一种晶须改良膨胀土及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种晶须改良膨胀土及其制备方法和应用。这种晶须改良膨胀土包括以下组分：膨胀土、晶须和水泥。同时也公开了这种晶须改良膨胀土的制备方法，还公开了一种晶须改良膨胀土地基的施工方法。本发明专利技术通过晶须改良，使膨胀土的强度、胀缩变形和韧性均有明显改善。晶须改良的膨胀土地基可广泛适用于建筑、交通和水利工程领域。

A modified expansive soil with whisker and its preparation and Application

The invention discloses a whisker improved expansive soil and a preparation method and application thereof. The improved expansive soil with whisker includes the following components: expansive soil, whisker and cement. At the same time, the preparation method of the whisker improved expansive soil and the construction method of the whisker improved expansive soil foundation are also disclosed. Through whisker improvement, the strength, expansion shrinkage deformation and toughness of the expansive soil are obviously improved. The expanded soil base improved by whisker can be widely used in the fields of construction, transportation and water conservancy engineering.

【技术实现步骤摘要】
一种晶须改良膨胀土及其制备方法和应用
本专利技术属于土木工程
，具体涉及一种晶须改良膨胀土及其制备方法和应用。
技术介绍
膨胀土是一种遇水膨胀软化、失水收缩开裂的特殊土，膨胀土地基处理一直是工程的重点与难点，目前处理膨胀土的方法主要有换填法、稳定法和加筋法。换填法是指将膨胀土直接挖除换填性能优良的填土材料，该方法可直接有效的处理膨胀土地基，但工程量巨大，且换填的膨胀土须另行处理。稳定法是指利用石灰、粉煤灰、水泥等材料对膨胀土进行固化处理，该方法可增大膨胀土强度和水稳性，但易出现收缩裂缝。加筋法是指通过土工布、土工格栅和加筋纤维等进行加筋处理，加筋土具有较好的韧性，但其补强作用不明显，且分散性较差。现有技术中，CN105239558A公开了一种用木屑纤维改良的膨胀土地基及其实现方法。该技术方案采用木屑纤维，其本身强度低，容易被拉断，且木屑纤维易被腐蚀，导致其不仅改良效果不好，且耐久性也不好。CN109536175A公开使用煤矸石及聚丙烯纤维作为膨胀土改良剂。但聚丙烯纤维分散性不好，导致施工困难，且其改良的膨胀土不均匀，质量较差。目前，膨胀土的强度、胀缩变形和韧性等均有待改善，如何有效改良膨胀土，成为了本领域工作者关注的热点问题。
技术实现思路
为了克服现有技术膨胀土存在的性能问题，本专利技术的目的之一在于提供一种晶须改良膨胀土，本专利技术的目的之二在于提供这种晶须改良膨胀土的制备方法，本专利技术的目的之三在于提供这种晶须改良膨胀土地基的施工方法。本专利技术提出了使用晶须改良膨胀土，通过使用晶须改良膨胀土，可以使膨胀土的强度、胀缩变形和韧性均有明显改善。为了实现上述的目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供了一种晶须改良膨胀土。这种晶须改良膨胀土包括以下组分：膨胀土、晶须和水泥。优选的，这种晶须改良膨胀土中，晶须占晶须改良膨胀土的质量百分比为0.1％～1％；进一步优选的，晶须占晶须改良膨胀土的质量百分比为0.25％～0.75％。这里所指的晶须占晶须改良膨胀土的质量百分比也即晶须的掺量。优选的，这种晶须改良膨胀土中，晶须的粒径为0.1μm～100μm。优选的，这种晶须改良膨胀土中，晶须为碳酸钙晶须、硫酸钙晶须中的一种或两种；最优选的，晶须为碳酸钙晶须。优选的，这种晶须改良膨胀土中，水泥占晶须改良膨胀土的质量百分比为2％～15％；进一步优选的，水泥占晶须改良膨胀土的质量百分比为3％～8％。这种晶须改良膨胀土中，水泥为市售的常见水泥，如选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种。这种晶须改良膨胀土中，还包括水，优选的含水率为20wt％～25wt％。这种晶须改良膨胀土中，还可以包括助剂，助剂占晶须改良膨胀土的质量百分比为0～2％。助剂可选自早强剂、减水剂、膨胀剂中的一种或多种。