一種具有高無側(cè)限抗壓強度的土料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高無側(cè)限抗壓強度的土料，所述土料包括混合土和水，所述水的重量為混合土重量的8.2%-18.8%，其中混合土包括如下組分：納米三氧化二鋁1-6%、干土94-99%，以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明通過在干土中混合一定質(zhì)量的納米三氧化二鋁，有效的提高土的工程性質(zhì)，有效增加了土料的無側(cè)限抗壓強度。
【專利說明】一種具有高無側(cè)限抗壓強度的土料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有高無側(cè)限抗壓強度的土料。
【背景技術(shù)】
[0002]到目前為止，提高土的強度的方法主要有:夯實法，物理提高法，化學(xué)提高法，生物提聞法。
[0003](I)夯實法是將土壓實到所要求的密度。夯實法費用低，但是有一定的試用性限制，它難以滿足大型工程對地基強度的需要。
[0004](2)物理提高法包括樁基礎(chǔ)，土釘墻，加土工織物和向土中摻入砂礫石改變土的級配等方法。物理提高法施工簡單，但施工條件、試用范圍有限。
[0005](3)化學(xué)提高法是向土中摻離子土壤固化劑、復(fù)合型固化劑2大類型。離子土壤固化劑與土相互作用，將粘土礦物內(nèi)部吸附水去除，使土由親水性變成憎水性，在常規(guī)壓實機械碾壓后，能有效地改進(jìn)土的工程性質(zhì)；復(fù)合型土固化劑是指采用兩種或兩種以上化學(xué)物質(zhì)按一定比例配合，形成一種新型土固化材料，改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，提高土的強度。
[0006](4)生物提高法就是利用生物表面活性劑附著在粘土礦物的表面上可以使粘土礦物表面疏水化，降低液面張力，破環(huán)礦物表面水化膜或使之變薄，從而使粒間粘結(jié)力變大，土的抗剪強度提高。
[0007](5)既有物理提高又有化學(xué)提高是指向土中摻無機結(jié)合材料，無機結(jié)合料是一種傳統(tǒng)的固化材料，包括水泥、石灰和粉煤灰等，它們可單獨使用，也可按一定的比例混合使用，通過水解和水化反應(yīng)、離子交換和團(tuán)?；饔?，改善土的工程性質(zhì)。
[0008]歸結(jié)以上5種方法土體強度的增長主要分為結(jié)構(gòu)性改造和改性兩大類，其中，改性方法中比較成熟的常用方法為石灰、水泥改良，這兩種方法都是利用硅酸鹽和鋁的水化物與土顆粒相互間的膠結(jié)作用，隨著膠結(jié)物逐漸脫水和新生礦物的結(jié)晶作用，形成膠凝成分來膠結(jié)土壤、堵塞土壤的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，從而降低液限，增大土體的強度。但是水泥加固土受土類別限制，對塑性指數(shù)高的粘土、有機土及鹽潰土等土類，加固效果不理想；石灰土強度發(fā)展緩慢且水穩(wěn)性相對較差，石灰固化體的強度與石灰的摻入比在一定范圍內(nèi)成正比，若摻量超出某一范圍，加固土的強度反而降低；石灰粉煤灰加固土早強性差，直接影響施工進(jìn)度及質(zhì)量。為了滿足現(xiàn)代工程對地基強度日益增長的需求，國內(nèi)外學(xué)者從不同途徑提出了大量添加劑的方法。
[0009]納米材料是指顆粒尺寸在納米量級(Inm?IOOnm)的超細(xì)材料，由于其小尺寸而具有特殊的結(jié)構(gòu)特征，并產(chǎn)生了四大效應(yīng):尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)(宏觀量子隧道效應(yīng))、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)，使之成為當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點，被科學(xué)家們譽為“21世紀(jì)最有前途的材料”。但是目前利用納米材料提高土體強度的研究成果相對較少，納米氧化物對土體改性的研究則更少，對其加固機理尚不清晰，且對土樣含水量和納米材料摻量對改性效果的影響尚不清楚，因此開展納米材料改性土的研究顯得尤為重要。
[0010]納米三氧化二鋁(簡稱NA)作為納米氧化物的一種，其基本參數(shù)為，比表面積(8±5)m2 / g，平均粒徑為30nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.99%，對其研究工程應(yīng)用意義重大，成果可為納米氧化物更好地應(yīng)用于土改性研究提供工程參考價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了加固效果理想，制備簡單方便的具有高無側(cè)限抗壓強度的土料。
