一种改良膨胀土及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改良膨胀土及其制备方法和应用，改良膨胀土包括质量百分比为0.4％～0.8％的甘蔗渣纤维、4％～8％的生物炭、4％的水泥、0～1.25％的pH值调节剂以及85.95％～91.60％的待改良膨胀土。本发明专利技术通过甘蔗渣纤维加固土体结构，约束其变形；掺入生物炭提高土体水稳定性和结构稳定性；掺入水泥使土体砂质化和团粒化，进而提升土体强度、密实度和稳定性；掺入pH值调节剂调节土体的酸碱环境，利于后续的生态恢复。本发明专利技术显著改善膨胀土的物理力学特性，有效降低膨胀土的胀缩潜势，能够使其达到适宜植物生长的酸碱环境。同时实现固体废弃物的资源化利用，变废为宝，制备工艺简单可行，具有良好的工程应用价值。具有良好的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种改良膨胀土及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及土壤改良
，具体是一种改良膨胀土及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]膨胀土是一种浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的“胀缩性土”。作为一种颗粒高分散、成分以粘土矿物为主、对环境的湿热变化敏感的粘土，其常被工程界称之为“灾害性土”。膨胀土在我国分布广泛，现已发现有膨胀土的地区有广东、广西、海南、云南、贵州等20多个省、市、自治区，大约占据我国陆地面积的三分之一，其不良特性导致的路面开裂、边坡失稳等问题常常会造成巨大的经济损失。因此，膨胀土不能直接应用于工程建设中。
[0003]目前膨胀土改良技术主要有物理改良法、化学改良法和生物改良法。物理改良法通常使用砂石等天然材料改善土体结构，此类方法不能从膨胀土本质上改善其不良特性，还需要大量的开挖借土；化学改良方法通常使用石灰、粉煤灰等材料进行改良固化，此方法通常存在时效性问题，且对环境有较大污染；生物改良法通常利用微生物的新陈代谢来改变土壤原有内部环境，此类方法成本较高，且改良膨胀土的长期稳定性无法得到保障。水泥作为一种常见的胶凝材料常被应用于膨胀土改良
，它能显著改善膨胀土的胀缩性和力学强度，但其对环境有一定危害且不够经济，不宜大量使用。随着环境问题的突出，利用固体废弃物改良膨胀土逐渐得到重视，固体废弃物的掺入不仅可以改善膨胀土的不良特性，还能够减少对环境的污染，同时对水泥起到一定的替代作用。
[0004]因此，将固体废弃物应用于膨胀土改良是非常有意义和前景的，是实现“变废为宝”的一个重要途径。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种改良膨胀土，将固体废弃物应用于膨胀土改良，有效改善膨胀土的不良特性，解决了农业固体废弃物的回收利用问题，且改良效果好，投入成本低廉，生态环保。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种改良膨胀土的制备方法，通过改变pH值调节剂参数改变土体酸碱度，满足后续植被恢复需求，并且制备工艺简单，易实施操作。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种改良膨胀土的应用，改良膨胀土应用在膨胀土边坡工程和路基，有效解决膨胀土边坡失稳、路基开裂等工程问题，易于推广。
[0008]实现本专利技术目的之一所采用的方案是：一种改良膨胀土，其成分和质量百分比为4％～8％的生物炭、0.4％～0.8％的甘蔗渣纤维、4％水泥、0～1.25％的pH值调节剂以及85.95％～91.60％的待改良膨胀土，各成分的质量百分比之和为100％。
[0009]实现本专利技术目的之二所采用的方案是：所述的改良膨胀土的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)按照《土工试验方法标准》(GB/T50123
‑
2019)确定待改良膨胀土的最佳含水
率；
[0011](2)按质量百分比称取4％～8％的生物炭，0.4％～0.8％的甘蔗渣纤维，4％水泥，0～1.25％的pH值调节剂，85.95％～91.60％的待改良膨胀土，充分搅拌混合后得到混合土；
[0012](3)根据步骤(1)中得到的最佳含水率上调1％～2％后的含水率掺水到步骤(2)得到的混合土中，充分搅拌、混合后密封静置24h，得到改良膨胀土。
[0013]所述甘蔗渣纤维长度为5
‑
10mm，直径为0.5～1mm。且需在105℃恒温的烘箱内烘干。
[0014]所述生物炭为秸秆生物炭、甘蔗渣生物炭或稻壳灰生物炭，所述生物炭粒度为50～100目。
[0015]所述PH值调节剂为硫酸亚铁、硫酸铝或硫酸钾。
