[发明专利]一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构

权利要求书

1.一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，包括膨胀土填芯(4)、路基顶部包边层(1)、路基底部包边层(2)、连接路基顶部包边层(1)和路基底部包边层(2)的两个路基边坡包边层(3)，所述膨胀土填芯(4)设置在路基顶部包边层(1)、路基底部包边层(2)、两个路基边坡包边层(3)所包围的封闭空间之中；

所述路基顶部包边层(1)、路基底部包边层(2)、路基边坡包边层(3)的铺设材料均为改性膨胀土和碳纤维；将从路基所在场地挖取得到、且满足预设含水率w的膨胀土记为场地膨胀土，所述改性膨胀土由改性剂、水、场地膨胀土均匀混合而成，其重量组成按前述顺序分别为：4.7％～6％、15.9％～18.8％、75.2％～79.4％；将改性剂重量组成记为改性剂掺量A；

所述改性剂为疏水性纳米二氧化硅与石灰混合制作而成的柔性钙基纳米二氧化硅改性剂，其中，疏水性纳米二氧化硅与石灰的重量比B、改性剂掺量A的选择如下：

场地膨胀土为弱膨胀土：B＝1∶8～1∶10，A＝6％；

场地膨胀土为中膨胀土：B＝1∶6～1∶7，A＝6％；

场地膨胀土为强膨胀土：B＝1∶4～1∶5，A＝8％；

路基顶部包边层(1)、路基底部包边层(2)、路基边坡包边层(3)均采用从下而上分层铺设的方式，且每铺设完成0.5m时，将碳纤维均匀的撒布于改性膨胀土表面，撒布完成后人工进行压实，压实度不低于92％；所述碳纤维与改性膨胀土的重量比为0.5∶99.5～1∶99；

所述膨胀土填芯(4)的铺设材料为场地膨胀土或改良膨胀土，具体的，当场地膨胀土为弱膨胀土或中膨胀土时，膨胀土填芯(4)的铺设材料为场地膨胀土；当场地膨胀土为强膨胀土时，膨胀土填芯(4)的铺设材料为改良膨胀土，所述改良膨胀土由场地膨胀土和石灰均匀混合组成，场地膨胀土、石灰的重量比为97％∶3％；

所述路基顶部包边层(1)的层厚为1.2m～1.8m，所述路基底部包边层(2)的层厚为0.3m～0.5m，所述路基边坡包边层(3)沿坡面垂直方向的层厚为3m～3.5m。

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，所述弱膨胀土、中膨胀土、强膨胀土的界定如下：

40％≤δ_ef＜60％，弱膨胀土；

60％≤δ_ef＜90％，中膨胀土；

δ_ef≥90％，强膨胀土；

其中，δ_ef为膨胀土的自由膨胀率。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，所述预设含水率w控制在0.97-1.2w_p范围内，其中，w_p为场地膨胀土的塑限，具体控制方式为：首先将从路基所在场地挖取得到的膨胀土置于场地附近拌料场，平摊风干后，粉碎并过5mm～10mm的筛；然后进行预设含水率w的检测，并通过补充洒水或晾晒方式控制预设含水率w为0.97-1.2w_p。

4.根据权利要求1所述的一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，所述碳纤维为聚乙烯碳纤维，所述聚乙烯碳纤维的形状为条状，长度为5cm～10cm，宽度为1cm～2cm，厚度为3mm～6mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，所述疏水性纳米二氧化硅的粒径为1nm～10nm。

6.根据权利要求1所述的一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，所述膨胀土填芯(4)从下而上进行分层铺设，每铺设0.5m进行压实，压实度不低于92％。

7.根据权利要求1所述的一种基于纳米二氧化硅与碳纤维的韧性膨胀土路基结构，其特征在于，所述柔性钙基纳米二氧化硅改性剂的制作如下：

将疏水性纳米二氧化硅浸没在水中，并放置在超声波振荡器上充分震荡1小时～2小时，然后再放置在80℃～150℃的烘箱内进行培养，培养时间为0.5小时～1小时；

将培养后的疏水性纳米二氧化硅与石灰按照重量比B混合制作成柔性钙基纳米二氧化硅改性剂。