膨脹土防水材料在土木工程中的施工應用

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,裂縫的產(chǎn)生、路基局部變形等地質(zhì)變化都是有可能的,嚴重甚至導致坡體不穩(wěn)固。作為一種礦產(chǎn)資源,膨脹土防水材料是化工領域的重要資源之一,并發(fā)揮其重要價值,例如護壁材料、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。

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)世紀時代而劃分,其中侏羅紀之前的時代的膨脹土材質(zhì)大部分屬于原生火山巖風化型,而沉積類型多分布在第三紀、第四紀時代。同時,以河流-湖泊為主的類型是巖相的主要形態(tài),地質(zhì)構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化、搬運沉積等物理運動后形成的蒙脫石、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)生化學作用后經(jīng)由搬運、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)生的間層結構而成的。

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。間層結構的產(chǎn)生原理是根據(jù)蒙脫石與其他黏土礦物在化學作用下形成的,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,同時在外表也有蠟脂光澤的效果。結構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,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,使其在廣大的領域中得到普遍的應用與發(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特征；第一,具有較強的膨脹性。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)過測試可達百分之四十到百分之一百。同時,吸附性的作用大離不開自身的表面積比例這一關系,高達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)生了化學變化,而是因為膠體狀態(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。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)生離子反應可在層間中自由進出。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于這些黏土物質(zhì)。膨脹土防水材料的強度變化不會隨著重塑土的變化而降低,經(jīng)由時間的沉淀自行提升為原狀土所規(guī)定的強度水平。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化作用的要求,不易產(chǎn)生化學變化等。

4 土木工程對于膨脹土防水材料的運用

隨著城市的快速發(fā)展,經(jīng)濟在不斷提升效益,同時環(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,應該從污染防滲這一關鍵出發(fā)。天然防滲材料黏土是防滲的有效材料,另外復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以及防滲效果好等優(yōu)勢備受廣大群眾青睞,廣泛運用到各個領域之中,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雜的建設項目,渠道是一種建筑物形式而存在。復合土工膜材料配合混凝土襯砌板這一使用時目前渠道最為廣泛使用的材料,但費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,不僅可以降低建設成本,也可以起到防滲效果。

5 結束語

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)點有許多,因此被廣泛運用到各個領域之中。膨脹土也有不足之處,在運用到水利工程、土木工程等不同工程項目中,應該避免膨脹土的不足,充分發(fā)揮它的使用價值。