一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，在含水率10~20%的天然膨潤(rùn)土中，混合有按質(zhì)量比100:3~100:10的納米氧化硅。水分在天然膨潤(rùn)土中均勻分布。納米氧化硅的平均粒徑為10~20nm。制備方法包括以下步驟：一、將天然膨潤(rùn)土土樣風(fēng)干過(guò)篩；二、在天然膨潤(rùn)土中加入適量的水，配置到目標(biāo)含水率；三、配置好的天然膨潤(rùn)土密封養(yǎng)護(hù)8h以上；四、按設(shè)定的質(zhì)量比將天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅混合均勻；通過(guò)以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，納米氧化硅能填充膨潤(rùn)土內(nèi)部孔隙，增大膨潤(rùn)土內(nèi)的蒙脫石晶體的體積，使壓實(shí)膨潤(rùn)土的膨脹潛勢(shì)增大。壓實(shí)膨潤(rùn)土失水時(shí)，不會(huì)發(fā)生顯著收縮，保證了壓實(shí)膨潤(rùn)土在環(huán)境和水利工程中的防滲功能。
【專利說(shuō)明】
一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]
本發(fā)明涉及一種膨潤(rùn)土制備領(lǐng)域，特別是一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
我國(guó)的膨潤(rùn)土資源極為豐富，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、環(huán)境和水利工程等領(lǐng)域。在環(huán)境和水利工程中主要利用膨潤(rùn)土的防滲和吸附特點(diǎn)，阻止水分和污染物的泄漏或迀移?，F(xiàn)有研究表明，壓實(shí)膨潤(rùn)土在吸水飽和后，其膨脹性不再增加，且飽和的壓實(shí)膨潤(rùn)土在失水后會(huì)發(fā)生收縮開(kāi)裂，以上特性會(huì)降低壓實(shí)膨潤(rùn)土的防滲屏障功能。因此，需要發(fā)明一種既能提高膨潤(rùn)土膨脹潛勢(shì)，又能降低膨潤(rùn)土失水收縮的方法，即具有高膨脹率低收縮率特性的膨潤(rùn)土。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，主要通過(guò)三種方式調(diào)控壓實(shí)膨潤(rùn)土的收縮性:1、添加石灰改性;2、添加水泥改性;3、添加高分子固化劑改性。上述方法在一定程度上能夠有效地抑制壓實(shí)膨潤(rùn)土的脹縮性，但是這三種改性方式在抑制收縮率的同時(shí)，也抑制了膨脹率，從而不利于膨潤(rùn)土的“自愈性能”發(fā)揮，即影響了膨潤(rùn)土在環(huán)境和水利工程中的防滲能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土及制備方法，能夠在抑制膨潤(rùn)土收縮率的同時(shí)，保留膨潤(rùn)土的膨脹潛勢(shì)，在環(huán)境和水利工程中具有良好的防滲和吸附效果。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，在含水率10?20%的天然膨潤(rùn)土中，混合有按質(zhì)量比100:3?100:10的納米氧化硅。
[0006]優(yōu)選的方案中，水分在天然膨潤(rùn)土中均勻分布。
[0007]優(yōu)選的方案中，含水率為17.3?18%。
[0008]優(yōu)選的方案中，天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅的質(zhì)量比為100:4?100:8。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，天然膨潤(rùn)土與納米氧化娃的質(zhì)量比為100:6。
[0010]優(yōu)選的方案中，納米氧化硅的平均粒徑為10?20nm。
[0011 ]優(yōu)選的方案中，納米氧化硅的平均粒徑為15nm。
[0012]一種上述的高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土的制備方法，包括以下步驟:
一、將天然膨潤(rùn)土土樣風(fēng)干過(guò)篩；
二、在天然膨潤(rùn)土中加入適量的水，配置到目標(biāo)含水率；
三、配置好的天然膨潤(rùn)土密封養(yǎng)護(hù)Sh以上；
四、按設(shè)定的質(zhì)量比將天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅混合均勻；
通過(guò)以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土。
[0013]篩的孔徑為2mm。
[0014]利用壓樣器和千斤頂將混合后的膨潤(rùn)土壓實(shí)制備成干密度為1.4±0.3g/cm3的塊狀。
[0015]本發(fā)明提供的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土及制備方法，獲得的膨潤(rùn)土產(chǎn)品與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)勢(shì):
