一種改良膨脹土路基填料及其制備方法與流程

文檔序號：11148645閱讀：397來源：國知局

本發(fā)明涉及路基填筑領域，具體地，涉及一種改良膨脹土路基填料，一種改良膨脹土路基填料的制備方法，由該方法制備得到的改良膨脹土路基填料。

背景技術：

路基作為整個交通運輸系統的重要組成部分，其直接承受上部結構荷載及車輛靜動荷載的長期作用，而路基質量的好壞直接影響行車速度與行車安全，因此有必要采用優(yōu)質的路基填料填筑。然而，不良路基填料膨脹土分布廣泛，膨脹土具有明顯的脹縮性、超固結性和多裂隙性，給路基施工建設帶來了相當大的危害。在膨脹土場地進行道路路基建設時，天然場地的填料不符合高等級公路、鐵路路基填筑的基本要求。

目前膨脹土場地公路、鐵路施工過程中，通常采用遠距離運送、石料廠購買、摻加石灰、水泥等無機結合料改良等辦法來確保填料的優(yōu)良性能。但是通過遠距離運送優(yōu)質填料勢必引起路基工程造價過高、工期過長，因此結合施工當地條件，通過改良膨脹土路基填料，使之滿足路基填筑及工后運營的基本要求便成為路基工程建設亟待解決的難題。

專利申請CN105951551A公開了一種膨脹土路基的改良方法，該方法分層或分多層堆積生石灰和膨脹土，分層堆積的同時灑水使石灰充分消化。但是石灰和膨脹土的凝膠反應進行較慢，存在早期強度不高的問題。其次，該工藝過程比較復雜，耗時久，容易造成工期的延長。另外，摻拌生石灰時易揚塵，會對環(huán)境造成一定污染。

專利申請CN102162241A公開了一種用廢棄電石渣改良膨脹土路基填料的方法，該方法用電石渣作為固化劑改良膨脹土路基；將電石渣摻加到膨脹土中，控制含水率為18-20％，充分攪拌使其均勻，電石渣的摻量為：干電石渣的質量為膨脹土干質量的6-10％。該方法存在的問題包括：受原料電石渣的限制較大，需要從電石渣的生產地運輸，成本較高。

因此，開發(fā)一種效果好、成本低且環(huán)保的改良膨脹土路基是十分必要的。

技術實現要素：

為了克服現有技術中改良膨脹土路基方法的效果差、成本高和污染環(huán)境的缺陷，本發(fā)明提供了一種改良膨脹土路基填料及其制備方法和應用，采用本發(fā)明提供的改良膨脹土路基填料，改良效果好，膨脹性改善明顯且穩(wěn)定，成本低且環(huán)保。

具體地，本發(fā)明提供了一種改良膨脹土路基填料，該改良膨脹土路基填料含有膨脹土、聚合氯化鋁和熟石灰。

本發(fā)明還提供了一種改良膨脹土路基填料的方法，該方法包括：將膨脹土與熟石灰進行第一混合形成第一混合物，將聚合氯化鋁與水進行第二混合形成第二混合物，然后將第一混合物與第二混合物進行第三混合。

本發(fā)明還提供了由上述方法制備得到的改良膨脹土路基填料。

采用本發(fā)明提供的改良膨脹土路基填料，首先能夠充分合理利用膨脹土場地的天然土體形成滿足填筑要求的優(yōu)質填料，實現資源利用最大化；其次，改良膨脹土路基填料的壓縮性低、水穩(wěn)定性與抗凍融特性好，能夠快速改良膨脹土路基填料的膨脹性，改良效果顯著且穩(wěn)定，干濕穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性好；另外，所述改良膨脹土路基填料無毒無害，不會對土體造成永久性傷害；能夠降低工程造價，避免遠距離輸送帶來的工期延長。

