[发明专利]一种含碳超疏水膨胀土改良剂及其使用方法

说明书

本发明涉及一种含碳超疏水膨胀土改良剂，所述含碳超疏水膨胀土改良剂包括：a)超疏水碳材料；b)磁性离子液体；以及c)环保型淀粉基粘合剂。本发明提供上文所述含碳超疏水膨胀土改良剂的使用方法。本发明的有益效果在于：(1)通过结合超疏水碳材料的物理拒水作用与磁性离子液体对膨胀土的化学离子交换改良作用，实现永久且显著地降低膨胀土的膨胀率；以及(2)制备和施工方法简单，所用原料成本低廉且环保，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域。具体来说，本发明涉及一种含碳超疏水膨胀土改良剂，以及使用含碳超疏水膨胀土改良剂来改良膨胀土的方法。

背景技术

膨胀土是一种具有较多裂隙和较大胀缩性质的地质体。膨胀土粘土成分主要由强亲水性矿物蒙脱土与伊利石组成，它们吸水时膨胀，失水时收缩，使得膨胀土发生反复变形。膨胀土的这些性质对工程建筑物等有严重的破坏作用，因此需要改良膨胀土来降低膨胀土的膨胀性。

目前，改良膨胀土的方法主要可分为物理改良方法和化学改良方法。物理改良方法之一是在膨胀土表面涂覆超疏水涂料，使得大气中的水分不能进入膨胀土。但现有的超疏水涂料成本高昂，耐候性差，且包括污染环境的氟元素等。化学改良方法之一是通过化学试剂与膨胀土之间发生离子交换来永久改变膨胀土的晶层结构。但其不足之处在于见效时间慢，且所使用的化学试剂或多或少会带来环境污染的问题，因此用量受到限制。

为此，本领域仍然需要开发一种兼有物理改良方法和化学改良方法的优点且弥补它们各自不足的环保膨胀土改良剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉的环保含碳超疏水膨胀土改良剂。所述含碳超疏水膨胀土改良剂主要包括超疏水碳材料、磁性离子液体以及环保型淀粉基粘合剂。所述超疏水碳材料可通过糖溶液与含硼固体酸的水热合成法来大量制备，其用于在膨胀土表面形成超疏水表面，使得大气中的水分等不能进入超疏水表面下方的膨胀土。磁性离子液体则与膨胀土发生离子交换，永久改变膨胀土的晶层结构，提高膨胀土的抗剪切强度。环保型淀粉基粘合剂用于增强超疏水碳材料与膨胀土之间的相容性，且同时增加膨胀土的抗剪切强度。通过物理改良方法和化学改良方法的联合作用，以及审慎地选择各种原料，本发明的含碳超疏水膨胀土改良剂可恒久有效地降低膨胀土的自由膨胀率，提高膨胀土的抗剪切强度，且不对环境造成污染。

本发明的目的还在于提供一种含碳超疏水膨胀土改良剂的使用方法。

为了实现上述目的，本发明提供下述技术方案。

在第一方面中，本发明提供一种含碳超疏水膨胀土改良剂，所述含碳超疏水膨胀土改良剂可包括：a)超疏水碳材料；b)磁性离子液体；以及c)环保型淀粉基粘合剂；其中，b)磁性离子液体的结构如下述结构式(I)所示：

在式(I)中，n＝11-15，X为Cl或Br。

在第一方面的一种实施方式中，所述超疏水碳材料可通过糖溶液与含硼固体酸的水热合成法来制备，其中所述糖溶液包括葡萄糖溶液、蔗糖溶液、淀粉溶液或它们的组合，且其中所述含硼固体酸包括硼酸。

在第一方面的另一种实施方式中，所述环保型淀粉基粘合剂可通过氧化淀粉、改性蛋白、聚乙烯醇和柠檬酸的反应来制备，其中以所得环保型淀粉基粘合剂的总重量为基准计，所述环保型淀粉基粘合剂包括小于或等于10％的聚乙烯醇。

在第一方面的另一种实施方式中，所述淀粉可包括蜡质玉米淀粉、红薯淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉或它们的任意组合。

在第一方面的另一种实施方式中，相对于100重量份的a)超疏水碳材料，所述含碳超疏水膨胀土改良剂包括小于或等于50重量份的b)磁性离子液体以及小于或等于5重量份的c)环保型淀粉基粘合剂。