1、提高壓實(shí)膨潤(rùn)土膨脹性效果好:本發(fā)明通過(guò)在壓實(shí)膨潤(rùn)土內(nèi)添加納米氧化硅，利用了納米氧化硅的分散性，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，納米氧化硅能填充膨潤(rùn)土內(nèi)部孔隙，增大膨潤(rùn)土內(nèi)的蒙脫石晶體的體積，使壓實(shí)膨潤(rùn)土的膨脹潛勢(shì)增大。
[0016]2、提高壓實(shí)膨潤(rùn)土力學(xué)強(qiáng)度:壓實(shí)膨潤(rùn)土內(nèi)部一些極為細(xì)小孔隙能被納米氧化硅顆粒填充，提高了壓實(shí)膨潤(rùn)土的密實(shí)性，進(jìn)而提高壓實(shí)膨潤(rùn)土的抗壓強(qiáng)度。
[0017]3、保持了壓實(shí)膨潤(rùn)土的化學(xué)穩(wěn)定性:納米氧化硅對(duì)膨潤(rùn)土只是物理作用的影響，并不會(huì)與膨潤(rùn)土及其內(nèi)部的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保證了膨潤(rùn)土的化學(xué)穩(wěn)定性、也確保了耐候性和耐腐蝕性。
[0018]4、抑制壓實(shí)膨潤(rùn)土的收縮:由于納米氧化硅在壓實(shí)膨潤(rùn)土內(nèi)的填充作用，使壓實(shí)膨潤(rùn)土失水時(shí)，不會(huì)發(fā)生顯著收縮，保證了壓實(shí)膨潤(rùn)土在環(huán)境和水利工程中的防滲功能。
[0019]5綠色環(huán)保:本發(fā)明方法綠色環(huán)保，添加的納米氧化硅不會(huì)污染土體環(huán)境。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為未添加納米氧化硅的膨潤(rùn)土的孔隙體積累計(jì)曲線。
[0021 ]圖2為未添加納米氧化硅的膨潤(rùn)土的孔隙體積分布曲線。
[0022]圖3為本發(fā)明中添加納米氧化硅后的孔隙體積累計(jì)曲線。
[0023]圖4為本發(fā)明中添加納米氧化硅時(shí)的孔隙體積分布曲線。
[0024]圖5為本發(fā)明中膨潤(rùn)土限制膨脹條件下的膨脹-收縮過(guò)程特征點(diǎn)。
[0025]圖6為本發(fā)明中膨潤(rùn)土自由膨脹條件下的膨脹-收縮過(guò)程特征點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1:
一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，在含水率10?20%的天然膨潤(rùn)土中，混合按質(zhì)量比100:3?10的納米氧化硅。
[0027]制備方法，包括以下步驟:
一、將天然膨潤(rùn)土土樣風(fēng)干過(guò)篩;天然膨潤(rùn)土的粒徑小于2mm;
二、在天然膨潤(rùn)土中加入適量的水，配置到目標(biāo)含水率；
三、配置好的天然膨潤(rùn)土密封養(yǎng)護(hù)Sh以上;優(yōu)選的方案中，將配置好的天然膨潤(rùn)土放置在塑料袋內(nèi)，密封養(yǎng)護(hù)12h，以使水分在天然膨潤(rùn)土中均勻分布。
[0028]四、按設(shè)定的質(zhì)量比將天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅混合均勻；
通過(guò)以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土。
[0029]優(yōu)選的篩的孔徑為2mm。
[0030]優(yōu)選的方案中，含水率為17.3?18%。
[0031 ]優(yōu)選的方案中，天然膨潤(rùn)土與納米氧化娃的質(zhì)量比為100:4?100:8。
[0032]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，天然膨潤(rùn)土與納米氧化娃的質(zhì)量比為100:6。
[0033]優(yōu)選的方案中，納米氧化硅的平均粒徑為10?20nm。
[0034]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，納米氧化娃的平均粒徑為15nm。
[0035]利用壓樣器和千斤頂將混合后的膨潤(rùn)土壓實(shí)制備成干密度為1.4±0.3g/cm3的塊狀。本例中采用厚度為5mm，直徑為61.8mm的圓餅狀試樣。
[0036]實(shí)施例2:
限制膨脹-收縮試驗(yàn):試驗(yàn)儀器包括飽和器，抽真空儀、收縮儀、百分表以及濾紙和透水石。首先將實(shí)施例1中的膨潤(rùn)土壓實(shí)試樣抽真空飽和十天左右，待試樣完全浸水飽和后取出試樣，用推土器將土樣推出，置于多孔板上，稱試樣和多孔板的質(zhì)量，稱量精度至0.lg。然后裝好百分表，百分表的表頭接觸試樣表面，使表分表保持一定程度的預(yù)壓，記下初始讀數(shù)。在室溫不高于30°C條件下進(jìn)行收縮試驗(yàn)，根據(jù)試樣溫度及收縮速度，每隔4小時(shí)記錄百分表讀數(shù)，并稱量整套裝置和試樣質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g。經(jīng)過(guò)多天風(fēng)干收縮，測(cè)量表分表讀數(shù)保持穩(wěn)定不變，結(jié)束收縮試驗(yàn)。
