[发明专利]羟基铝膨胀土改良剂的合成方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术，尤其涉及一种羟基铝膨胀土改良剂的合成方法及其应用。

背景技术

膨胀土的路基填筑通过添加石灰、水泥等外加剂取得了令人满意的结果，但路基填土是扰动土，人为的方式可以控制其填筑质量，然而，对于地基和边坡等原位膨胀土而言，添加石灰等外加剂的方式，工程上就存在诸多困难。另外，上述外加剂中的钙等矿物成分会和土壤中的硫（通常是石膏）生成钙矾石、硅灰石膏等，使路基产生后期鼓胀而导致路基破坏。铝氧化物或铝氢氧化物和粘土矿物的交互作用在土壤水土保持、污染防治、岩土力学等方面有着重要作用，当粘土矿物表面被铝氧化物或铝氢氧化物胶结后，土壤的吸附性能、土壤结构、土壤的力学性质都有明显的改变。根据土壤中铝氧化物或铝氢氧化物的存在形式及其与土颗粒的作用形式和效果，结合铝氧化物或铝氢氧化物自身的物理化学性质，将其作为一种膨胀土的改良剂处理膨胀土用于治理膨胀土工程，采用非扰动的方式施工，可从根本上解决膨胀土危害，能有效地解决膨胀土所引发的工程问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺点和不足，提供一种羟基铝膨胀土改良剂的合成方法及其应用，即在试验室合成一种低污染、施工方便的羟基铝膨胀土改良剂，用于原位治理膨胀土工程问题，从本质上改善其亲水特性和胀缩特性，提高其物理力学特性。

本发明目的是这样实现的：

一、羟基铝膨胀土改良剂的合成方法

羟基铝膨胀土改良剂（简称改良剂）的合成方法包括下列步骤：

①在玻璃烧杯中配制浓度为1mol/L的AlCl₃溶液，置于恒温磁力加热搅拌器上加热，加热过程中不停地搅拌，搅拌速度为300r/min；

②加热至80℃后缓慢向AlCl₃溶液中滴加0.6 mol/L的NaOH溶液，滴加速度为10mL/min，使碱化度B值达到1.5～2.5为止，B为OH^-与Al³⁺的摩尔比；

③整个过程中都要充分搅拌，在加热过程中要不断补充挥发掉的水分，最终使得溶液中当量铝的含量为0.5mol/L，然后将溶液在常温下养护，即得羟基铝膨胀土改良剂； 

④此改良剂合成后到施工的时间间隔为5～60天。

二、羟基铝膨胀土改良剂（简称改良剂）的应用

①首先确定膨胀土中蒙脱土的含量，使改良剂中的当量铝和蒙脱土的摩尔质量比为5～10mmol/kg，以便确定改良剂的用量，保证良好的处理效果和经济效益；

②采用喷洒法施工：

A、将改良剂按3～5次喷洒于所需处理的膨胀土表面；

B、每次喷洒完成后待土层表面干燥，实施下次喷洒，直至所有改良剂都喷洒完成。

作用机理：

由于膨胀土的吸力作用，改良剂将会迅速被吸入膨胀土的内部；另外，由于膨胀土边坡和地基存在一定量的裂隙，所喷洒的改良剂将沿着裂隙渗入到膨胀土内部，然后在裂隙内向周围渗透；在上述两种因素的作用下，改良剂迅速进入膨胀土内部，通过离子交换、包被、胶结成键等物理化学作用，改良剂和膨胀土中的蒙脱土反应，使膨胀土的物理特性和强度指标都有显著提高，膨胀特性被大大改善。

本发明具有下列优点和积极效果：

①本发明所合成的改良剂是一种弱酸性的溶液，对地下水和植被的影响较小，使用安全；

②该改良剂在应用过程中无需扰动原土层，除了可应用于公路工程路堤以外，还适用于膨胀土边坡及建筑地基基础工程，是一种原位处理膨胀土的方法。

附图说明

图1为改良前后土样的轴向应力与轴向应变的关系曲线；

图中：

A—改良前土样的轴向应力与轴向应变的关系曲线；

B—改良后土样的轴向应力与轴向应变的关系曲线。

具体实施方式

下面将根据一个实施例和附图、表详细说明：

①按照发明内容中所述的羟基铝膨胀土改良剂的合成方法合成一定量的改良剂，最终所合成的改良剂中当量铝的浓度为0.5mol/L，改良剂合成后在室温下养护5天后备用。

根据土的标准吸湿含水率试验确定需处理膨胀土中的蒙脱土的含量约为30%，土的天然重度为20kN/m³，处理面积为1m²，深度为1m。根据当量铝和蒙脱土的摩尔质量比（10mmol/kg）可计算得到处理该膨胀土所需的当量铝为6mol，所合成的改良剂中当量铝的浓度为0.5mol/L，由此可得所需要的总改良剂为12L。