[发明专利]一种具有高无侧限抗压强度的土料

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种具有高无侧限抗压强度的土料。

背景技术

到目前为止，提高土的强度的方法主要有：夯实法，物理提高法，化学提高法，生物提高法。

(1)夯实法是将土压实到所要求的密度。夯实法费用低，但是有一定的试用性限制，它难以满足大型工程对地基强度的需要。

(2)物理提高法包括桩基础，土钉墙，加土工织物和向土中掺入砂砾石改变土的级配等方法。物理提高法施工简单，但施工条件、试用范围有限。

(3)化学提高法是向土中掺离子土壤固化剂、复合型固化剂2大类型。离子土壤固化剂与土相互作用，将粘土矿物内部吸附水去除，使土由亲水性变成憎水性，在常规压实机械碾压后，能有效地改进土的工程性质；复合型土固化剂是指采用两种或两种以上化学物质按一定比例配合，形成一种新型土固化材料，改善土的物理力学性质，提高土的强度。

(4)生物提高法就是利用生物表面活性剂附着在粘土矿物的表面上可以使粘土矿物表面疏水化，降低液面张力，破环矿物表面水化膜或使之变薄，从而使粒间粘结力变大，土的抗剪强度提高。

(5)既有物理提高又有化学提高是指向土中掺无机结合材料，无机结合料是一种传统的固化材料，包括水泥、石灰和粉煤灰等，它们可单独使用，也可按一定的比例混合使用，通过水解和水化反应、离子交换和团粒化作用，改善土的工程性质。

归结以上5种方法土体强度的增长主要分为结构性改造和改性两大类，其中，改性方法中比较成熟的常用方法为石灰、水泥改良，这两种方法都是利用硅酸盐和铝的水化物与土颗粒相互间的胶结作用，随着胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，形成胶凝成分来胶结土壤、堵塞土壤的毛细结构，从而降低液限，增大土体的强度。但是水泥加固土受土类别限制，对塑性指数高的粘土、有机土及盐渍土等土类，加固效果不理想；石灰土强度发展缓慢且水稳性相对较差，石灰固化体的强度与石灰的掺入比在一定范围内成正比，若掺量超出某一范围，加固土的强度反而降低；石灰粉煤灰加固土早强性差，直接影响施工进度及质量。为了满足现代工程对地基强度日益增长的需求，国内外学者从不同途径提出了大量添加剂的方法。

纳米材料是指颗粒尺寸在纳米量级(1nm～100nm)的超细材料，由于其小尺寸而具有特殊的结构特征，并产生了四大效应：尺寸效应、量子效应(宏观量子隧道效应)、表面效应和界面效应，使之成为当今材料科学领域研究的热点，被科学家们誉为“21世纪最有前途的材料”。但是目前利用纳米材料提高土体强度的研究成果相对较少，纳米氧化物对土体改性的研究则更少，对其加固机理尚不清晰，且对土样含水量和纳米材料掺量对改性效果的影响尚不清楚，因此开展纳米材料改性土的研究显得尤为重要。

纳米三氧化二铝（简称NA）作为纳米氧化物的一种,其基本参数为，比表面积（8±5）m²／g，平均粒径为30nm，质量分数大于99.99％，对其研究工程应用意义重大，成果可为纳米氧化物更好地应用于土改性研究提供工程参考价值。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了加固效果理想，制备简单方便的具有高无侧限抗压强度的土料。

技术方案：本发明提供一种具有高无侧限抗压强度的土料，其特征在于：所述土料包括混合土和水，所述水的重量为混合土重量的8.2%-18.8%，其中混合土包括如下组分：纳米三氧化二铝1-6%、干土94-99%，以上百分数均为质量百分数。

进一步，所述加入的纳米三氧化二铝优选为4%，因为这样土料的无侧限抗压强度提高非常显著。

进一步，所述纳米三氧化二铝的比表面积（8±5）m²／g，平均粒径为30n m，质量分数大于99.99％。

工作原理：本发明在干土中加入一定质量的NA，由于NA的颗粒细小，表面晶格结构不同于常规结构，表面原子数增多，部分Al-O键出现断裂，具有残键，故其具有一定的化学活性。NA能改变土颗粒之间的键合作用，形成粘土颗粒之间的新的胶结，从而减少粘土的孔隙数量和尺寸，能够将较大的土团粒进一步结合起来，并封闭各团粒之间的孔隙，形成整体联结，这种粘土微观结构的改善能提高土体的力学性能和耐久性，但这种结构致密的硬化体的强度主要来源于结构的粘结，本身的刚性较大，表现为刚度和脆性的增大。

而且NA具有很高的亲水性，其比表面积大约8m²/g，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，NA能够吸附土中的自由水，使其成为颗粒表面的吸附水，这种吸附作用有利于土体强度的提高。