膨胀土改良剂，其制备与应用及使用其改良膨胀土的方法技术

本发明专利技术提供了一种膨胀土改良剂，其制备与应用及使用其改良膨胀土的方法，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其包含3‑12％的煤矸石及0.2‑0.6％的聚丙烯纤维。本发明专利技术还提供了所述膨胀土改良剂的制备方法及其在改良膨胀土中的应用。本发明专利技术还提供了一种利用所述膨胀土改良剂改良膨胀土的方法，该方法得到的改良后的膨胀土及该改良后的膨胀土在膨胀土路基填土工程中的应用。本发明专利技术所提供的该方法具有处理简便，成本低廉，效果优良，对环境污染小，节约石灰等优点，所得到的改良后膨胀土的力学和工程性能良好，胀缩率得到抑制。

【技术实现步骤摘要】
膨胀土改良剂，其制备与应用及使用其改良膨胀土的方法
本专利技术涉及一种膨胀土改良剂，其制备与应用及使用其改良膨胀土的方法，属于土木工程材料

技术介绍
膨胀土中含有亲水性矿物蒙脱土与伊利土，其具有显著的吸水膨胀、失水收缩并在外界干湿交替的环境中反复胀缩变形的特性，常造成工程结构物及路基产生严重破坏，因此需要改良膨胀土以降低胀缩性。煤矸石是一种煤矿区含碳量很低，且其主要成分为氧化硅和氧化铝的固体废弃物。现有技术中已有关于煤矸石用于改性膨胀土的研究，该技术方案为：将煤矸石破碎后掺入膨胀土中，获得单一煤矸石或石灰煤矸石改性膨胀土，实验结果表明，采用煤矸石或石灰煤矸石改良膨胀土后可约束膨胀土的收缩性和膨胀性，改善其抗剪强度、无侧限抗压强度和CBR值等；但是由于改良膨胀土组分单一，煤矸石颗粒与膨胀土颗粒之间缺乏有效的黏结作用，因而存在结构强度不足的问题，致使后期将其作为路基使用时存在裂隙发育发展的不利隐患。现有技术中还有关于使用聚丙烯纤维或粉煤灰聚丙烯纤维改性膨胀土的研究，该研究表明：使用聚丙烯纤维或粉煤灰聚丙烯纤维改性膨胀土可依靠纤维增加抗拉强度的作用约束膨胀土的胀缩性能，在增强膨胀土抗剪强度方面作用显著。利用纤维或粉煤灰纤维可增强膨胀土的抗剪性能，但是在改良膨胀土体内，纤维与膨胀土颗粒难以形成固化的整体，致使其在提高膨胀土的抗压强度方面存在不足。因此，提供一种膨胀土改良剂，其制备与应用及使用其改良膨胀土的方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的一个目的在于提供一种膨胀土改良剂。本专利技术的另一个目的还在于提供所述膨胀土改良剂的制备方法。本专利技术的又一个目的还在于提供所述的膨胀土改良剂在改良膨胀土中的应用。本专利技术的再一个目的还在于提供一种改良膨胀土的方法，其中，所述方法利用该膨胀土改良剂对膨胀土进行改良。本专利技术的再一个目的还在于提供所述的改良膨胀土的方法得到的改良的膨胀土。本专利技术的再一个目的还在于提供所述改良的膨胀土在膨胀土路基填土工程中的应用。为达到上述目的，一方面，本专利技术提供一种膨胀土改良剂，其中，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其包含3-12％的煤矸石及0.2-0.6％的聚丙烯纤维。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其还包含3-7％的阳离子乳化沥青及/或2-5％的水泥。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所述煤矸石为由粒度在0.5mm以下的颗粒组成的粉末。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，以所述煤矸石的总重量为100％计，其包含50-70％的SiO2，20-30％的Al2O3，2-6％的Fe2O3，1-2％的CaO，1-2％的MgO，1-5％的C以及余量的重金属元素。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所述重金属元素包括Zn、Ni、Cr、Cd、Pb。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所用煤矸石可取自矿区废弃煤矸石堆，经过破碎、筛分，收集0.5mm以下粒径的颗粒作为备用膨胀土改良剂的原材料，其可填充至膨胀土晶层之间的空隙，增强膨胀土的骨架结构，提高膨胀土的抗压强度；另外，煤矸石中的一些组分如氧化硅、氧化铝等可与膨胀土发生离子交换(煤矸石中的高价阳离子可与膨胀土中的低价阳离子发生离子交换)，由此可降低膨胀土的胀缩率，增强颗粒间黏结力，提高膨胀土的抗剪强度。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所用阳离子乳化沥青微粒与煤矸石和膨胀土颗粒表面接触时，由于所带电荷不同，产生异性相吸，两者在有水膜的情况下能使阳离子乳化沥青微粒裹覆在煤矸石和膨胀土颗粒表面，产生良好的吸附结合效果，进而增强改良后膨胀土的黏结力，提高膨胀土的抗剪强度。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所用水泥可在吸水后凝结硬化，用来黏结膨胀土颗粒、煤矸石颗粒和聚丙烯纤维，由此可进一步降低改良后的膨胀土的胀缩性，提高改良后的膨胀土的强度。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所用聚丙烯纤维可分散在膨胀土和煤矸石的混合物中，增加改良后的膨胀土的抗剪强度。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所述聚丙烯纤维的抗拉强度>300MPa，弹性模量>3.5MPa，直径为15-50μm。根据本专利技术具体实施方案，在所述的膨胀土改良剂中，所用阳离子乳化沥青为微粒状态，阳离子乳化沥青微粒的粒径为1-5μm。另一方面，本专利技术还提供了所述的膨胀土改良剂的制备方法，其包括以下步骤：按照所需比例将所述的煤矸石、聚丙烯纤维、阳离子乳化沥青及水泥混合，得到所述膨胀土改良剂。又一方面，本专利技术还提供了所述的膨胀土改良剂在改良膨胀土中的应用。再一方面，本专利技术还提供了一种改良膨胀土的方法，其中，所述方法利用该膨胀土改良剂对膨胀土进行改良，其包括以下步骤：(1)确定待改良的膨胀土的最佳含水率ωop；(2)将所述膨胀土改良剂与待改良的膨胀土混合均匀，得到混合物；(3)向所述混合物中添加水，搅拌均匀后即得到膨胀土改良剂改良的膨胀土。根据本专利技术具体实施方案，在所述的改良膨胀土的方法步骤(3)中，添加水的量根据待改良的膨胀土的最佳含水率ωop、膨胀土改良剂中阳离子乳化沥青的含水率及膨胀土改良剂中水泥的需水量确定。根据本专利技术具体实施方案，在所述的改良膨胀土的方法步骤(3)中，当所述膨胀土改良剂中不包含阳离子乳化沥青及水泥时，添加水的量根据如下公式1)计算得到；当所述膨胀土改良剂中包含阳离子乳化沥青，不含水泥时，添加水的量根据如下公式2)计算得到；当所述膨胀土改良剂中包含水泥，不含阳离子乳化沥青时，添加水的量根据如下公式3)计算得到；当所述膨胀土改良剂中同时包含阳离子乳化沥青及水泥时，添加水的量根据如下公式4)计算得到；m加水量＝(m膨胀土+m煤矸石)×ωop公式1)；m加水量＝(m膨胀土+m煤矸石)×ωop-m乳化沥青×(1s)公式2)；公式中：m加水量：向所述混合物中添加水的质量，g；m膨胀土：待改良的膨胀土的质量，g；m煤矸石：膨胀土改良剂中煤矸石的质量，g；m乳化沥青：膨胀土改良剂中阳离子乳化沥青的质量，g；m水泥：膨胀土改良剂中水泥的质量，g；ωop：待改良的膨胀土的最佳含水率，％；s：阳离子乳化沥青中的固体含量，％；1-s：阳离子乳化沥青中的含水率，％；水泥的水灰比。根据本专利技术具体实施方案，在所述的改良膨胀土的方法步骤(1)中，所述确定最佳含水率ωop，包括根据《公路土工试验规程》(JTGE40-2007)中的重型击实试验确定最佳含水率ωop。再一方面，本专利技术还提供了所述的改良膨胀土的方法得到的改良的膨胀土。再一方面，本专利技术还提供了所述改良的膨胀土在膨胀土路基填土工程中的应用。本专利技术技术方案所能实现的预料不到技术效果：(1)本专利技术提供的该膨胀土改良剂为煤矸石聚丙烯纤维膨胀土改良剂，其将煤矸石粗颗粒掺入膨胀土中，膨胀土颗粒表面的负电荷将吸附周围的阳离子，从而降低膨胀土颗粒表面的吸附水膜厚度，膨胀土颗粒水膜间的相互吸引力增加，使膨胀土颗粒靠近，封闭膨胀土颗粒间空隙，减少膨胀土的吸水性和膨胀性，增强膨胀土细颗粒的强度及抑制膨胀土胀缩性。(2)在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膨胀土改良剂，其特征在于，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其包含3‑12％的煤矸石及0.2‑0.6％的聚丙烯纤维；优选地，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其还包含3‑7％的阳离子乳化沥青及/或2‑5％的水泥。

