:8。进一步优选的方案中，天然膨润土与纳米氧化硅的质量比为100:6。优选的方案中，纳米氧化硅的平均粒径为10~20nm。进一步优选的方案中，纳米氧化硅的平均粒径为15nm。利用压样器和千斤顶将混合后的膨润土压实制备成干密度为1.4±0.3g/cm3的块状。本例中采用厚度为5mm，直径为61.8mm的圆饼状试样。实施例2：限制膨胀-收缩试验：试验仪器包括饱和器，抽真空仪、收缩仪、百分表以及滤纸和透水石。首先将实施例1中的膨润土压实试样抽真空饱和十天左右，待试样完全浸水饱和后取出试样，用推土器将土样推出，置于多孔板上，称试样和多孔板的质量，称量精度至0.1g。然后装好百分表，百分表的表头接触试样表面，使表分表保持一定程度的预压，记下初始读数。在室温不高于30℃条件下进行收缩试验，根据试样温度及收缩速度，每隔4小时记录百分表读数，并称量整套装置和试样质量，准确至0.1g。经过多天风干收缩，测量表分表读数保持稳定不变，结束收缩试验。根据试验结果，见图5中，可以得到在限制膨胀条件下，没有添加纳米氧化硅的压实膨润土收缩稳定后体变率为-2.2%，收缩后试样体积要比初始状态的体积小，说明试样发生了较大的收缩；而按照实施例1中的比例添加了纳米氧化硅的压实膨润土，在收缩稳定后，体变率为3.9%，收缩后试样体积比初始状态体积大，说明试样的收缩较小。试样约束卸掉后，纯膨润土的回弹变形量18.8%，而添加纳米氧化硅后回弹变形量25.6%。如图2、4中所示，孔隙分布数据表明，纳米氧化硅对试样孔径0.1μm-10μm范围内的孔隙起到充填作用。可见，纳米氧化硅具有调控膨润土胀缩性的功能。本专利技术的产品尤其适用于环境和水利工程中。实施例3：自由膨胀-收缩试验：试验仪器包括膨胀仪、收缩仪、百分表以及滤纸和透水石。膨胀仪主要用于试样的自由膨胀。将膨润土压实环刀样固定在膨胀仪内，试样上保持一个恒载，若试样上部没有荷载，试样膨胀后表面会凹凸不平，不利于后续试验的开展。即载荷使试样膨胀后的表面保持平整即可。然后膨润土压实环刀样浸水饱和十天左右，同限制膨胀收缩试验过程进行收缩试验。从图6中，可以得出自由膨胀条件下，压实膨润土浸水后发生显著的膨胀，纯膨润土的膨胀率为148%，而添加6%的纳米氧化硅以后，其膨胀率甚至高达187%。可见，添加的纳米氧化硅可以增大膨润土的膨胀潜能。如图2、4中所示，孔隙分布数据表明，纳米氧化硅对试样孔径0.1μm-10μm范围内的孔隙起到充填作用。上述的实施例仅为本专利技术的优选技术方案，而不应视为对于本专利技术的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本专利技术的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：在含水率10~20%的天然膨润土中，混合有按质量比100:3~100：10的纳米氧化硅。

【技术特征摘要】
1.一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：在含水率10~20%的天然膨润土中，混合有按质量比100:3~100：10的纳米氧化硅。2.根据权利要求1所述的一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：水分在天然膨润土中均匀分布。3.根据权利要求1所述的一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：含水率为17.3~18%。4.根据权利要求1所述的一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：天然膨润土与纳米氧化硅的质量比为100:4~100:8。5.根据权利要求1所述的一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：天然膨润土与纳米氧化硅的质量比为100:6。6.根据权利要求1所述的一种高膨胀低收缩率膨润土，其特征是：纳米氧化硅的平均粒径为10~20nm。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈云志，黄龙波，明华军，汪洪星，左清军，孙文静，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42