[發明專利]一種利用納米氧化鎂提高土無側限抗壓強度的方法

有效

• 申請號: 201410714211.1
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104404946A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 高磊;任真;余湘娟
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02D3/12
• 分類號: E02D3/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉

技術領域

本發明涉及一中土體加固方法，具體涉及一種利用納米氧化鎂提高土無側限抗壓強度的方法。

背景技術

隨著我國經濟建設的快速發展，工程建設的需求量越來越大，建設規模要求越來越高，由于巖土工程地質條件的復雜性，天然土體的強度不能滿足實際工程需要，因此采用新材料來提高土體強度。納米材料是指粒徑在1~100mm間的單晶體或多晶體材料，由于晶粒的超細化，導致結構內有序區域范圍縮小，界面上原子數比例增大，缺陷密度增加，構成了其獨特的結構形態，因而它具有不同于傳統材料的物理化學特性，如小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等。納米材料的特殊效應使其在材料、能源、信息、生物等多個領域展現出良好的應用價值和空間。在土木工程應用領域中發現納米材料可以改善水泥基材料的微觀結構，促進水化作用，提高材料的抗壓、抗折強度和耐久性能。納米氧化鎂是一種已量產的納米材料，具有粒徑小、比表面積大等優點。具備不同于本體材料的光、電、磁、化學特性，而且硬度高、純度高、熔點高，目前主要應用在電子、催化、陶瓷、油品、涂料等領域。納米材料對天然土的強度影響研究，尚處于起步階段，納米材料對土強度性能的影響和作用機理需要深入的探究，因此將納米氧化鎂應用于改性粘土具有重要的實踐意義和工程參考價值。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種利用納米氧化鎂提高土無側限抗壓強度的方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的利用納米氧化鎂提高土無側限抗壓強度的方法，是在素土中摻入質量百分比為干土質量1%～6%的納米氧化鎂。

具體地，所述素土的含水率為10%～22%。

作為優選，所述納米氧化鎂的摻量為干土質量的6%，此摻量下土料的無側限抗壓強度提高最為顯著。

具體地，所述納米氧化鎂的平均晶粒尺寸為40nm，表面積為16m²/g，PH值為7.5。

發明原理：本發明在干土中加入一定質量的納米氧化鎂，由于其的顆粒細小，表面晶格結構不同于常規結構，表面原子數增多，部分Mg-O鍵出現斷裂，具有殘鍵，故其具有一定的化學活性。改變了土顆粒之間的鍵合作用，形成粘土顆粒之間的新的膠結，從而減少粘土的孔隙數量和尺寸，能夠將較大的土團粒進一步結合起來，并封閉各團粒之間的孔隙，形成整體聯結，這種粘土微觀結構的改善能提高土體的力學性能和耐久性，但這種結構致密的硬化體的強度主要來源于結構的粘結，本身的剛性較大，表現為剛度和脆性的增大。

而且納米氧化鎂具有很高的親水性，其比表面積大約16m²/g，因而產生很大的表面能，有強烈的吸附活性，能夠吸附土中的自由水，使其成為顆粒表面的吸附水，這種吸附作用也有利于土體強度的提高。

由于納米氧化鎂材料的平均粒徑40?nm，摻入濕土中后具有物理填充效應，這對減少土顆粒間的孔隙數量和尺寸，以及提高土體的結構強度有一定作用。

有益效果：本發明通過在粘土里摻入一定量的納米氧化鎂，能有效提高土體的無側限抗壓強度，將納米氧化鎂可作為粘土中的加固材料，在巖土工程實踐中具有廣闊的應用前景。

除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的優點外，本發明的一種利用納米氧化鎂提高土無側限抗壓強度的方法所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。

附圖說明

圖1是本發明實施例中納米氧化鎂摻量對土樣無側限抗壓強度的影響的折線圖；

圖2是本發明實施例中含水率對土樣無側限抗壓強度的影響的折線圖；

圖3?為本發明實施例中試樣S1-S7的無側限抗壓強度應力-應變曲線；

圖4為本發明實施例中試樣S8-S14的無側限抗壓強度應力-應變曲線；

圖5為本發明實施例中試樣S14-S21的無側限抗壓強度應力-應變曲線。

具體實施方式

實施例：

本實施例采用安徽宣城晶瑞新材料有限公司生產的納米氧化鎂（nano-MgO，簡稱NM），其基本參數為：白色細膩粉末狀固體，平均晶粒尺寸為40nm，表面積為16m2/g，PH值為7.5，其質量分數超過99.99%。本發明試驗所用土樣取自南京地區，其物理力學性質見表1，經分析，該試驗用土屬于低液限粉質粘土。

表1?粘土的物理性質