【技术特征摘要】
1.一种膨胀土改良剂，其特征在于，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其包含3-12％的煤矸石及0.2-0.6％的聚丙烯纤维；优选地，以该膨胀土改良剂所欲改良的干膨胀土的总重量为100％计，其还包含3-7％的阳离子乳化沥青及/或2-5％的水泥。2.根据权利要求1所述的膨胀土改良剂，其特征在于，所述煤矸石为由粒度在0.5mm以下的颗粒组成的粉末。3.根据权利要求1或2所述的膨胀土改良剂，其特征在于，以所述煤矸石的总重量为100％计，其包含50-70％的SiO2，20-30％的Al2O3，2-6％的Fe2O3，1-2％的CaO，1-2％的MgO，1-5％的C以及余量的重金属元素；优选地，所述重金属元素包括Zn、Ni、Cr、Cd、Pb。4.根据权利要求1所述的膨胀土改良剂，其特征在于，所述聚丙烯纤维的抗拉强度>300MPa，弹性模量>3.5MPa，直径为15-50μm；优选地，所述阳离子乳化沥青的粒径为1-5μm。5.权利要求1-4任一项所述的膨胀土改良剂的制备方法，其包括以下步骤：按照所需比例将所述的煤矸石、聚丙烯纤维、阳离子乳化沥青及水泥混合，得到所述膨胀土改良剂。6.权利要求1-4任一项所述的膨胀土改良剂在改良膨胀土中的应用。7.一种改良膨胀土的方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1-4任一项所述的膨胀土改良剂对膨胀土进行改良，其包括以下步骤：(1)确定待改良的膨胀土的最佳含水率ωop；(2)将所述膨胀土改良剂与待改良的膨胀土混合均匀，得到混合物；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雁，王明磊，陈向前，朱红星，高树增，张楠，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15