文摘

聚醋酸乙烯酯构成的一类聚合物,可以完全溶于水,形成一个解决方案。在这项研究中,聚醋酸乙烯酯作为一种非传统的化学稳定剂是用于土壤改良。实验室检测的影响进行了评价聚醋酸乙烯酯在swelling-shrinkage膨胀土的性质。一系列的收缩/膨胀测试与添加聚醋酸乙烯酯修正案进行浓度3 g / cm³四个总大小的范围0 - 0.5毫米,0.5 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 5毫米,5个浓度1.5克/厘米³,3 g / cm³,4.5克/厘米³6克/厘米³和9克/厘米³土壤与骨料粒度在0.5 - 1毫米的范围比较的结果与未经处理的土壤。结果表明,所有的线性溶胀比(LSWR)和线性收缩率(LSHR)值的处理标本减少。SEM图像和测试结果表明达到了减少土壤测试使用土壤孔隙的填充体积变化和粒子封装。

1。介绍

Swelling-shrinkage粘质土壤由于水的水分是一个问题在许多气候和土壤区域干湿交替的特征(1,2]。通常,矿物组成,体积分数的土壤,土壤总量的维度,和土壤理化环境的主要因素,影响土壤的shrinkage-swelling潜力。土壤中粘土矿物的水化特性和表面力的相互作用包括颗粒间的吸引力和排斥力在胶体层面影响粘土的体积变化。更多的惰性土壤颗粒的存在如沙子,淤泥在现实土壤承认但经历卷的粘土功能变化的反应。粘性土稳定方法必须解决粘土颗粒之间的相互作用。膨胀土稳定措施的根本目标是改变之间的平衡力量的交互通过引入离子/分子土壤稳定剂或改变的环境条件。按照推动[3]介绍了粘土膨胀理论,认识到存在双扩散层的离子在粘土颗粒水条件。另一个特点是液体和物质的访问在粘土夹层空间水晶肿胀。这一理论经常被用作现象学和定量解释的基础(4- - - - - -7]。因此,土壤稳定物质能够抑制粘土膨胀和收缩的扩张和收缩减少夹层空间通过结合粘土粒子在其外部表面。

最近,水性聚合物提供这些函数分析了合适的物理化学条件下的稳定剂控制swelling-shrinkage粘质土壤的8- - - - - -11]。各种各样的聚合物水溶液的研究(12- - - - - -19]。这些分析通常评估聚合物潜在使用粉尘抑制剂,防侵蚀代理和裂纹抑制剂在废物容器屏障材料。吸附水分子之间的相互作用和粘土表面也被研究过。表面活性剂之间的相互作用和表面活性聚合物类似于混合胶束的形成。琼森et al。20.)解释说,在固体聚合物吸附主要是不可逆转的由于脱胶所需的高能级的分子固体。Bae和Inyang21)解释了水性聚合物对粘土干燥的影响,从蒙脱石表面进行解决方案可以阻碍液体损失可能的对尘埃代暴露粘质土壤的影响。刘等人。22]发现粘土总量的水稳定性提高了成键与水性聚合物粘土表面,和土壤聚合物稳定剂的能力取决于土壤团聚体的膜结构表面。阿赞(23]聚合物纳米复合材料用作局部土壤稳定剂来降低膨胀土的shrinkage-swelling潜力通过改变土壤的微观结构和改变粘土的结构。穆萨维et al。24)发现,土壤样本处理RPP表现出显著降低肿胀的潜力和肿胀压力相比,控制样品。基于上面提到的进步,众所周知,水性聚合物有很好的潜力作为土壤稳定剂在控制swelling-shrinkage的膨胀粘土质土壤。

一个新的水性高分子土壤稳定剂,命名为聚醋酸乙烯酯(PVA),介绍了研究论文。为了评估的效果使用PVA作为土壤稳定剂控制膨胀的swelling-shrinkage粘质土壤,未经处理的肿胀试验和收缩试验和治疗的粘性土具有不同的聚合进行。此外,文中分析了土壤结构改性机理。

2。实验

2.1。材料

PVA是一种有机水性高分子土壤稳定剂。它的主要组件是acetic-ethylene-ester聚合物。它包含大量-OOCCH₃官能团。聚醋酸乙烯酯的重要物理化学性质给出了表1。它的pH值6 - 7,固体含量为41%,比重为1.05克/厘米³和粘度为400 Mpa·s。作为一种新型的土壤稳定材料用于控制粘性土的swelling-shrinkage、PVA具有以下主要优点:(i)它是一种水溶性物质,可以稀释至不同浓度;(2)PVA土壤稳定剂的存在可以形成一个弹性和粘性膜在土壤表面的自然情况;(3)它是一种环保产品,很容易以低成本生产。

广阔的粘质土壤中使用本研究从南京地区,获得中国。土样的液限52.6%,塑性指数为19.7,比重为2.73,最佳含水量15.4%的体重,和最大干密度1.71克/厘米³。膨胀土的粒度分布曲线如图1。土壤样品的矿物组成进行了测试由x射线衍射(XRD)和百分比的蒙脱石,高岭石,伊利石和75.4,13.5和10%,分别。它有一个41.66米的比表面²/ g的骨料粒度小于0.5毫米。自由膨胀率是53%,被认为是一个低膨胀土。膨胀土的自由膨胀率与自由膨胀测量测试。这个测试的总大小是小于0.5毫米。增加体积和原始体积的比值的样本被定义为自由膨胀率。

