一種高膨脹低收縮率膨潤土及制備方法
【專利摘要】本發明提供一種高膨脹低收縮率膨潤土，在含水率10~20%的天然膨潤土中，混合有按質量比100:3~100:10的納米氧化硅。水分在天然膨潤土中均勻分布。納米氧化硅的平均粒徑為10~20nm。制備方法包括以下步驟：一、將天然膨潤土土樣風干過篩；二、在天然膨潤土中加入適量的水，配置到目標含水率；三、配置好的天然膨潤土密封養護8h以上；四、按設定的質量比將天然膨潤土與納米氧化硅混合均勻；通過以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤土。經試驗檢測，納米氧化硅能填充膨潤土內部孔隙，增大膨潤土內的蒙脫石晶體的體積，使壓實膨潤土的膨脹潛勢增大。壓實膨潤土失水時，不會發生顯著收縮，保證了壓實膨潤土在環境和水利工程中的防滲功能。
【專利說明】
一種高膨脹低收縮率膨潤土及制備方法
技術領域
[0001]
本發明涉及一種膨潤土制備領域，特別是一種高膨脹低收縮率膨潤土及制備方法。
【背景技術】
[0002]
我國的膨潤土資源極為豐富，廣泛應用于化工、醫藥、環境和水利工程等領域。在環境和水利工程中主要利用膨潤土的防滲和吸附特點，阻止水分和污染物的泄漏或迀移。現有研究表明，壓實膨潤土在吸水飽和后，其膨脹性不再增加，且飽和的壓實膨潤土在失水后會發生收縮開裂，以上特性會降低壓實膨潤土的防滲屏障功能。因此，需要發明一種既能提高膨潤土膨脹潛勢，又能降低膨潤土失水收縮的方法，即具有高膨脹率低收縮率特性的膨潤土。
[0003]現有技術中，主要通過三種方式調控壓實膨潤土的收縮性:1、添加石灰改性;2、添加水泥改性;3、添加高分子固化劑改性。上述方法在一定程度上能夠有效地抑制壓實膨潤土的脹縮性，但是這三種改性方式在抑制收縮率的同時，也抑制了膨脹率，從而不利于膨潤土的“自愈性能”發揮，即影響了膨潤土在環境和水利工程中的防滲能力。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種高膨脹低收縮率膨潤土及制備方法，能夠在抑制膨潤土收縮率的同時，保留膨潤土的膨脹潛勢，在環境和水利工程中具有良好的防滲和吸附效果。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種高膨脹低收縮率膨潤土，在含水率10?20%的天然膨潤土中，混合有按質量比100:3?100:10的納米氧化硅。
[0006]優選的方案中，水分在天然膨潤土中均勻分布。
[0007]優選的方案中，含水率為17.3?18%。
[0008]優選的方案中，天然膨潤土與納米氧化硅的質量比為100:4?100:8。
[0009]進一步優選的方案中，天然膨潤土與納米氧化娃的質量比為100:6。
[0010]優選的方案中，納米氧化硅的平均粒徑為10?20nm。
[0011 ]優選的方案中，納米氧化硅的平均粒徑為15nm。
[0012]一種上述的高膨脹低收縮率膨潤土的制備方法，包括以下步驟:
一、將天然膨潤土土樣風干過篩；
二、在天然膨潤土中加入適量的水，配置到目標含水率；
三、配置好的天然膨潤土密封養護Sh以上；
四、按設定的質量比將天然膨潤土與納米氧化硅混合均勻；
通過以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤土。
[0013]篩的孔徑為2mm。
[0014]利用壓樣器和千斤頂將混合后的膨潤土壓實制備成干密度為1.4±0.3g/cm3的塊狀。
[0015]本發明提供的一種高膨脹低收縮率膨潤土及制備方法，獲得的膨潤土產品與現有技術相比具有以下的優勢:
1、提高壓實膨潤土膨脹性效果好:本發明通過在壓實膨潤土內添加納米氧化硅，利用了納米氧化硅的分散性，經試驗檢測，納米氧化硅能填充膨潤土內部孔隙，增大膨潤土內的蒙脫石晶體的體積，使壓實膨潤土的膨脹潛勢增大。
[0016]2、提高壓實膨潤土力學強度:壓實膨潤土內部一些極為細小孔隙能被納米氧化硅顆粒填充，提高了壓實膨潤土的密實性，進而提高壓實膨潤土的抗壓強度。
[0017]3、保持了壓實膨潤土的化學穩定性:納米氧化硅對膨潤土只是物理作用的影響，并不會與膨潤土及其內部的水分發生化學反應，保證了膨潤土的化學穩定性、也確保了耐候性和耐腐蝕性。
[0018]4、抑制壓實膨潤土的收縮:由于納米氧化硅在壓實膨潤土內的填充作用，使壓實膨潤土失水時，不會發生顯著收縮，保證了壓實膨潤土在環境和水利工程中的防滲功能。
[0019]5綠色環保:本發明方法綠色環保，添加的納米氧化硅不會污染土體環境。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
圖1為未添加納米氧化硅的膨潤土的孔隙體積累計曲線。
[0021 ]圖2為未添加納米氧化硅的膨潤土的孔隙體積分布曲線。
[0022]圖3為本發明中添加納米氧化硅后的孔隙體積累計曲線。
[0023]圖4為本發明中添加納米氧化硅時的孔隙體積分布曲線。
[0024]圖5為本發明中膨潤土限制膨脹條件下的膨脹-收縮過程特征點。
[0025]圖6為本發明中膨潤土自由膨脹條件下的膨脹-收縮過程特征點。
【具體實施方式】
[0026]實施例1:
一種高膨脹低收縮率膨潤土，在含水率10?20%的天然膨潤土中，混合按質量比100:3?10的納米氧化硅。
[0027]制備方法，包括以下步驟:
一、將天然膨潤土土樣風干過篩;天然膨潤土的粒徑小于2mm;
二、在天然膨潤土中加入適量的水，配置到目標含水率；
三、配置好的天然膨潤土密封養護Sh以上;優選的方案中，將配置好的天然膨潤土放置在塑料袋內，密封養護12h，以使水分在天然膨潤土中均勻分布。
[0028]四、按設定的質量比將天然膨潤土與納米氧化硅混合均勻；
通過以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤土。
