基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土技术

本发明专利技术提出了一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土，涉及工程地质软黏土的技术领域。本发明专利技术包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5‑6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800‑1200r/min，搅拌5‑20min；静置，固结，得透明软黏土。本发明专利技术的透明软黏土黏结性好、强度低、渗透系数小，物理力学指标与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土；透明度高，用作天然软黏土的透明替代材料进行物理模型试验等室内试验，实现了模型试验的可视化；制备方法简单，绿色环保，性价比高，便于推广。

Preparation of transparent soft clay based on lithium magnesium silicate and the soft clay obtained

【技术实现步骤摘要】
基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土
本专利技术涉及工程地质软黏土的
，特别是指一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土。
技术介绍
土体变形是土体力学研究的重要问题之一，在工程地质或岩土工程领域通常采用物理模型方法进行模拟试验，通过这种模型试验研究土体内部变形规律和机理，对探索工程地质和岩土工程问题本质具有重要意义。这些物理模型试验通常需要研究土体内部的变化，如土体内部二维或三维位移、土体内部流体运移路径以及土体内部裂纹扩展等。物理模型试验通常需要在顶部架设位移传感器，或者在土体内部埋设一定数量的位移传感器，得到某些离散点的位移。但由于土体不可能可视化，试验结果不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化。利用X-射线、γ-射线、计算机层析扫描(CAT扫描)以及磁共振成像技术(MRI)虽然可以用来测量土体内部的变形于位移，但是，其昂贵的试验费用限制了这些技术的广泛应用。利用人工合成透明土结合光学观测和图像处理技术可以实现土体内部变形的可视化，其费用低廉，操作简便；但是，这种方法的前提是获得透明度较高且性质与天然土体相似的人工合成透明土。目前，已有采用不同材料来制配透明土，并得到了一些成果，但是，这些透明土的透明度效果有限，可穿透的透明厚度有限，从而无法在相对大一点的模型中进行试验，影响模型试验结果的可靠性和可推广性；而且，现有方法制备的透明土均是透明岩体或透明弱胶结砂土，其黏聚性差，无法真正模拟天然软黏土，尤其是海洋软黏土；并且，其透明度低，无法真正实现对天然软黏土的内部变形的可视化研究。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土，解决了现有技术中人工透明土的黏聚性差和渗透系数大，无法真正模拟天然软黏土的问题。本专利技术的一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其技术方案是这样实现的：包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5-6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌5-20min；静置，固结，得透明软黏土。本专利技术在透明软黏土的制备过程中采用硅酸锂镁作为固体材料，通过硅酸锂镁与蒸馏水制备透明软黏土；所得的透明软黏土的黏结性好，物理性能与天然软黏土类似，真正模拟了天然软黏土，而且，透明度高，可以用作天然软黏土的透明替代材料进行物理模型试验等室内试验，特别适合替代天然海洋软黏土，实现了模型试验的可视化；例如：采用该天然软黏土透明替代材料，可以实现模型实验中土体内部三维变形位移的可视化，并可进一步借助PIV(粒子图像测速法)或DIC(数字图像相关)等图像处理技术将位移定量化；还可以利用该天然软黏土透明替代材料实现模型试验中流体运移路径的可视化。本专利技术的透明软黏土的制备方法以硅酸锂镁为原料，在蒸馏水的作用下，通过搅拌制备而成，其制备方法简单，所用原料均为无机化合物，没有使用有机溶剂，也没有有机化合物的产生，对环境和操作人员均无毒、无害，绿色环保，成本低，易于制备，对设备无特殊要求，性价比高，便于推广。本专利技术的硅酸锂镁和蒸馏水混合物，随搅拌时间的增加，黏度升高，待混合物黏度增长至内部开始形成少量不可消散的气泡时，停止搅拌，一般搅拌时间控制在5-20min为宜；通常情况下，硅酸锂镁的用量越高，所需搅拌时间越短。另外，本专利技术在静置固结过程中以及固结完成保存时，需将润湿的薄纱布覆在该天然软黏土透明替代材料的表面上，并用保鲜膜密封，防止所得到的天然软黏土透明替代材料干裂。作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5-15g/s。硅酸锂镁在整理水中的添加速度不宜过快，而且，需要边搅拌边添加，快速倒入或者完全倒入硅酸锂镁之后，再搅拌，会导致搅拌不均匀，最终降低透明度。作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中的搅拌速度为500-1000r/min。硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中需要不断地对蒸馏水进行搅拌，加入到蒸馏水之后的硅酸锂镁快速分散，搅拌均匀，同时，此时的搅拌速度不宜过大，防止硅酸锂镁在添加过程中被过大的搅拌速度带出，造成物料的浪费和所得透明软黏土黏度的变化；待硅酸锂镁完全加入蒸馏水之后，再提高搅拌速度，此时的搅拌速度以硅酸锂镁和蒸馏水的混合物既不溢出，并且其内部也不产生气泡为宜。作为一种优选的实施方案，所述静置的时间为24-48h。搅拌完毕之后，将硅酸锂镁和蒸馏水的混合物倒入容器中并在室内静置固结，可形成软黏土透明替代材料，若内含少量气泡，在静置约24-48小时后可固结消散；若混合物中含有较大体积的气泡，可用针头细长的注射器吸出。作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁的粒径大小为20-30nm，密度为0.9-1.1g/cm3，折射率为1.3-1.8。本专利技术在透明软黏土的制备过程中使用的是蒸馏水，蒸馏水不含电解质等多种杂质，制备过程中不发生反应影响透明度，故而所得的透明软黏土透明度高，其透明度远远超过自来水制备的透明软黏土；根据被替代的天然软黏土的类型，调整硅酸锂镁与蒸馏水的质量比，从而得到不同强度的天然软黏土；软黏土强度较高时，硅酸锂镁的用量多；软黏土强度较低时，硅酸锂镁的用量少。作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁的比表面积为370m2/g，密度为1.1g/cm3，折射率为1.5。硅酸锂镁具有增稠性和触变性，并且，吸附能力强，其与蒸馏水混合之后，随着搅拌时间的延长，其黏度逐渐增大；硅酸锂镁为白色粉末，主要成分为二氧化硅、氧化镁、氧化钠和氧化锂，又称为锂藻土、锂皂石或锂皂土，英文名称是hectorite，产品具有很多型号，例如：LaponiteRD、LaponiteRDS、LaponiteXLG、LaponiteXLS、LaponiteS482等，LAPONITE系列产品不溶于水，在搅拌条件下很容易分散在水中，水合形成无色透明的凝胶物质。本专利技术的一种透明软黏土，其技术方案是这样实现的：所述透明软黏土是根据上面任意一项所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法制备而成的。本专利技术的透明软黏土的黏结性好，其内部颗粒之间的黏结力大，强度低，渗透系数小，物理力学性能与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，而且，透明度高，是天然软黏土的重要透明替代材料，原料绿色环保，没有有机物质参与和产生，使用安全，可以很好地进行物理模型试验等室内试验，实现了模型试验的可视化。作为一种优选的实施方案，所述透明软黏土的密度为1.0-1.1g/cm3，泊松比为0.4-0.5。自然界中存在的天然软黏土的密度为1.0-1.5g/cm3，泊松比为0.4-0.5；本专利技术的透明软黏土的密度、泊松比均与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，是天然软黏土的重要透明替代材料，可以进行可视化的模型试验等室内试验。泊松比是土体横向正应变与轴向正应变比值的绝对值，它是反映土体横向变形的弹性常数。作为一种优选的实施方案，所述透明软黏土的剪切强度低于10KPa，内摩擦角小于15°，渗透系数的数量级为10-6-10-7cm/s。自然界中存在的天然软黏土的剪切强度一般低于10KPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5‑6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800‑1200r/min，搅拌5‑20min；静置，固结，得透明软黏土。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5-6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌5-20min；静置，固结，得透明软黏土。2.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：所述硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5-15g/s。3.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：所述硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中的搅拌速度为500-1000r/min。4.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：所述静置的时间为24-48h。5.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：所述硅酸锂镁的粒径大小为20-30nm，密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱超祁，贾永刚，焦欣然，刘柯涵，程升，李清平，单红仙，刘炎，陈江欣，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37