本专利技术还提供了上述这种晶须改良膨胀土的制备方法，这种制备方法包括如下步骤：按照上述的组成，将晶须、水泥、膨胀土和水混合，得到晶须改良膨胀土。本专利技术还提供了上述这种晶须改良膨胀土的应用，具体而言是这种晶须改良膨胀土在地基施工中的应用。一种晶须改良膨胀土地基的施工方法，包括以下步骤：1)拌合：按照上述的组成，将晶须、水泥、膨胀土和水混合，得到晶须改良膨胀土；2)堆填：将晶须改良膨胀土进行堆填，形成晶须改良膨胀土地基毛坯；3)碾压：将晶须改良膨胀土地基毛坯进行碾压，形成晶须改良膨胀土地基；4)养护：对晶须改良膨胀土地基洒水养护。优选的，这种施工方法步骤4)中，养护的时间为5天～10天；进一步优选的，养护的时间为6天～8天。本专利技术的专利技术原理是：由于膨胀土中黏粒主要由亲水性强的矿物组成，具有显著的吸水膨胀失水收缩特性。在膨胀土中掺入水泥，减弱亲水矿物表面活性，降低其吸湿持水能力，并形成稳定的空间网状结构，从而减少膨胀土的胀缩性。晶须是一种由高纯度单晶生长而成的微米级单晶纤维材料，可较好的充填膨胀土孔隙，减少孔隙水对膨胀土的影响；晶须原子结构排列高度有序，不含有常规材料存在的晶界、位错和空穴等缺陷，故其机械强度近似等于纯晶体的理论强度，强度较高。膨胀土吸水膨胀和失水收缩时，晶须通过自身的高强度、高模量限制膨胀土变形，从宏观上减弱甚至消除膨胀土的胀缩性。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过晶须改良，使膨胀土的强度、胀缩变形和韧性均有明显改善。晶须改良的膨胀土地基可广泛适用于建筑、交通和水利工程领域。与现有技术相比，本专利技术的优点具体包括：1)经晶须加筋后的膨胀土具有较高的强度、韧性和抗裂性能；2)经晶须加筋后的膨胀土具有高水稳性和低胀缩性；3)实施成本低，施工工艺简单可行，可广泛应用于建筑、交通和水利工程领域。附图说明图1是本专利技术所用碳酸钙晶须的粒径级配曲线图；图2是碳酸钙晶须改良膨胀土的扫描电镜图；图3是不同晶须掺量膨胀土试样典型轴向应力-应变关系曲线图；图4是不同龄期下晶须掺量膨胀土单位体积吸收能与晶须掺量的关系图；图5是不同龄期下晶须掺量膨胀土内摩擦角与晶须掺量的关系图；图6是不同龄期下晶须掺量膨胀土黏聚力与晶须掺量的关系图。具体实施方式本专利技术提供了一种晶须改良膨胀土，是由以下的组分组成：晶须、水泥、膨胀土和水。其中，晶须的质量百分比为0.1％～1％，水泥的质量百分比为2％～15％，含水率为20wt％～25wt％。晶须为粒径是0.1μm～100μm的碳酸钙晶须。水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的任意一种。以下通过具体的实施例对本专利技术的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。实施例1本例的晶须改良膨胀土是由晶须、水泥、膨胀土和水组成。其中，晶须的质量百分比为0.25％，水泥的质量百分比为5％，含水率为23wt％。所用的晶须为0.1μm～100μm的碳酸钙晶须，这种碳酸钙晶须的粒径级配曲线图可见附图1。所用的水泥为普通硅酸盐水泥。本例晶须改良膨胀土的制备方法是，按照配比，将晶须、水泥、膨胀土和水混合搅拌均匀，得到晶须改良膨胀土。实施例2本例的晶须改良膨胀土是由晶须、水泥、膨胀土和水组成。其中，晶须的质量百分比为0.5％，水泥的质量百分比为5％，含水率为23wt％。所用的原料种类和制备方法与实施例1的相同。实施例3本例的晶须改良膨胀土是由晶须、水泥、膨胀土和水组成。其中，晶须的质量百分比为0.75％，水泥的质量百分比为5％，含水率为23wt％。所用的原料种类和制备方法与实施例1的相同。对比例本例的膨胀土是由水泥、膨胀土和水组成。其中，水泥的质量百分比为5％，含水率为23wt％。所用水泥和膨胀土的种类与实施例1相同。本例膨胀土的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶须改良膨胀土，其特征在于：包括以下组分：膨胀土、晶须和水泥。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶须改良膨胀土，其特征在于：包括以下组分：膨胀土、晶须和水泥。


2.根据权利要求1所述的一种晶须改良膨胀土，其特征在于：所述晶须占晶须改良膨胀土的质量百分比为0.1％～1％。


3.根据权利要求2所述的一种晶须改良膨胀土，其特征在于：所述晶须的粒径为0.1μm～100μm。


4.根据权利要求1～3任一项所述的一种晶须改良膨胀土，其特征在于：所述晶须为碳酸钙晶须、硫酸钙晶须中的一种或两种。


5.根据权利要求1所述的一种晶须改良膨胀土，其特征在于：所述水泥占晶须改良膨胀土的质量百分比为2％～15％。


6.根据权利要求5所述的一种晶须改良膨胀土，其特征在于：所述水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：谭彩，袁明道，史永胜，周炳生，张旭辉，潘展钊，吕利，徐云乾，
申请(专利权)人：广东省水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44