2.2。准备的土壤样品

土壤样本第一次烘干的和骨料的四组是通过四个不同的筛子。室温约为25°C在测试过程。四种骨料大小如下:(i)低于0.5毫米;(2)0.5 - 1毫米;(3)1 - 2毫米;及(iv) 2 - 5毫米。PVA浓度的解决方案准备1.5克/厘米³,3 g / cm³,4.5克/厘米³6克/厘米³和9克/厘米³通过溶解完全适当数量的蒸馏水。随后,PVA溶液浓度的3 g / cm³被选为研究土壤团聚体大小影响膨胀和收缩行为。每组的总量是与母公司的16.7%按重量混合土壤准备不同的土壤团聚体的样品。0.5和1毫米之间的总增益大小选择研究土壤swelling-shrinkage聚合物浓度的影响。土壤(0.5 - 1毫米)与每个解决方案的混合比例的16.7%重量的土壤使不同掺合料的膨胀和收缩测试。土壤混合用同样重量的水被用来控制所有的测试组。

样本准备静态压缩方法。测试符合中国的国家标准岩土测试是基于ASTM标准。干密度是1.3克/厘米³。应该指出,采用两层压实土壤密度相对均匀的内直径61.8毫米,高度20毫米。此后,标本风干约25°C 24小时使用的膨胀和收缩测试。

2.3。膨胀和收缩试验

中使用的设备类型的膨胀和收缩试验研究WZ-2膨胀计(图2)和SS-1收缩仪(图3),分别。WZ-2膨胀计用于确定粘土的扩张在浸泡和扩张后水分含量和稳定。它主要由环刀,调节调节螺丝和通货膨胀证明导环。SS-1收缩仪是用来确定收缩极限含水率,身体收缩,收缩系数测定粘土脱水过程。它由主体和推掉了一部分。主体由底板、看杆,表夹和多孔板。推土部分是由导环、环刀、定位环,并推动。

在肿胀试验,每个标本都是准备样品盒的边缘61.8毫米内径和20毫米的高度。然后,膨胀计是浸在水里,水位保持5毫米高于土壤标本。在标本浸泡在水中,继续扩大了好几天,肿胀的高度被高度指示器记录在特定的时间间隔。在没有进一步的变化高度的土壤标本,最后一个阅读。然后,最终膨胀高度的比值的初始高度20毫米计算每个样本。达到最大肿胀的平均时间约为7天。使用线性溶胀比评估土壤肿胀,按照下列公式计算: 被定义为线性溶胀比(LSWR)浸泡时间(%),是在浸泡时间指示器的阅读的(毫米),是最初的阅读指标(mm)。

收缩试验,试样设置后,收缩仪受到温度约25°C。观察标本的高度与水蒸发减少,这种减少的大小是由高度指示器记录在特定的时间间隔。最后的阅读,没有进一步的变化高度记录计算线性收缩率,,使用 被定义为线性收缩率(LSHR),是初始高度的指示器(毫米),然后呢是最后的高度读数(毫米)。

3所示。结果与讨论

3.1。骨料粒度对Swelling-Shrinkage属性

膨胀和收缩测试的结果进行膨胀土含有不同的总大小给出表2和3和数字4- - - - - -7。膨胀和收缩表达的线性膨胀率(LSWR)和线性收缩率(LSHR),分别为之前定义。LSWR标本的增量的比例是高初始高度和LSHR减量的高度比最初的高度。LSWR浸泡时间的变化如表所示2和图4。见表2,所有的LSWR值标本处理浓度3 g / cm³聚合物的比未经处理的标本用相同的时间。显然图所示4在所有情况下,最大的跳跃LSWR发生在第一个30分钟和LSWR值5小时后显示一个相对稳定的值。7天的LSWR选为最终价值分析骨料粒度对膨胀率的影响。

数据5和6说明了骨料粒度对LSWR LSHR,分别。观察图5,LSWR处理和未经处理的土壤增加而增加的总大小超过1毫米。LSHR数据表现出相反的往往对集料尺寸。为收缩测试的结果见表3PVA的LSHR标本比未经处理的处理。对标本的LSHR总大小0 - 0.5毫米,0.5 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 5毫米是56.48%,44.18%,49.65%,和45.50%的未经处理的。见图6,治疗和治疗的LSHR标本减少与增加的总大小。此外,LSWR的相对减少和LSHR不同骨料粒度的标本呈现在图7。这是观察到的相对减少LSWR和LSHR都在所有土壤大于40%。各自的最大值(LSHR LSWR为55.11%和55.82%)是土壤标本中观察到的总大小的范围0.5 - 1毫米。