[0037]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖5中，可以得到在限制膨脹條件下，沒(méi)有添加納米氧化硅的壓實(shí)膨潤(rùn)土收縮穩(wěn)定后體變率為-2.2%，收縮后試樣體積要比初始狀態(tài)的體積小，說(shuō)明試樣發(fā)生了較大的收縮;而按照實(shí)施例1中的比例添加了納米氧化硅的壓實(shí)膨潤(rùn)土，在收縮穩(wěn)定后，體變率為3.9%，收縮后試樣體積比初始狀態(tài)體積大，說(shuō)明試樣的收縮較小。試樣約束卸掉后，純膨潤(rùn)土的回彈變形量18.8%，而添加納米氧化硅后回彈變形量25.6%。如圖2、4中所示，孔隙分布數(shù)據(jù)表明，納米氧化硅對(duì)試樣孔徑0.1μπι-10μπι范圍內(nèi)的孔隙起到充填作用?？梢?jiàn)，納米氧化硅具有調(diào)控膨潤(rùn)土脹縮性的功能。本發(fā)明的產(chǎn)品尤其適用于環(huán)境和水利工程中。
[0038]實(shí)施例3:
自由膨脹-收縮試驗(yàn):試驗(yàn)儀器包括膨脹儀、收縮儀、百分表以及濾紙和透水石。膨脹儀主要用于試樣的自由膨脹。將膨潤(rùn)土壓實(shí)環(huán)刀樣固定在膨脹儀內(nèi)，試樣上保持一個(gè)恒載，若試樣上部沒(méi)有荷載，試樣膨脹后表面會(huì)凹凸不平，不利于后續(xù)試驗(yàn)的開(kāi)展。即載荷使試樣膨脹后的表面保持平整即可。然后膨潤(rùn)土壓實(shí)環(huán)刀樣浸水飽和十天左右，同限制膨脹收縮試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行收縮試驗(yàn)。
[0039]從圖6中，可以得出自由膨脹條件下，壓實(shí)膨潤(rùn)土浸水后發(fā)生顯著的膨脹，純膨潤(rùn)土的膨脹率為148%，而添加6%的納米氧化硅以后，其膨脹率甚至高達(dá)187%。可見(jiàn)，添加的納米氧化硅可以增大膨潤(rùn)土的膨脹潛能。如圖2、4中所示，孔隙分布數(shù)據(jù)表明，納米氧化硅對(duì)試樣孔徑0.1μηι-10μηι范圍內(nèi)的孔隙起到充填作用。
[0040]上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本發(fā)明的限制，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:在含水率10?20%的天然膨潤(rùn)土中，混合有按質(zhì)量比100:3-100: 10的納米氧化硅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:水分在天然膨潤(rùn)土中均勻分布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:含水率為17.3?18%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅的質(zhì)量比為100:4?100:8。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅的質(zhì)量比為100:6。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:納米氧化硅的平均粒徑為 10~20nm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土，其特征是:納米氧化硅的平均粒徑為15nm。8.—種權(quán)利要求1?7任一項(xiàng)所述的高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土的制備方法，其特征是包括以下步驟: 一、將天然膨潤(rùn)土土樣風(fēng)干過(guò)篩； 二、在天然膨潤(rùn)土中加入適量的水，配置到目標(biāo)含水率； 三、配置好的天然膨潤(rùn)土密封養(yǎng)護(hù)Sh以上； 四、按設(shè)定的質(zhì)量比將天然膨潤(rùn)土與納米氧化硅混合均勻； 通過(guò)以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土的制備方法，其特征是:篩的孔徑為 2mm。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高膨脹低收縮率膨潤(rùn)土的制備方法，其特征是:利用壓樣器和千斤頂將混合后的膨潤(rùn)土壓實(shí)制備成干密度為1.4±0.3g/cm3的塊狀。
【文檔編號(hào)】B01J20/12GK106000294SQ201610515772
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】談云志, 黃龍波, 明華軍, 汪洪星, 左清軍, 孫文靜
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)