[0029]優選的篩的孔徑為2mm。
[0030]優選的方案中，含水率為17.3?18%。
[0031 ]優選的方案中，天然膨潤土與納米氧化娃的質量比為100:4?100:8。
[0032]進一步優選的方案中，天然膨潤土與納米氧化娃的質量比為100:6。
[0033]優選的方案中，納米氧化硅的平均粒徑為10?20nm。
[0034]進一步優選的方案中，納米氧化娃的平均粒徑為15nm。
[0035]利用壓樣器和千斤頂將混合后的膨潤土壓實制備成干密度為1.4±0.3g/cm3的塊狀。本例中采用厚度為5mm，直徑為61.8mm的圓餅狀試樣。
[0036]實施例2:
限制膨脹-收縮試驗:試驗儀器包括飽和器，抽真空儀、收縮儀、百分表以及濾紙和透水石。首先將實施例1中的膨潤土壓實試樣抽真空飽和十天左右，待試樣完全浸水飽和后取出試樣，用推土器將土樣推出，置于多孔板上，稱試樣和多孔板的質量，稱量精度至0.lg。然后裝好百分表，百分表的表頭接觸試樣表面，使表分表保持一定程度的預壓，記下初始讀數。在室溫不高于30°C條件下進行收縮試驗，根據試樣溫度及收縮速度，每隔4小時記錄百分表讀數，并稱量整套裝置和試樣質量，準確至0.1g。經過多天風干收縮，測量表分表讀數保持穩定不變，結束收縮試驗。
[0037]根據試驗結果，見圖5中，可以得到在限制膨脹條件下，沒有添加納米氧化硅的壓實膨潤土收縮穩定后體變率為-2.2%，收縮后試樣體積要比初始狀態的體積小，說明試樣發生了較大的收縮;而按照實施例1中的比例添加了納米氧化硅的壓實膨潤土，在收縮穩定后，體變率為3.9%，收縮后試樣體積比初始狀態體積大，說明試樣的收縮較小。試樣約束卸掉后，純膨潤土的回彈變形量18.8%，而添加納米氧化硅后回彈變形量25.6%。如圖2、4中所示，孔隙分布數據表明，納米氧化硅對試樣孔徑0.1μπι-10μπι范圍內的孔隙起到充填作用。可見，納米氧化硅具有調控膨潤土脹縮性的功能。本發明的產品尤其適用于環境和水利工程中。
[0038]實施例3:
自由膨脹-收縮試驗:試驗儀器包括膨脹儀、收縮儀、百分表以及濾紙和透水石。膨脹儀主要用于試樣的自由膨脹。將膨潤土壓實環刀樣固定在膨脹儀內，試樣上保持一個恒載，若試樣上部沒有荷載，試樣膨脹后表面會凹凸不平，不利于后續試驗的開展。即載荷使試樣膨脹后的表面保持平整即可。然后膨潤土壓實環刀樣浸水飽和十天左右，同限制膨脹收縮試驗過程進行收縮試驗。
[0039]從圖6中，可以得出自由膨脹條件下，壓實膨潤土浸水后發生顯著的膨脹，純膨潤土的膨脹率為148%，而添加6%的納米氧化硅以后，其膨脹率甚至高達187%。可見，添加的納米氧化硅可以增大膨潤土的膨脹潛能。如圖2、4中所示，孔隙分布數據表明，納米氧化硅對試樣孔徑0.1μηι-10μηι范圍內的孔隙起到充填作用。
[0040]上述的實施例僅為本發明的優選技術方案，而不應視為對于本發明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發明的保護范圍應以權利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案中技術特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內的等同替換改進，也在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:在含水率10?20%的天然膨潤土中，混合有按質量比100:3-100: 10的納米氧化硅。2.根據權利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:水分在天然膨潤土中均勻分布。3.根據權利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:含水率為17.3?18%。4.根據權利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:天然膨潤土與納米氧化硅的質量比為100:4?100:8。5.根據權利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:天然膨潤土與納米氧化硅的質量比為100:6。6.根據權利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:納米氧化硅的平均粒徑為 10~20nm。7.根據權利要求1所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土，其特征是:納米氧化硅的平均粒徑為15nm。8.—種權利要求1?7任一項所述的高膨脹低收縮率膨潤土的制備方法，其特征是包括以下步驟: 一、將天然膨潤土土樣風干過篩； 二、在天然膨潤土中加入適量的水，配置到目標含水率； 三、配置好的天然膨潤土密封養護Sh以上； 四、按設定的質量比將天然膨潤土與納米氧化硅混合均勻； 通過以上步驟得到高膨脹低收縮率膨潤土。9.根據權利要求8所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土的制備方法，其特征是:篩的孔徑為 2mm。10.根據權利要求8所述的一種高膨脹低收縮率膨潤土的制備方法，其特征是:利用壓樣器和千斤頂將混合后的膨潤土壓實制備成干密度為1.4±0.3g/cm3的塊狀。
【文檔編號】B01J20/12GK106000294SQ201610515772
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月4日
【發明人】談云志, 黃龍波, 明華軍, 汪洪星, 左清軍, 孫文靜
【申請人】三峽大學