水玻璃改良膨脹土的室內試驗研究

膨脹土是一種富含親水性黏土礦物、吸水膨脹軟化、失水收縮硬裂的高塑性黏性土。它有著多裂隙性、超固結性、強烈脹縮性、崩解性、風化特性、強度衰減性等不良的工程特性。由于膨脹土分布廣泛，其不良工程特性造成的危害十分巨大。工程中處理膨脹土問題最常用的方法是化學改性，根據改性劑的不同，具體又可分為石灰改性、水泥改性、二灰土改性、改性劑改性等方法。硅酸鈉俗稱泡花堿，其化學分子式為Na2O·nSiO2,是一種水溶性硅酸鹽；其水溶液俗稱水玻璃。水玻璃具有粘結力強、強度較高，價格低廉、膠凝時間短、對環境污染小等優點;作為注漿材料它還具有可注漿性好、滲透速度快等優良工程性質。由于上述優良工程性質，它在諸多領域被廣泛應用，如充當建筑材料表面涂層、鉆井工程中穩定鉆井井壁、與CaCl2混合加固土壤等。

在巖土工程領域，水玻璃被用于黏性土的改性。中外學者對其改性機理與改性效果進行了研究。研究發現了水玻璃固化黃土的機理與固化效果；從微觀角度出發，通過XRD、電鏡掃描等方式，研究了水玻璃固化黏土礦物的機理。他認為固化機理在于水玻璃可水解產生硅酸凝膠，硅酸凝膠進一步縮聚與土顆粒組成團粒，團粒具有較高整體性與強度；同時硅酸凝膠充填于土顆?？紫吨?，也能提高土體強度；從黏土礦物中蒙脫石的晶體結構入手,分析分為，由于蒙脫石晶層端面帶正電荷，水玻璃水解產生的硅酸根離子充填于蒙脫石晶層端面，堵塞了水進出的通道，對蒙脫石的親水性起到了一定抑制作用；試驗研究了水玻璃與黏土礦物表面的反應；進行對比水玻璃單摻與水玻璃與CaCl2、水泥、乙酸乙酯漿液等復摻的改性效果，研究結果表明：單摻水玻璃對黏土力學性質有一定提升，但是相較單摻，復摻能起到更好的固化效果；用氯化鈣、氯化鋁、陽離子型聚丙烯酰胺和十六烷基三甲基溴化銨4種物質與水玻璃復配，通過試驗研究了復配改性的摻量與比例。膨脹土是一種富含親水性黏土礦物的土體，考慮到水玻璃對黏土礦物的改性作用，水玻璃對膨脹土的改性作用便具有一定的研究價值，而目前國內外對此研究較少。

通過對水玻璃改良土進行的液塑限、擊實、自由膨脹率、無荷膨脹率、干濕循環、直剪等室內試驗，研究得出結論。經過水玻璃改良后的膨脹土，塑性指數有明顯降低，液限隨水玻璃摻量的增加，可見水玻璃對膨脹土的親水性有明顯的改善，這對抑制膨脹土的脹縮性有很大的幫助，從自由膨脹率、無荷膨脹率以及水穩試驗的結果來看，水玻璃改良土的脹縮性得到很好地抑制。經過水玻璃改良后的膨脹土，強度隨摻量的增加有明顯的提高，其中水玻璃的摻入對黏聚力的增加尤為明顯。水玻璃改良的擊實曲線更為平滑，更易于施工中控制含水率進行壓實。