膨脹土防水材料在土木工程中的施工應(yīng)用

廖駿翔

(信豐鼎盛建筑有限公司,江西 贛州 341600)

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(wú)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(chǎng)、沙漠的隔污材料等,陶瓷制造的主要材料來(lái)源也有膨脹土防水材料的存在。

1 地質(zhì)的形成根源

在全球各地,膨脹土防水材料的來(lái)源地豐富多樣,并且其品種類型也是多種多樣。就以我國(guó)為例,華北、華南以及東北都是膨脹土防水材料的來(lái)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(guò)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(shuō)是通過(guò)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(zhǎng)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(yáng)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(guò)渡類型膨脹土等都是依據(jù)蒙脫石的可交換性陽(yáng)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(guò)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。

圖2 膨脹土

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(jiàn)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(duì)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(yáng)的直射下易過(guò)于干燥而開(kāi)裂。但自身的優(yōu)勢(shì)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(duì)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(guò)測(cè)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(kāi)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(rùn)滑性、黏稠性等功能。其他礦物質(zhì)經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(rùn)滑性的特征是根據(jù)古代歷史記載所得,古代的馬車(chē)輪、鉆孔施工等都需要采用潤(rùn)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(duì)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(guò)大,可將膨脹土防水材料適量添加其中來(lái)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(yáng)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(duì)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(duì)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(duì)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(wèn)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(guò)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(shì)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(kù)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(yǔ)

簡(jiǎn)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。