本發(fā)明涉及巖土工程
技術(shù)領(lǐng)域：
。具體來說，本發(fā)明涉及一種廢舊陶瓷膨脹土改良劑，以及使用廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法。
背景技術(shù)：
：膨脹土是一種具有較多裂隙和較大脹縮性質(zhì)的地質(zhì)體。膨脹土粘土成分主要由強(qiáng)親水性礦物蒙脫土與伊利石組成，它們吸水時(shí)膨脹，失水時(shí)收縮，使得膨脹土發(fā)生反復(fù)變形。膨脹土的這些性質(zhì)對(duì)工程建筑物等有嚴(yán)重的破壞作用，因此需要改良膨脹土來降低膨脹土的膨脹性。工業(yè)廢舊陶瓷主要成分包括氧化鋁和氧化硅。在現(xiàn)有報(bào)道中，可將廢舊陶瓷用于制備陶瓷密封圈和耐磨材料等。但據(jù)發(fā)明人所知，尚未有報(bào)道將廢舊陶瓷用于改良膨脹土。為此，本領(lǐng)域仍然需要開發(fā)一種基于廢舊陶瓷的膨脹土改良劑。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種廢舊陶瓷膨脹土改良劑。所述廢舊陶瓷膨脹土改良劑可包括廢舊陶瓷、硅酸鈉和磁性離子液體。廢舊陶瓷可填充膨脹土晶層之間的空隙，且廢舊陶瓷中的某些組分甚至能與膨脹土發(fā)生離子交換，由此降低膨脹土的膨脹率、提高膨脹土的抗剪切強(qiáng)度。硅酸鈉可在吸水后形成凝膠來粘結(jié)膨脹土顆粒和廢舊陶瓷顆粒。磁性離子液體則可與膨脹土發(fā)生離子交換，永久改變膨脹土的晶層結(jié)構(gòu)，由此進(jìn)一步降低膨脹土的膨脹率、提高膨脹土的抗剪切強(qiáng)度。本發(fā)明的目的還在于提供一種使用廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供下述技術(shù)方案。在第一方面中，本發(fā)明提供一種廢舊陶瓷膨脹土改良劑，所述廢舊陶瓷膨脹土改良劑可包括：(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及(c)磁性離子液體，其中，(c)磁性離子液體的結(jié)構(gòu)如下述結(jié)構(gòu)式(i)所示：在式(i)中，n＝1-15，x為cl或br。在第一方面的一種實(shí)施方式中，以重量為基準(zhǔn)計(jì)，所述(a)廢舊陶瓷可含有以下組分：al2o350-70％；sio220-30％，mgo5-10％，fe2o31-2％，zno1-2％，na2o1-2％；以及k2o1-2％。在第一方面的另一種實(shí)施方式中，所述廢舊陶瓷可包括粒度為80目-100目的廢舊陶瓷粉末。在第一方面的另一種實(shí)施方式中，硅酸鈉的模數(shù)是1.5-2.5。在第一方面的另一種實(shí)施方式中，在結(jié)構(gòu)式(i)中，n＝6。在第二方面中，本發(fā)明提供一種使用如第一方面所述的廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法，所述方法可包括下述步驟：(1)按照所需比例混合(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及(c)磁性離子液體，得到廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料；(2)按照廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料重量：待改良膨脹土干土重量＝1:8-1:6的比例，將廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料與待改良膨脹土混合均勻；(3)根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(jtj-051-93)中的重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水率；以及(4)按照比步驟(3)中確定的最佳含水率更大1％-2％的比例，向步驟(2)中混合均勻的廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料與待改良膨脹土添加水，攪拌均勻之后得到廢舊陶瓷膨脹土改良劑改良的膨脹土。在第二方面的一種實(shí)施方式中，還包括(5)將步驟(4)得到的廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良的膨脹土在施工面上鋪設(shè)20-50厘米的表面改良層，且自然條件下保持2-3天。在第二方面的另一種實(shí)施方式中，在步驟(1)中，(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及(c)磁性離子液體的重量比可為：90％-95％：0.25％-2％：3.75％-9.75％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)通過廢舊陶瓷的填充作用、硅酸鈉的粘結(jié)作用以及磁性離子液體與膨脹土之間的離子交換作用，實(shí)現(xiàn)永久且顯著地降低膨脹土的膨脹率，提高膨脹土的抗剪切強(qiáng)度；以及(2)制備和施工方法簡(jiǎn)單，所用原料來自回收材料。