[发明专利]聚乙烯醇水溶液膨胀土改良剂和配制方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种膨胀土改良剂，特别是一种涉及降低膨胀土胀缩性的聚乙烯醇水溶液膨胀土改良剂和配制方法及其应用。属于岩土工程技术领域。

背景技术

在我国大部分地区都已发现膨胀土，当使用膨胀土作为工程用土时，由于其较大的膨胀性，必须对它进行进一步的处理。降低膨胀土的胀缩性，增加膨胀土地基和边坡稳定性的方法有物理方法和化学方法两大类。

物理方法有：

(1)表水防护：设置各种排水沟，建立地表排水网系，使得地表水不易渗入土体中；

(2)坡面防护，目前主要的加固措施为：植被防护、骨架防护、片石护坡和全封闭护坡等；

(3)支挡和加固防护：常用的有挡土墙、抗滑桩和土钉加固等；

(4)换土法：将影响工程安全的膨胀土层全部或部分挖除，用非膨胀黏性土或粗粒土换填。缺点是施工麻烦，需要以好土换坏土，操作不方便；

(5)湿度控制法：包括预湿和保持含水率稳定。为了控制膨胀土含水率的变化，保持边坡或地基土的含水率少受蒸发及防止运行期地表水的渗入而采取的一些必要措施。如施工过程中预留保护层，衬砌前浸泡膨胀土控制临界湿度等，有时采用复合土工膜或沥青盖在膨胀土的坡面上；

(6)桩基础法：通过在膨胀土地基中打桩穿透膨胀土层，将荷载传递到膨胀土层以下，消除膨胀土膨胀变形和膨胀力对建筑物的直接影响。

化学方法有：向膨胀土中掺入无机盐类或有机化合物，通过催化活化土粒表面反应来改善水和土之间的相互作用，使土的性质在水的影响下仍能达到既定指标，改善膨胀土的工程性质。对于膨胀土填料，化学改良法可以通过以下方法加以改良：

(1)石灰类改良剂，石灰是一种无机的胶结材料，既能在空气中硬化，也能在水中硬化。石灰的性质取决于活性CaO和MgO的含量，其含量越高，活性越大，胶结能力越强。石灰改良膨胀土的过程既有物理作用又有化学反应，两方面共同作用促使土体性质发生根本改变。改良膨胀土的石灰掺量有一个最佳范围，针对不同膨胀土参数得出石灰的最佳掺量不同。研究表明膨胀土中掺质量分数为2％的石灰对膨胀性能最为有效。超过2％时，对膨胀性改良有可能起反作用；但根据塑性指数和pH值变化来看，最佳掺量应大于4％；根据无侧限抗压强度实验，最佳掺量应大于8％。而对于天然膨胀土层，完全采用挖填改良后回填的施工方法有时难以开展或者经济性差，从而不能像填土一样通过掺加石灰的方法来改良。所以对于天然膨胀土层，改良剂的水溶性和改良方法对改良效果至关重要。

(2)水泥类改良剂，水泥对膨胀土的改良，主要有以下几个方面的作用：首先，水泥水化反应产生的C-S-H和C-A-H凝胶附着在颗粒表面，具有较强的胶结力并形成了Ca(OH)₂；其次，Ca²⁺与土颗粒表面吸附离子发生阳离子交换反应，使土颗粒吸水性能改进和团粒化，增加膨胀土的水稳定性；最后，Ca²⁺，OH^-渗透进入土颗粒内部，与黏土矿物发生物理化学反应，继续生成上述凝胶物质，可减少亲水凝粘土矿物的含量，并提高土颗粒间的连接强度。

(3)工业废渣类改良剂，由于工业废渣在石灰，水泥水化物的碱性环境中具有潜在水化活性，人们从经济和环保角度出发，用其来改良，稳定土体，其改良机理与石灰类，水泥类改良剂类似。此方法的最大优点是环保性好且比较经济，缺点是早期强度不高，而且通常需要较大的掺量。

(4)水玻璃类改良剂，水玻璃改良剂是由水玻璃和酸性反应剂构成的，在强碱条件下发生胶凝固结。由于胶凝时间不能延长，改良反应不完全，会发生较强的碱性影响，使生成的SiO₂胶体逐渐溶出，大大降低了耐久性。

(5)有机类改良剂，有机类改良剂由于聚合物与土颗粒中黏土矿物一般不发生反应，其改良膨胀土的作用主要是通过包裹，机械啮合等物理作用来提高土颗粒间的黏接作用，因此在减少土的膨胀性和增加土的强度方面作用要小。而且有机物的聚合过程不吸收水分，土颗粒表明吸附水膜的存在会更影响聚合物网络对土颗粒连接的加强作用。要使有机改良剂在土中形成一定的均匀聚合物网络，常需要加大其掺量，而有机改良剂的成本通常较高，因此，常常因经济成本，加固效果等方面的原因而限制了有机改良剂的应用。