3.2。聚合物浓度对Swelling-Shrinkage属性

聚合物浓度的影响在膨胀和收缩特性的土壤总大小给出了表0.5 - 1毫米4和5和数字8- - - - - -10。如图所示,随着聚合物浓度的增加,LSWR和LSHR减少的值。LSWR LSHR和聚合物浓度的变化提出了数字8和9。他们表明,聚合物浓度中扮演一个重要的角色在控制swelling-shrinkage土壤的性质。与未经处理和治疗之间的值与浓度标本9克/厘米³,LSWR从12.61%减少到1.85%,LSHR从2.9%减少到0.87%,分别。

图10显示了相对减少LSWR和LSHR标本的不同聚合物浓度。很明显看到LSWR LSHR所有测试标本减少;的相对减少比率LSWR和LSHR随着聚合物浓度的增加而增加。标本处理的相对减少LSWR聚合物浓度1.5克/厘米³,3 g / cm³,4.5克/厘米³6克/厘米³和9克/厘米³达到38.07%、55.11%、71.05%、81.52%和85.33%,分别。的相对减少LSHR标本的不同浓度达到41.38%,55.82%,63.14%,68.46%,和69.88%,分别。这些结果表明,PVA可以有效地抑制膨胀土的膨胀和收缩。

4所示。机理分析

这项调查的结果表明,土壤团聚体和聚合物浓度影响膨胀和收缩的土壤不同的区段。水性聚合物稳定机制可以被描述为孔隙充填、物理化学反应,和分析。未经处理的土壤×450的SEM照片放大图所示11。它显示了存在许多空洞和骨料的未经处理的土壤。PVA溶液应用于粘性土时,聚合物材料的一部分填充空洞的土壤,如图12,部分排序到土壤团聚体表面,如图13。亲水集团(-OOCCH₃)在其分子结构与粘土粒子的吸附离子发生化学反应并创建物理化学聚合物分子之间的债券和土壤总量。债券的离子、氢或范德华品种。通过这些债券,长链大分子聚合物封装的总表面和周围连接形成弹性和粘性膜结构,减少土壤的swelling-shrinkage能力。

照片,使治疗和治疗土壤总量的比较如图所示14。如图所示,当土壤团聚体浸入水中,未经处理的土壤团聚体崩溃,但对土壤保持合理的结构很好。土壤坍塌,扩张是因为离子的双扩散层内粘土矿物和访问的液体和物质在粘土层间的空间。聚合物浓度较高,土壤有一个更大的成键和稳定保持结构相对完整,随着越来越多的聚合物分子穿透intra-aggregate毛孔和土壤表面封装。因此,水PVA聚合物降低了粘性土肿胀的潜力。减少肿胀比率随聚合物浓度的增加。

作为土壤的测试结果明显不同的总大小,土壤膨胀降低并不仅仅取决于聚合物的效果但是在现有的土骨架。当土壤团聚体大小小于1毫米,土壤膨胀主要是由于离子的扩散双电层。在这种情况下,较大的比表面积较小,双层的离子的影响就越大。相反,结果大于1毫米的土壤团聚体平均粒径有相反的趋势。土壤的结构骨架和更大的总影响土壤的肿胀。液体和其他物质进入到大孔隙和夹层空间在粘土膨胀可能导致整个土骨架的扩张。这种效果应该与骨料粒度的增加变得越来越重要,因此肿胀骨料粒度增加而增加未经处理和土壤处理。

随着土壤含水率的降低,离子的双层变得更薄,导致干燥收缩的土壤。聚合物的存在创造了土壤颗粒之间的网状膜结构。这个结构会抑制土壤颗粒的运动。与此同时,由于PVA浓度增加,绕组的概率和结合在聚合物分子之间的相互作用与土壤总量也增加,帮助形成更完整的膜结构的土壤。因此,土壤收缩减少由于PVA的存在,收缩率也随PVA浓度增加而减小。此外,考虑到比表面积随骨料粒度的增加,离子的已经薄或微不足道的双层变得薄与骨料粒度的增加。这就是为什么未经处理和土壤处理的收缩比率减少与骨料粒度的增加。

应该指出的是,本文只是限于选择PVA 3 g / cm³评估的影响土壤团聚体大小和土壤团聚体大小0.5 - 1毫米评价PVA浓度的影响。此外,PVA浓度应该调整,以满足不同的工程要求在实际的应用程序。

5。结论

这项调查的结果表明,PVA是有效控制土壤的膨胀和收缩的大小小于5毫米。土壤团聚体类和PVA浓度扮演了一个重要的角色在决定的大小影响swelling-shrinkage粘性土的特征调查。

从膨胀和收缩测试,观察土壤膨胀主要发生在5个小时后浸在水里。骨料粒度小于1毫米的线性膨胀率(LSWR)未经处理和土壤处理与骨料粒度的增加减少。然而,当总量大于1毫米,这种趋势逆转。的值LSWR和LSHR随着PVA浓度的增加而增加。SEM照片表明,PVA产生土壤通过孔隙填充网状膜结构,物理化学反应,和封装抑制土壤的膨胀和收缩。

这项研究的结果表明,可以使用PVA作为膨胀土的土壤稳定剂来控制体积变化在实际土壤稳定的项目。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(批准号41472241)和江苏省自然科学基金、中国(批准号BK20141415也没有。BK20151011)。