膨胀土防水材料在土木工程中的施工应用

廖骏翔

(信丰鼎盛建筑有限公司,江西 赣州 341600)

在许多土木工程中,由膨胀土防水材料作为主体的地质体是最为容易发生危害的地质之一,膨胀土防水材料的构成原理是具备收缩与膨胀双重性质的黏土材质。较大规模的滑坡一般发生在高边坡或者低边坡等坡体,无论是隆起,还是变形等地质变化都会引起不同程度的滑坡现象。其次,路基在发生坍塌崩解时,裂缝的产生、路基局部变形等地质变化都是有可能的,严重甚至导致坡体不稳固。作为一种矿产资源,膨胀土防水材料是化工领域的重要资源之一,并发挥其重要价值,例如护壁材料、防渗材料、用于垃圾填埋场、沙漠的隔污材料等,陶瓷制造的主要材料来源也有膨胀土防水材料的存在。

1 地质的形成根源

在全球各地,膨胀土防水材料的来源地丰富多样,并且其品种类型也是多种多样。就以我国为例,华北、华南以及东北都是膨胀土防水材料的来源地。全球的地质变化可以根据世纪时代而划分,其中侏罗纪之前的时代的膨胀土材质大部分属于原生火山岩风化型,而沉积类型多分布在第三纪、第四纪时代。同时,以河流-湖泊为主的类型是岩相的主要形态,地质构造单元一般以凹陷盆地、断陷盆地为主要类型。

膨胀土防水材料是一种具有双重性质的黏土,经过不同程度的火山岩风化、搬运沉积等物理运动后形成的蒙脱石、伊利石等硅铝酸盐的矿物质。其次,膨胀土防水材料也可以说是通过海洋的风化作用,将原始的喷出岩、凝灰岩、火山灰等物质。再者,砂砾岩与水产生化学作用后经由搬运、沉积形成相互联系的矿物质。

2 膨胀土防水材料的类型

蒙脱石是膨胀土防水材料的主要成分。同时伊利石、绿泥石等地质是次要黏土矿物质。其中,绿泥石与蒙脱石经由特殊的混合作用后形成间层矿物,可分为不规则或是规则的形态。黄铁石、长石、石英等氧化物也是膨胀土防水材料的重要组成成分,火山碎屑以及易溶盐都是形成膨胀土防水材料必不可少的成分。

根据组成成分可将膨胀土防水材料分为三种类型,第一种是以蒙脱石交换阳离子的种类以及比例,第二种则是以蒙脱石层电荷高低为划分依据,最后一种是黏土矿物与蒙脱石相互作用产生的间层结构而成的。

根据第一种分类,钠基膨胀土、钙基膨胀土以及过渡类型膨胀土等都是依据蒙脱石的可交换性阳离子的各种因素进行的。第二种的划分类型可分为高低层电荷蒙脱石这两大类型。一般情况下,过渡类型的膨胀土防水材料在自然界以两种形态存在。间层结构的产生原理是根据蒙脱石与其他黏土矿物在化学作用下形成的,既有单矿物存在,也有相互交叠的黏土矿物存在。

图2 膨胀土

3 膨胀土的特征

膨胀土防水材料不仅在形态丰富多样,在颜色层次上也是多种多样的,一般有浅红、紫红、灰白色等不同颜色之分,同时在外表也有蜡脂光泽的效果。结构类型一般分为粉砂质、泥质等不同形态的膨胀土防水材料,肉眼可见的层次有致密块状、层状等。同时,膨胀土遇水易崩解且膨胀,而且对于水的吸附作用大。由于膨胀土防水材料的密度仅有约2g/cm3,所以在太阳的直射下易过于干燥而开裂。但自身的优势丰富,使其在广大的领域中得到普遍的应用与发展。

根据调查研究发现,膨胀土防水材料可分为以下几个特征；第一,具有较强的膨胀性。相比于其他种类的黏性土,膨胀土防水材料对于水的吸附作用更大,自身体积随着水的吸收程度加大而不断增加,膨胀率经过测试可达百分之四十到百分之一百。同时,吸附性的作用大离不开自身的表面积比例这一关系,高达800每克平方米的蒙脱石表面积有助于吸附水的作用。第二,具有较好的润滑性、黏稠性等功能。其他矿物质经过特殊作用的处理下与膨胀土防水材料容易产生具备黏性的其他矿物。其中,产生黏稠性的性能并不代表膨胀土防水材料自身发生了化学变化,而是因为胶体状态而使其变得更为浓稠。长期使用的膨胀土防水材料自身不会发生沉积沉淀的现象,始终保持连贯的泥浆状态。其次,润滑性的特征是根据古代历史记载所得,古代的马车轮、钻孔施工等都需要采用润滑剂。第三,塑性是膨胀土防水材料的主要特征之一。吸附性较强也使得膨胀土具备了较高的塑限与液限,顾名思义是指吸附力强。第四,具备较小的渗透作用。一般情况下,自然沉积的膨胀土防水材料相对于其他黏土具有更小的渗透指数,一般控制在10-6cm/s范围内。为了有效避免砂的渗透作用过大,可将膨胀土防水材料适量添加其中来降低指数。相比于纯砂地层,自然沉积的砂土混合地层的渗透作用更小。第五,蒙脱石的可交换阳离子作用。交换和吸附作用在等电量交换作用下可以可逆,水化离子中的水分子由于多层状的蒙脱石发生离子反应可在层间中自由进出。第六,触变性以及灵敏性。相对于其他的原状土以及重塑土下,膨胀土防水材料的灵敏度都要强于这些黏土物质。膨胀土防水材料的强度变化不会随着重塑土的变化而降低,经由时间的沉淀自行提升为原状土所规定的强度水平。第七,耐久性以及稳固性。土木工程对于黏土的使用规定是具有一定的承载力以及抗风化作用的要求,不易产生化学变化等。

4 土木工程对于膨胀土防水材料的运用

随着城市的快速发展,经济在不断提升效益,同时环境问题在日益凸显,例如居民生活垃圾增加、垃圾处理难度加大等。为了有效解决居民生活垃圾这一大难题,应该从污染防渗这一关键出发。天然防渗材料黏土是防渗的有效材料,另外复合土工膜与膨胀土经过一定的混合后形成更好的防渗物质。

膨胀土防水材料的吸附性强以及防渗效果好等优势备受广大群众青睐,广泛运用到各个领域之中,例如人工湖、水塘、水库等水利工程中。膨胀土泥浆注入在砂卵石地层能的内部中,可以有效降低透水的情况。

作为水利工程最为复杂的建设项目,渠道是一种建筑物形式而存在。复合土工膜材料配合混凝土衬砌板这一使用时目前渠道最为广泛使用的材料,但费用成本高是不足之处。若将其材料改为膨胀土防水材料,加以其他材料配合使用,不仅可以降低建设成本,也可以起到防渗效果。

5 结束语

简而言之,作为一种自然的矿产资源,膨胀土防水材料的优点有许多,因此被广泛运用到各个领域之中。膨胀土也有不足之处,在运用到水利工程、土木工程等不同工程项目中,应该避免膨胀土的不足,充分发挥它的使用价值。