本發(fā)明具有上述優(yōu)勢，原因可能包括以下幾方面：(1)聚合氯化鋁電離出大量離子使膨脹土土顆粒附近離子濃度增大，土顆粒的吸附擴散層受到壓縮，同時大量的Al³⁺中和土顆粒表面的負電荷，使土顆粒所帶電荷量減小，Zeta電位降低，土顆粒的親水性大大減弱；聚合氯化鋁的結構由形態(tài)多變的多元羧基絡合物組成，拉結、絮凝土顆粒更快捷更高效，使土顆粒形成團粒，孔隙減小，快速有效的改善了膨脹土路基填料的脹縮特性。(2)熟石灰與膨脹土成分，在水介質的作用下相互間發(fā)生一系列離子交換反應、碳酸反應、硬凝反應、結晶反應，使得膨脹土路基填料間的微孔隙被進一步充填，土體顆粒間嵌合的更加緊密，同時，熟石灰中的鈣也能增加聚合氯化鋁中有效成分Al₁₃(Al₁₃是由十二個六配位的八面體的鋁原子圍繞一個四配位的鋁原子通過羥基橋鍵的結合而形成的，是AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂⁷⁺的簡稱。)的含量，使得聚合氯化鋁對膨脹土路基填料膨脹性的改良效果更加明顯，進而使改良填料的物理力學特性和耐久性，水穩(wěn)定性得到進一步加強。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。

本發(fā)明提供了一種改良膨脹土路基填料，該改良膨脹土路基填料含有膨脹土、聚合氯化鋁和熟石灰。

在本發(fā)明中，所述膨脹土的含義為本領域技術人員所熟知。根據《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》中5.5.2對膨脹土場地的評價，自由膨脹率≥40％、蒙脫石含量≥7％、陽離子交換量≥170mmol/Kg三者中任意滿足二者及以上判定為膨脹土。

在本發(fā)明中，所述聚合氯化鋁的含義為本領域技術人員所熟知，可以通過商購獲得，也可以通過本領域常規(guī)的方法制備得到。所述聚合氯化鋁是介于AlCl₃和Al(OH)₃之間的一種水溶性無機高分子聚合物，顏色為黃色、淡黃色、深褐色或深灰色，形態(tài)為樹脂狀固體。所述聚合氯化鋁的組成可以由下式表示：[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m，其中，m為1-15的整數，n為1-5的整數。M表示聚合程度，n表示聚合氯化鋁的中性程度。優(yōu)選地，m為6-9的整數，n為2-4的整數。在所述聚合氯化鋁中，以所述聚合氯化鋁的總重量為基準，以Al₂O₃計的含量優(yōu)選不低于28重量％，更優(yōu)選為30-35重量％。

在本發(fā)明中，所述熟石灰的含義為本領域技術人員所熟知。所述熟石灰可以通過商購獲得，也可以通過本領域的常規(guī)方法制備得到。根據《公路路面基層施工細則》(JTG/T F20-2015)中的規(guī)定，有效氧化鈣加氧化鎂含量是判斷石灰等級的主要指標。本發(fā)明中的有效氧化鈣加氧化鎂的含量優(yōu)選≥55重量％，更優(yōu)選為60-65重量％。另外，所述熟石灰的自然狀態(tài)含水率≤4重量％。

在本發(fā)明中，以所述熟石灰的總重量為基準，粒度大于0小于0.17mm的熟石灰的含量可以為99-100重量％，0.17-0.2mm的熟石灰的含量可以為0-1重量％。優(yōu)選地，以所述熟石灰的總重量為基準，粒度大于0小于0.17mm的熟石灰的含量為100重量％。

在本發(fā)明中，所述改良膨脹土路基填料中的各組分含量可以在較大范圍內變動。例如，在所述改良膨脹土路基填料中，以干重計，相對于100重量份的膨脹土，所述聚合氯化鋁的含量可以為0.5-1.5重量份，所述熟石灰的含量可以為2-7重量份。盡管將膨脹土、聚合氯化鋁和熟石灰的含量控制在上述范圍內即可，但是為了得到更好的改良效果，優(yōu)選地，在所述改良膨脹土路基填料中，相對于100重量份的膨脹土，所述聚合氯化鋁的含量為0.8-1.2重量份，所述熟石灰的含量為3-5重量份。

