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膨脹土防水材料在土木工程中的應(yīng)用論文
摘要:相比于其他天然材料，膨脹土防水材料在土木工程占據(jù)較為重要的地位。膨脹土防水材料經(jīng)過合理的開發(fā)或者拓展，可以將環(huán)境效益以及經(jīng)濟(jì)效益雙騎并下。
關(guān)鍵詞:膨脹土防水材料;滲透性;吸附性;潤滑性
在許多土木工程中，由膨脹土防水材料作為主體的地質(zhì)體是最為容易發(fā)生危害的地質(zhì)之一，膨脹土防水材料的構(gòu)成原理是具備收縮與膨脹雙重性質(zhì)的黏土材質(zhì)。較大規(guī)模的滑坡一般發(fā)生在高邊坡或者低邊坡等坡體，無論是隆起，還是變形等地質(zhì)變化都會(huì)引起不同程度的滑坡現(xiàn)象。其次，路基在發(fā)生坍塌崩解時(shí)，裂縫的產(chǎn)生、路基局部變形等地質(zhì)變化都是有可能的，嚴(yán)重甚至導(dǎo)致坡體不穩(wěn)固。作為一種礦產(chǎn)資源，膨脹土防水材料是化工領(lǐng)域的重要資源之一，并發(fā)揮其重要價(jià)值，例如護(hù)壁材料、防滲材料、用于垃圾填埋場、沙漠的隔污材料等，陶瓷制造的主要材料來源也有膨脹土防水材料的存在。在許多土木工程中，由膨脹土防水材料作為主體的地質(zhì)體是最為容易發(fā)生危害的地質(zhì)之一，膨脹土防水材料的構(gòu)成原理是具備收縮與膨脹雙重性質(zhì)的黏土材質(zhì)。較大規(guī)模的滑坡一般發(fā)生在高邊坡或者低邊坡等坡體，無論是隆起，還是變形等地質(zhì)變化都會(huì)引起不同程度的滑坡現(xiàn)象。其次，路基在發(fā)生坍塌崩解時(shí)，裂縫的產(chǎn)生、路基局部變形等地質(zhì)變化都是有可能的，嚴(yán)重甚至導(dǎo)致坡體不穩(wěn)固。作為一種礦產(chǎn)資源，膨脹土防水材料是化工領(lǐng)域的重要資源之一，并發(fā)揮其重要價(jià)值，例如護(hù)壁材料、防滲材料、用于垃圾填埋場、沙漠的隔污材料等，陶瓷制造的主要材料來源也有膨脹土防水材料的存在。圖1高邊坡的示意圖
1地質(zhì)的形成根源
在全球各地，膨脹土防水材料的來源地豐富多樣，并且其品種類型也是多種多樣。就以我國為例，華北、華南以及東北都是膨脹土防水材料的來源地。全球的地質(zhì)變化可以根據(jù)世紀(jì)時(shí)代而劃分，其中侏羅紀(jì)之前的時(shí)代的膨脹土材質(zhì)大部分屬于原生火山巖風(fēng)化型，而沉積類型多分布在第三紀(jì)、第四紀(jì)時(shí)代。同時(shí)，以河流－湖泊為主的類型是巖相的主要形態(tài)，地質(zhì)構(gòu)造單元一般以凹陷盆地、斷陷盆地為主要類型。膨脹土防水材料是一種具有雙重性質(zhì)的黏土，經(jīng)過不同程度的火山巖風(fēng)化、搬運(yùn)沉積等物理運(yùn)動(dòng)后形成的蒙脫石、伊利石等硅鋁酸鹽的礦物質(zhì)。其次，膨脹土防水材料也可以說是通過海洋的風(fēng)化作用，將原始的噴出巖、凝灰?guī)r、火山灰等物質(zhì)。再者，砂礫巖與水產(chǎn)生化學(xué)作用后經(jīng)由搬運(yùn)、沉積形成相互聯(lián)系的礦物質(zhì)。
2膨脹土防水材料的類型
蒙脫石是膨脹土防水材料的主要成分。同時(shí)伊利石、綠泥石等地質(zhì)是次要黏土礦物質(zhì)。其中，綠泥石與蒙脫石經(jīng)由特殊的混合作用后形成間層礦物，可分為不規(guī)則或是規(guī)則的形態(tài)。黃鐵石、長石、石英等氧化物也是膨脹土防水材料的重要組成成分，火山碎屑以及易溶鹽都是形成膨脹土防水材料必不可少的成分。根據(jù)組成成分可將膨脹土防水材料分為三種類型，第一種是以蒙脫石交換陽離子的種類以及比例，第二種則是以蒙脫石層電荷高低為劃分依據(jù)，最后一種是黏土礦物與蒙脫石相互作用產(chǎn)生的間層結(jié)構(gòu)而成的。根據(jù)第一種分類，鈉基膨脹土、鈣基膨脹土以及過渡類型膨脹土等都是依據(jù)蒙脫石的可交換性陽離子的各種因素進(jìn)行的。第二種的劃分類型可分為高低層電荷蒙脫石這兩大類型。一般情況下，過渡類型的膨脹土防水材料在自然界以兩種形態(tài)存在。間層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生原理是根據(jù)蒙脫石與其他黏土礦物在化學(xué)作用下形成的，既有單礦物存在，也有相互交疊的黏土礦物存在。
3膨脹土的特征
