專利名稱：羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)，尤其涉及一種羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
膨脹土的路基填筑通過添加石灰、水泥等外加劑取得了令人滿意的結(jié)果，但路基填土是擾動土，人為的方式可以控制其填筑質(zhì)量，然而，對于地基和邊坡等原位膨脹土而言，添加石灰等外加劑的方式，工程上就存在諸多困難。另外，上述外加劑中的鈣等礦物成分會和土壤中的硫(通常是石膏)生成鈣礬石、硅灰石膏等，使路基產(chǎn)生后期鼓脹而導(dǎo)致路基破壞。鋁氧化物或鋁氫氧化物和粘土礦物的交互作用在土壤水土保持、污染防治、巖土力 學(xué)等方面有著重要作用，當(dāng)粘土礦物表面被鋁氧化物或鋁氫氧化物膠結(jié)后，土壤的吸附性能、土壤結(jié)構(gòu)、土壤的力學(xué)性質(zhì)都有明顯的改變。根據(jù)土壤中鋁氧化物或鋁氫氧化物的存在形式及其與土顆粒的作用形式和效果，結(jié)合鋁氧化物或鋁氫氧化物自身的物理化學(xué)性質(zhì)，將其作為一種膨脹土的改良劑處理膨脹土用于治理膨脹土工程，采用非擾動的方式施工，可從根本上解決膨脹土危害，能有效地解決膨脹土所引發(fā)的工程問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法及其應(yīng)用，即在試驗(yàn)室合成一種低污染、施工方便的羥基鋁膨脹土改良劑，用于原位治理膨脹土工程問題，從本質(zhì)上改善其親水特性和脹縮特性，提高其物理力學(xué)特性。本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一、羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法
羥基鋁膨脹土改良劑(簡稱改良劑)的合成方法包括下列步驟
①在玻璃燒杯中配制濃度為lmol/L的AlCl3溶液，置于恒溫磁力加熱攪拌器上加熱，加熱過程中不停地?cái)嚢?攪拌速度為300r/min ；
②加熱至80°C后緩慢向AlCl3溶液中滴加0.6 mol/L的NaOH溶液，滴加速度為IOmL/min,使堿化度B值達(dá)到I. 5 2. 5為止，B為0H_與Al3+的摩爾比；
③整個過程中都要充分?jǐn)嚢瑁诩訜徇^程中要不斷補(bǔ)充揮發(fā)掉的水分，最終使得溶液中當(dāng)量鋁的含量為0. 5mol/L，然后將溶液在常溫下養(yǎng)護(hù)，即得羥基鋁膨脹土改良劑；
④此改良劑合成后到施工的時間間隔為5 60天。二、羥基鋁膨脹土改良劑(簡稱改良劑)的應(yīng)用
①首先確定膨脹土中蒙脫土的含量，使改良劑中的當(dāng)量鋁和蒙脫土的摩爾質(zhì)量比為5 10mmol/kg,以便確定改良劑的用量,保證良好的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益；
②采用噴灑法施工
A、將改良劑按3 5次噴灑于所需處理的膨脹土表面；
B、每次噴灑完成后待土層表面干燥，實(shí)施下次噴灑，直至所有改良劑都噴灑完成。
作用機(jī)理
由于膨脹土的吸力作用，改良劑將會迅速被吸入膨脹土的內(nèi)部；另外，由于膨脹土邊坡和地基存在一定量的裂隙，所噴灑的改良劑將沿著裂隙滲入到膨脹土內(nèi)部，然后在裂隙內(nèi)向周圍滲透；在上述兩種因素的作用下，改良劑迅速進(jìn)入膨脹土內(nèi)部，通過離子交換、包被、膠結(jié)成鍵等物理化學(xué)作用，改良劑和膨脹土中的蒙脫土反應(yīng)，使膨脹土的物理特性和強(qiáng)度指標(biāo)都有顯著提高，膨脹特性被大大改善。 本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果
①本發(fā)明所合成的改良劑是一種弱酸性的溶液，對地下水和植被的影響較小，使用安
全；
②該改良劑在應(yīng)用過程中無需擾動原土層，除了可應(yīng)用于公路工程路堤以外，還適用于膨脹土邊坡及建筑地基基礎(chǔ)工程，是一種原位處理膨脹土的方法。
圖I為改良前后土樣的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線；
圖中
A—改良前土樣的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線；