需要說明的是，在改良膨脹土路基填料中，膨脹土、聚合氯化鋁和熟石灰的含量和用量為以干重計。

本發(fā)明還提供了一種改良膨脹土路基填料的制備方法，該方法包括：將膨脹土與熟石灰進行第一混合形成第一混合物，將聚合氯化鋁與水進行第二混合形成第二混合物，然后將第一混合物與第二混合物進行第三混合。

在本發(fā)明中，在本發(fā)明中，所述膨脹土的含義為本領域技術人員所熟知。根據《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》中5.5.2對膨脹土場地的評價，自由膨脹率≥40％、蒙脫石含量≥7％、陽離子交換量≥170mmol/Kg三者中任意滿足二者及以上判定為膨脹土。

在本發(fā)明中，所述改良膨脹土路基填料制備過程中的各組分用量可以在較大范圍內變動。例如，在所述改良膨脹土路基填料中，以干重計，相對于100重量份的膨脹土，所述聚合氯化鋁的用量可以為0.5-1.5重量份，所述熟石灰的用量可以為2-7重量份。盡管將膨脹土、聚合氯化鋁和熟石灰的用量控制在上述范圍內即可，但是為了得到更好的改良效果，優(yōu)選地，在所述改良膨脹土路基填料中，相對于100重量份的膨脹土，所述聚合氯化鋁的用量為0.8-1.2重量份，所述熟石灰的用量為3-5重量份。

在本發(fā)明中，所述第一混合的條件沒有特別的限定，只要能夠將膨脹土與熟石灰混合均勻即可。例如，所述第一混合的條件包括：溫度可以為5-40℃，時間可以為0.3-0.7小時。所述第一混合可以在攪拌的條件下進行。

在本發(fā)明中，所述第二混合的條件沒有特別的限定，只要能夠將聚合氯化鋁與水混合均勻即可。例如，所述第二混合的條件包括：溫度可以為5-40℃，時間可以為0.05-0.25小時。所述第二混合可以在攪拌的條件下進行。根據一種優(yōu)選的實施方式，所述第二混合包括：將聚合氯化鋁逐步加入水中至完全溶解。

在本發(fā)明中，進行第二混合的聚合氯化鋁和水的用量可以在較大范圍內變動。例如，所述聚合氯化鋁和水的用量的重量比可以為0.2-0.45：1，優(yōu)選為0.3-0.35：1。

在本發(fā)明中，所述第三混合的條件沒有特別的限定，只要能夠將第一混合物和第二混合物混合均勻即可。例如，所述第三混合的條件包括：溫度可以為5-40℃，時間可以為0.25-0.45小時。所述第三混合優(yōu)選在攪拌的條件下進行。根據一種優(yōu)選的實施方式，所述第三混合包括：在攪拌的狀態(tài)下，將第二混合物噴灑到第一混合物表面，并繼續(xù)攪拌至均勻。所述噴灑可以通過各種常規(guī)方式實現，例如可以使用噴射機進行噴灑，噴灑的速率可以為150-250g/min，優(yōu)選為180-220g/min。

在本發(fā)明中，所有的攪拌均可以在拌合機中進行，攪拌的速率沒有特別的限定，例如可以為20-35rpm。

本發(fā)明還提供了由上述方法制備的改良膨脹土路基填料。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

在以下實施例和對比例中，

所使用的膨脹土的性能包括：自由膨脹率為60％，蒙脫石含量為14重量％，陽離子交換量為250mmol/Kg，液限w_L＝47.6％，塑限w_P＝32.5％，膨脹土的天然水含量為17.4重量％，膨脹力為38.4kPa，無側限抗壓強度0.28MPa，粘聚力25.31kPa，內摩擦角24.3°。

所使用的熟石灰市售商品，有效氧化鈣加氧化鎂含量為60重量％，自然狀態(tài)含水率為2重量％。

所使用的聚合氯化鋁的制備過程包括：將結晶氯化鋁在170℃下進行沸騰熱解，放出的氯化氫用水吸收制成20％鹽酸加回收。然后加水在60℃以上進行熟化聚合，再經固化，干燥，破碎，制得固體聚合氯化鋁成品。制備得到的聚合氯化鋁的組成可以用下式表示：[Al₂(OH)₂Cl₄]₇，以Al₂O₃計的含量為30重量％。

實施例1