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚和完整的描述。本發(fā)明的目的在于提供一種廢舊陶瓷膨脹土改良劑。所述廢舊陶瓷膨脹土改良劑可包括廢舊陶瓷、硅酸鈉和磁性離子液體。廢舊陶瓷經(jīng)常規(guī)研磨粉碎之后，粒度可小至80-100目，因此可填充膨脹土晶層之間的空隙。此外，廢舊陶瓷中的某些組分如氧化硅、氧化鉀等在存在本發(fā)明所述的磁性離子液體時(shí)甚至能與膨脹土發(fā)生離子交換，由此降低膨脹土的膨脹率、提高膨脹土的抗剪切強(qiáng)度。硅酸鈉可在吸水后形成凝膠來粘結(jié)膨脹土顆粒和廢舊陶瓷顆粒。通過調(diào)節(jié)硅酸鈉的模數(shù)，硅酸鈉可在室溫下溶于水中，并吸收膨脹土中的水形成凝膠，由此固定膨脹土顆粒和廢舊陶瓷顆粒。因?yàn)楣杷徕c的存在，在施工中，可添加比最佳含水率更高1％-2％的水。磁性離子液體則可與膨脹土發(fā)生離子交換，永久改變膨脹土的晶層結(jié)構(gòu)，由此進(jìn)一步降低膨脹土的膨脹率、提高膨脹土的抗剪切強(qiáng)度。本發(fā)明的磁性離子液體包括烷基鏈，烷基鏈的長(zhǎng)度影響廢舊陶瓷膨脹土改良劑的最終改良效果。烷基鏈不能太短，否則對(duì)膨脹土抗剪切強(qiáng)度的增加有限。同時(shí)，烷基鏈也不能太長(zhǎng)，否則潛在地固定在硅酸鈉形成的凝膠中，難以有效地與膨脹土顆粒發(fā)生離子交換。本發(fā)明的目的還在于提供一種使用廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供下述技術(shù)方案。在第一方面中，本發(fā)明提供一種廢舊陶瓷膨脹土改良劑，所述廢舊陶瓷膨脹土改良劑可包括：(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及(c)磁性離子液體，其中，(c)磁性離子液體的結(jié)構(gòu)如下述結(jié)構(gòu)式(i)所示：在式(i)中，n＝1-15，x為cl或br。在第一方面的一種實(shí)施方式中，以重量為基準(zhǔn)計(jì)，所述(a)廢舊陶瓷可含有以下組分：al2o350-70％；sio220-30％，mgo5-10％，fe2o31-2％，zno1-2％，na2o1-2％；以及k2o1-2％。在第一方面的另一種實(shí)施方式中，所述廢舊陶瓷可包括粒度為80目-100目的廢舊陶瓷粉末。在第一方面的另一種實(shí)施方式中，硅酸鈉的模數(shù)是1.5-2.5。在第一方面的另一種實(shí)施方式中，在結(jié)構(gòu)式(i)中，n＝6。在第二方面中，本發(fā)明提供一種使用如第一方面所述的廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法，所述方法可包括下述步驟：(1)按照所需比例混合(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及(c)磁性離子液體，得到廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料；(2)按照廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料重量：待改良膨脹土干土重量＝1:8-1:6的比例，將廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料與待改良膨脹土混合均勻；(3)根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(jtj-051-93)中的重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水率；以及(4)按照比步驟(3)中確定的最佳含水率更大1％-2％的比例，向步驟(2)中混合均勻的廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料與待改良膨脹土添加水，攪拌均勻之后得到廢舊陶瓷膨脹土改良劑改良的膨脹土。在第二方面的一種實(shí)施方式中，還包括(5)將步驟(4)得到的廢舊陶瓷膨脹土改良劑來改良的膨脹土在施工面上鋪設(shè)20-50厘米的表面改良層，且自然條件下保持2-3天。在第二方面的另一種實(shí)施方式中，在步驟(1)中，(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及(c)磁性離子液體的重量比可為：90％-95％：0.25％-2％：3.75％-9.75％。實(shí)施例材料本文所述的實(shí)施例中使用的原料組分都可通過商業(yè)途徑購買。