水玻璃改良膨胀土的室内试验研究

膨胀土是一种富含亲水性黏土矿物、吸水膨胀软化、失水收缩硬裂的高塑性黏性土。它有着多裂隙性、超固结性、强烈胀缩性、崩解性、风化特性、强度衰减性等不良的工程特性。由于膨胀土分布广泛，其不良工程特性造成的危害十分巨大。工程中处理膨胀土问题最常用的方法是化学改性，根据改性剂的不同，具体又可分为石灰改性、水泥改性、二灰土改性、改性剂改性等方法。硅酸钠俗称泡花碱，其化学分子式为Na2O·nSiO2,是一种水溶性硅酸盐；其水溶液俗称水玻璃。水玻璃具有粘结力强、强度较高，价格低廉、胶凝时间短、对环境污染小等优点;作为注浆材料它还具有可注浆性好、渗透速度快等优良工程性质。由于上述优良工程性质，它在诸多领域被广泛应用，如充当建筑材料表面涂层、钻井工程中稳定钻井井壁、与CaCl2混合加固土壤等。

在岩土工程领域，水玻璃被用于黏性土的改性。中外学者对其改性机理与改性效果进行了研究。研究发现了水玻璃固化黄土的机理与固化效果；从微观角度出发，通过XRD、电镜扫描等方式，研究了水玻璃固化黏土矿物的机理。他认为固化机理在于水玻璃可水解产生硅酸凝胶，硅酸凝胶进一步缩聚与土颗粒组成团粒，团粒具有较高整体性与强度；同时硅酸凝胶充填于土颗粒孔隙中，也能提高土体强度；从黏土矿物中蒙脱石的晶体结构入手,分析分为，由于蒙脱石晶层端面带正电荷，水玻璃水解产生的硅酸根离子充填于蒙脱石晶层端面，堵塞了水进出的通道，对蒙脱石的亲水性起到了一定抑制作用；试验研究了水玻璃与黏土矿物表面的反应；进行对比水玻璃单掺与水玻璃与CaCl2、水泥、乙酸乙酯浆液等复掺的改性效果，研究结果表明：单掺水玻璃对黏土力学性质有一定提升，但是相较单掺，复掺能起到更好的固化效果；用氯化钙、氯化铝、阳离子型聚丙烯酰胺和十六烷基三甲基溴化铵4种物质与水玻璃复配，通过试验研究了复配改性的掺量与比例。膨胀土是一种富含亲水性黏土矿物的土体，考虑到水玻璃对黏土矿物的改性作用，水玻璃对膨胀土的改性作用便具有一定的研究价值，而目前国内外对此研究较少。

通过对水玻璃改良土进行的液塑限、击实、自由膨胀率、无荷膨胀率、干湿循环、直剪等室内试验，研究得出结论。经过水玻璃改良后的膨胀土，塑性指数有明显降低，液限随水玻璃掺量的增加，可见水玻璃对膨胀土的亲水性有明显的改善，这对抑制膨胀土的胀缩性有很大的帮助，从自由膨胀率、无荷膨胀率以及水稳试验的结果来看，水玻璃改良土的胀缩性得到很好地抑制。经过水玻璃改良后的膨胀土，强度随掺量的增加有明显的提高，其中水玻璃的掺入对黏聚力的增加尤为明显。水玻璃改良的击实曲线更为平滑，更易于施工中控制含水率进行压实。