膨脹土防水材料不僅在形態(tài)豐富多樣，在顏色層次上也是多種多樣的，一般有淺紅、紫紅、灰白色等不同顏色之分，同時(shí)在外表也有蠟脂光澤的效果。結(jié)構(gòu)類型一般分為粉砂質(zhì)、泥質(zhì)等不同形態(tài)的膨脹土防水材料，肉眼可見的層次有致密塊狀、層狀等。同時(shí)，膨脹土遇水易崩解且膨脹，而且對于水的吸附作用大。由于膨脹土防水材料的密度僅有約2g/cm3，所以在太陽的直射下易過于干燥而開裂。但自身的優(yōu)勢豐富，使其在廣大的領(lǐng)域中得到普遍的應(yīng)用與發(fā)展。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，膨脹土防水材料可分為以下幾個(gè)特征;第一，具有較強(qiáng)的膨脹性。相比于其他種類的黏性土，膨脹土防水材料對于水的吸附作用更大，自身體積隨著水的吸收程度加大而不斷增加，膨脹率經(jīng)過測試可達(dá)百分之四十到百分之一百。同時(shí)，吸附性的作用大離不開自身的表面積比例這一關(guān)系，高達(dá)800每克平方米的蒙脫石表面積有助于吸附水的作用。第二，具有較好的潤滑性、黏稠性等功能。其他礦物質(zhì)經(jīng)過特殊作用的處理下與膨脹土防水材料容易產(chǎn)生具備黏性的其他礦物。其中，產(chǎn)生黏稠性的性能并不代表膨脹土防水材料自身發(fā)生了化學(xué)變化，而是因?yàn)槟z體狀態(tài)而使其變得更為濃稠。長期使用的膨脹土防水材料自身不會(huì)發(fā)生沉積沉淀的現(xiàn)象，始終保持連貫的泥漿狀態(tài)。其次，潤滑性的特征是根據(jù)古代歷史記載所得，古代的馬車輪、鉆孔施工等都需要采用潤滑劑。第三，塑性是膨脹土防水材料的主要特征之一。吸附性較強(qiáng)也使得膨脹土具備了較高的塑限與液限，顧名思義是指吸附力強(qiáng)。第四，具備較小的滲透作用。一般情況下，自然沉積的膨脹土防水材料相對于其他黏土具有更小的滲透指數(shù)，一般控制在10－6cm/s范圍內(nèi)。為了有效避免砂的滲透作用過大，可將膨脹土防水材料適量添加其中來降低指數(shù)。相比于純砂地層，自然沉積的砂土混合地層的滲透作用更小。第五，蒙脫石的可交換陽離子作用。交換和吸附作用在等電量交換作用下可以可逆，水化離子中的水分子由于多層狀的蒙脫石發(fā)生離子反應(yīng)可在層間中自由進(jìn)出。第六，觸變性以及靈敏性。相對于其他的原狀土以及重塑土下，膨脹土防水材料的靈敏度都要強(qiáng)于這些黏土物質(zhì)。膨脹土防水材料的強(qiáng)度變化不會(huì)隨著重塑土的變化而降低，經(jīng)由時(shí)間的沉淀自行提升為原狀土所規(guī)定的強(qiáng)度水平。第七，耐久性以及穩(wěn)固性。土木工程對于黏土的使用規(guī)定是具有一定的承載力以及抗風(fēng)化作用的要求，不易產(chǎn)生化學(xué)變化等。
4土木工程對于膨脹土防水材料的運(yùn)用
隨著城市的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)在不斷提升效益，同時(shí)環(huán)境問題在日益凸顯，例如居民生活垃圾增加、垃圾處理難度加大等。為了有效解決居民生活垃圾這一大難題，應(yīng)該從污染防滲這一關(guān)鍵出發(fā)。天然防滲材料黏土是防滲的有效材料，另外復(fù)合土工膜與膨脹土經(jīng)過一定的混合后形成更好的防滲物質(zhì)。膨脹土防水材料的吸附性強(qiáng)以及防滲效果好等優(yōu)勢備受廣大群眾青睞，廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域之中，例如人工湖、水塘、水庫等水利工程中。膨脹土泥漿注入在砂卵石地層能的內(nèi)部中，可以有效降低透水的情況。作為水利工程最為復(fù)雜的建設(shè)項(xiàng)目，渠道是一種建筑物形式而存在。復(fù)合土工膜材料配合混凝土襯砌板這一使用時(shí)目前渠道最為廣泛使用的材料，但費(fèi)用成本高是不足之處。若將其材料改為膨脹土防水材料，加以其他材料配合使用，不僅可以降低建設(shè)成本，也可以起到防滲效果。
5結(jié)束語
簡而言之，作為一種自然的礦產(chǎn)資源，膨脹土防水材料的優(yōu)點(diǎn)有許多，因此被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域之中。膨脹土也有不足之處，在運(yùn)用到水利工程、土木工程等不同工程項(xiàng)目中，應(yīng)該避免膨脹土的不足，充分發(fā)揮它的使用價(jià)值。
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