B—改良后土樣的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式下面將根據(jù)一個實(shí)施例和附圖、表詳細(xì)說明
①按照發(fā)明內(nèi)容中所述的羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法合成一定量的改良劑，最終所合成的改良劑中當(dāng)量鋁的濃度為0. 5mol/L，改良劑合成后在室溫下養(yǎng)護(hù)5天后備用。根據(jù)土的標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率試驗(yàn)確定需處理膨脹土中的蒙脫土的含量約為30%，土的天然重度為20kN/m3，處理面積為lm2，深度為lm。根據(jù)當(dāng)量鋁和蒙脫土的摩爾質(zhì)量比(lOmmol/kg)可計(jì)算得到處理該膨脹土所需的當(dāng)量鋁為6mol，所合成的改良劑中當(dāng)量鋁的濃度為0. 5mol/L,由此可得所需要的總改良劑為12L。②羥基鋁膨脹土改良劑(簡稱改良劑)的施工方法
羥基鋁膨脹土改良劑(簡稱改良劑)的施工方法按《發(fā)明內(nèi)容》中所述的應(yīng)用實(shí)施。③將改良前后的膨脹土進(jìn)行一系列的土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下
a、膨脹土改良前后物理指標(biāo)如表I所示。改良后膨脹土的可塑性發(fā)生了明顯的變化，液限有較大程度減小，塑限也有明顯增加，塑性指數(shù)顯著降低。說明土中的黏粒含量減少，土顆粒的親水性顯著變?nèi)酢Ｇ腋牧己蟮呐蛎浲恋淖杂膳蛎浡视筛牧记暗?25%減小到24%，已不具備膨脹土的基本特征，達(dá)到了改良為非膨脹土的要求(符合公路工程規(guī)范)。表I膨脹土改良前后物理指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法，其特征在于包括下列步驟 ①在玻璃燒杯中配制濃度為lrnol/L的AlCl3溶液，置于恒溫磁力加熱攪拌器上加熱，加熱過程中不停地?cái)嚢?攪拌速度為300r/min ； ②加熱至80°C后緩慢向AlCl3溶液中滴加O.6 mol/L的NaOH溶液，使堿化度B值達(dá)到I. 5 2. 5為止，B為0H_與Al3+的摩爾比； ③整個過程中都要充分?jǐn)嚢?，在加熱過程中要不斷補(bǔ)充揮發(fā)掉的水分，最終使得溶液中當(dāng)量鋁的含量為O. 5mol/L，然后將溶液在常溫下養(yǎng)護(hù)，即得羥基鋁膨脹土改良劑； ④此改良劑合成后到施工的時間間隔為5 60天。
2.基于權(quán)利要求I所述羥基鋁膨脹土改良劑的應(yīng)用，其特征在于包括下列步驟 ①首先確定膨脹土中蒙脫土的含量，使改良劑中的當(dāng)量鋁和蒙脫土的摩爾質(zhì)量比為5 10mmol/kg,以便確定改良劑的用量,保證良好的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益； ②采用噴灑法施工 A、將改良劑按3 5次噴灑于所需處理的膨脹土表面； B、每次噴灑完成后待土層表面干燥，實(shí)施下次噴灑，直至所有改良劑都噴灑完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法及其應(yīng)用，涉及巖土工程技術(shù)。本羥基鋁膨脹土改良劑的合成方法是①在玻璃燒杯中配制濃度為1mol/L的AlCl3溶液，置于恒溫磁力加熱攪拌器上加熱；②加熱至80℃后緩慢向AlCl3溶液中滴加0.6mol/L的NaOH溶液，使堿化度B值達(dá)到1.5～2.5為止；③最終使得溶液中當(dāng)量鋁的含量為0.5mol/L，即得羥基鋁膨脹土改良劑；④此改良劑合成后到施工的時間間隔為5～60天。本發(fā)明所合成的改良劑是一種弱酸性的溶液，對地下水和植被的影響較小，使用安全；該改良劑在應(yīng)用過程中無需擾動原土層，是一種原位處理膨脹土的方法。
文檔編號E01C3/04GK102774867SQ20121027287
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者盧正, 姚海林, 孫世永, 董啟朋 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所