廢舊陶瓷為80-100目的廢舊陶瓷粉末，且其組分為al2o350-70％；sio220-30％，mgo5-10％，fe2o31-2％，zno1-2％，na2o1-2％；以及k2o1-2％。所用硅酸鈉的模數(shù)是2.2-2.5。磁性離子液體1,3-二甲基咪唑四氯化鐵鹽，1-十一基-3-甲基咪唑四氯化鐵鹽以及1-己基3-甲基咪唑四溴化鐵鹽分別根據(jù)中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201410461633.2的實(shí)施例1、實(shí)施例4和實(shí)施例5所述來制備。測(cè)試方法膨脹土的自由膨脹率的測(cè)定膨脹土自由膨脹率的測(cè)定如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201010175564.0所述。概括來說，從江蘇淮安市獲取膨脹土試樣，在105-110℃下烘干，再用5％的nacl溶液使膨脹土充分膨脹。測(cè)得原狀膨脹土試樣的自由膨脹率為52.6％。改良膨脹土在完全固化之后的自由膨脹率也通過相似的方法進(jìn)行測(cè)定。擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(jtj-051-93)來進(jìn)行。測(cè)得原狀膨脹土的最佳含水量為16.8％。抗剪強(qiáng)度測(cè)量根據(jù)室內(nèi)直剪試驗(yàn)確定原狀膨脹土在25、50、75和100kpa垂直壓力下的剪切應(yīng)力，然后通過分析數(shù)據(jù)得到原狀膨脹土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c(粘聚力)＝189.8，且φ(內(nèi)摩擦角)＝34.5。對(duì)于改良后的膨脹土，也進(jìn)行類似測(cè)試來確定其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。實(shí)施例1-5按照下文表1所示的配方比例混合(a)廢舊陶瓷；(b)硅酸鈉；以及各種(c)磁性離子液體，得到廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料。然后，按照廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料重量：待改良膨脹土干土重量＝1:6的比例，將廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料與待改良膨脹土混合均勻。接下來，根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(jtj-051-93)中的重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水率；以及按照比在上述步驟中確定的最佳含水率更大1％的比例，向混合均勻的廢舊陶瓷膨脹土改良劑漿料與待改良膨脹土添加水，攪拌均勻之后得到廢舊陶瓷膨脹土改良劑改良的膨脹土。在施工面上形成50厘米的由廢舊陶瓷膨脹土改良劑改良的膨脹土形成的表面改良層，自然條件下固化2天之后進(jìn)行剪切強(qiáng)度測(cè)試。具體施工工藝和各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表2所示。表1.以重量分?jǐn)?shù)表示的實(shí)施例1-5的廢舊陶瓷膨脹土改良劑的配方表2.用實(shí)施例1-5的改良劑來改良膨脹土的條件及改良后膨脹土的性能指標(biāo)實(shí)施例編號(hào)12345表面改良層/厘米5050505050自由膨脹率/％36.53230.526.627.8抗剪切強(qiáng)度(c)197.3199.6203.7218.9215.8抗剪切強(qiáng)度(φ)36.537.338.642.340.9從表2的結(jié)果可知，經(jīng)過本發(fā)明的廢舊陶瓷膨脹土改良劑改良之后，膨脹土的自由膨脹率可降低到施工所要求的40％以下。此外，通過同時(shí)控制硅酸鈉的模數(shù)、含量以及磁性離子液體烷基鏈中碳原子的數(shù)目，可顯著降低膨脹土自由膨脹率，以及顯著提高膨脹土的抗剪切強(qiáng)度。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為了便于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其它實(shí)施例中而不必付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明披露的內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下做出的改進(jìn)和修改都本發(fā)明的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12