[0016]根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112
‑
2013)，待处理膨胀土为弱膨胀土时，生物炭掺量为4％
‑
6％，甘蔗渣纤维掺量为0.4％
‑
0.6％；根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112
‑
2013)，待处理膨胀土为中膨胀土时，生物炭掺量为6％
‑
8％，甘蔗渣纤维掺量为0.6％
‑
0.8％。
[0017]实现本专利技术目的之三所采用的方案是：提供一种采用基于本专利技术目的之一所述的改良膨胀土或基于本专利技术目的之二所述的制备方法制得的改良膨胀土制得的一种岩土工程中的改良膨胀土边坡或膨胀土路基填料。
[0018]所述膨胀土边坡或路基采用本专利技术提供的改良膨胀土，在施工过程中，可置于自然环境下养护，养护28天后投入使用。
[0019]所述的改良膨胀土应用在膨胀土边坡工程时，pH值调节剂掺量为1.25％；所述改良膨胀土应用在路基填料工程时，pH值调节剂掺量为0。
[0020]甘蔗渣
‑
生物炭
‑
水泥
‑
pH值调节剂复合改良膨胀土的改良机理：
[0021]甘蔗渣纤维随机分散在膨胀土中，进而通过纤维相互交错的方式形成三维的空间加固结构。当膨胀土产生胀缩现象时，甘蔗渣纤维通过加固结构约束膨胀土的变形，增加土体的整体稳定性，进而改善膨胀土的物理力学性质。
[0022]生物炭主要通过与膨胀土颗粒表面的正价离子进行交换吸附的方式改善膨胀土的工程性质。其表现为生物炭中的高电荷表面置换到层间层，该方式有利于土壤间水的置换，进而改善膨胀土的胀缩特性。此外，生物炭的掺入促进了土壤中连接体和团聚体的形成，从而限制水进入土壤，提高土骨架的结构稳定性。
[0023]与生物炭类似，水泥掺入膨胀土后，膨胀土中的黏土颗粒将与水泥水化产物发生离子交换反应进而降低膨胀土的膨胀率。与此同时，上述反应生产的水化硅酸盐和水化铝化盐可将膨胀土砂质化和团粒化，进而提升土体强度、密实度和稳定性。此外，水泥水化反应产生的氢氧化钙会与外界的二氧化碳反应生成不溶于水的氧化钙，该物质对土体的强度亦有一定的提升。
[0024]由于盐类反应过程中会产生一定富余的氢氧根，进而导致改良土体pH值偏高，故在此采用pH值调节剂将改良土体的pH值调节至适合植被生长的酸碱度，其有助于后续的边坡植被恢复。
[0025]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0026](1)使用的甘蔗渣纤维来源于糖厂废弃甘蔗渣，实现了甘蔗渣的废物再利用，且甘蔗渣纤维韧性好、强度高、绿色环保、成本低廉、来源广泛；使用的生物炭天然无公害，对环境无污染。同时生物炭可以增加土体稳定性，改善黏土的物理性质和孔隙空间状态，为生物炭原材料实现了“变废为宝”；
[0027](2)通过甘蔗渣纤维的约束加固和生物炭的孔隙填充作用提高土体的早期强度，后期再通过水泥、生物炭的化学反应作用进一步改善其力学性能与胀缩性能。
[0028](3)相较于完全采用高掺量水泥的改良方式，本专利技术通过生物炭、甘蔗渣纤维的替代作用，降低了水泥掺量，更为绿色环保；
[0029](4)利用水泥、生物炭、甘蔗渣纤维、pH值调节剂改良膨胀土，与传统的单一改良方式效果相比，本专利技术对膨胀土的胀缩特性、力学强度、生态性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改良膨胀土，其特征在于，其成分和质量百分比为4％～8％的生物炭、0.4％～0.8％的甘蔗渣纤维、4％水泥、0～1.25％的pH值调节剂以及85.95％～91.60％的待改良膨胀土，各成分的质量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的改良膨胀土的制备方法，包括以下步骤：(1)按照《土工试验方法标准》(GB/T50123
‑
2019)确定待改良膨胀土的最佳含水率；(2)按质量百分比称取4％～8％的生物炭，0.4％～0.8％的甘蔗渣纤维，4％水泥，0～1.25％的pH值调节剂，85.95％～91.60％的待改良膨胀土，充分搅拌混合后得到混合土；(3)根据步骤(1)中得到的最佳含水率上调1％～2％后的含水率掺水到步骤(2)得到的混合土中，充分搅拌、混合后密封静置24h，得到改良膨胀土。3.根据权利要求1所述的改良膨胀土的制备方法，其特征在于，所述甘蔗渣纤维长度为5
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10mm，直径为0.5～1mm；且需在105℃恒温的烘箱内烘干。4.根据权利要求1所述的改良...

【专利技术属性】
技术研发人员：马少坤，岳欢，何本富，黄震，邵羽，马敏，周延洁，陈胜家，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：