[0012]技術(shù)方案:本發(fā)明提供一種具有高無側(cè)限抗壓強度的土料，其特征在于:所述土料包括混合土和水，所述水的重量為混合土重量的8.2%-18.8%,其中混合土包括如下組分:納米三氧化二鋁1_6%、干土 94-99%，以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0013]進(jìn)一步，所述加入的納米三氧化二鋁優(yōu)選為4%，因為這樣土料的無側(cè)限抗壓強度
提高非常顯著。
[0014]進(jìn)一步,所述納米三氧化二招的比表面積(8±5)m2 / g,平均粒徑為30n m,質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.99%。
[0015]工作原理:本發(fā)明在干土中加入一定質(zhì)量的NA，由于NA的顆粒細(xì)小，表面晶格結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)結(jié)構(gòu)，表面原子數(shù)增多，部分Al-O鍵出現(xiàn)斷裂，具有殘鍵，故其具有一定的化學(xué)活性。NA能改變土顆粒之間的鍵合作用，形成粘土顆粒之間的新的膠結(jié)，從而減少粘土的孔隙數(shù)量和尺寸，能夠?qū)⑤^大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來，并封閉各團(tuán)粒之間的孔隙，形成整體聯(lián)結(jié)，這種粘土微觀結(jié)構(gòu)的改善能提高土體的力學(xué)性能和耐久性，但這種結(jié)構(gòu)致密的硬化體的強度主要來源于結(jié)構(gòu)的粘結(jié)，本身的剛性較大，表現(xiàn)為剛度和脆性的增大。
[0016]而且NA具有很高的親水性，其比表面積大約8m2/g，因而產(chǎn)生很大的表面能，有強烈的吸附活性，NA能夠吸附土中的自由水，使其成為顆粒表面的吸附水，這種吸附作用有利于土體強度的提聞。
[0017]由于NA材料的平均粒徑30nm，摻入濕土中的NA具有物理填充效應(yīng)，這對減少土顆粒間的孔隙數(shù)量和尺寸，以及提高土體的結(jié)構(gòu)強度有一定作用。
[0018]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在干土中混合一定質(zhì)量的納米三氧化二招，有效的提高土的工程性質(zhì)，有效增加了土料的無側(cè)限抗壓強度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為試驗樣品S1-S6的軸向應(yīng)力實驗圖；
[0020]圖2為試驗樣品S7-S12的軸向應(yīng)力實驗圖；
[0021]圖3為試驗樣品S13-S18的軸向應(yīng)力實驗圖。
【具體實施方式】
[0022]下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。
[0023]試驗所采用的NA為宣城晶瑞新材料有限公司生產(chǎn)，基本參數(shù)為:NA呈白色末狀，比表面積(8±5)m2 / g，平均粒徑為30nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.99%，PH值為7_8。
[0024]采用本發(fā)明制備高無側(cè)限抗壓強度的土料的方法，步驟為:
[0025]步驟1，取6份相同質(zhì)量的干土，將6份NA分別加入到干土中并均勻混合，其中6份加入的NA的質(zhì)量分別占混合后土料總質(zhì)量的0%、1%、2%、3%、4%、6% ;其中干土是指含水率在5%以內(nèi)的土，可以將取自南京有代表性的軟土地區(qū)地下2m左右的土在105-110°C恒溫下靜置8小時即可獲得，其主要礦物成分為高嶺石、伊利石和蒙脫石三類，采用的土的物理學(xué)性質(zhì)如表1所示。
[0026]表1
【權(quán)利要求】
1.一種具有高無側(cè)限抗壓強度的土料，其特征在于:所述土料包括混合土和水，所述水的重量為混合土重量的8.2%-18.8%，其中混合土包括如下組分:納米三氧化二鋁1_6%、干土 94-99%，以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高無側(cè)限抗壓強度的土料，其特征在于:所述加入的納米二氧化二招為4%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高無側(cè)限抗壓強度的土料，其特征在于:所述納米三氧化二鋁的比表面積(8±5) m2 / `g，平均粒徑為30n m，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.99%。
【文檔編號】C09K17/08GK103669332SQ201310645643
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】高磊, 余湘娟, 周斌, 陳暉東, 周秋月 申請人:河海大學(xué)