專利名稱：廢棄鑄砂改良膨脹土的方法及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種膨脹土改良方法，具體涉及一種廢棄鑄砂的選取及提 高膨脹土強(qiáng)度和減小膨脹變形最佳摻量的方法。屬于地質(zhì)災(zāi)害處理及巖土工程 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
到目前為止，膨脹土改良方法主要有:夯實(shí)法、物理改良法、化學(xué)改良法、 保濕法、換土法和生物改良法。
(1) 夯實(shí)法是將膨脹土壓實(shí)到所要求的密度。夯實(shí)法費(fèi)用低，但是有一定的 適用性限制，它一般適用于弱膨脹土地基，夯實(shí)后的膨脹土地基干密度會(huì)增加， 而且凝聚力和內(nèi)摩擦角也增大，地基承載力提高。
(2) 物理改良法包括土釘墻，樁基礎(chǔ)，加土工織物和向膨脹土中摻入砂礫 石改變土的級(jí)配等方法。物理改性法施工簡(jiǎn)單，但施工條件、適用范圍有限。
(3) 化學(xué)改良方法是向土中摻無(wú)機(jī)鹽類或有機(jī)物質(zhì)等，通過(guò)催化活化土粒 表面反應(yīng)來(lái)改善水和土之間的相互作用，使土的性質(zhì)在水的影響下仍能達(dá)到既 定指標(biāo)，改善膨脹土的工程性質(zhì)。
(4) 保濕法是含水率的變化是引起膨脹土干縮濕脹的最直接的因素，保濕
法就是保持土中的含水率不變。
(5) 換土法是一種將地基下膨脹土挖去而換成普通土類或灰土的方法，這種 方法能徹底根治膨脹土造成的危害。
(6) 生物改良法就是利用生物表面活性劑附著在粘土礦物的表面上可以降 低液面張力和使粘土礦物表面疏水化，破壞礦物表面水化膜或使之變薄，從而 使粒間粘結(jié)力變大，土的抗剪強(qiáng)度提高，脹縮性減小。
(7) 既有物理改良又有化學(xué)改良方法是指在膨脹土中按一定比例摻入石灰、 水泥、粉煤灰、礦渣及其混合料，再加上一定量的活性催化劑促進(jìn)改良劑與土 的反應(yīng)穩(wěn)定土。
歸結(jié)以上7種方法膨脹土的改造主要有改性和結(jié)構(gòu)性改造兩大類,其中，改 性方法中比較成熟和常用的方法為石灰、粉煤灰改良，這兩種方法都是利用硅 酸鹽和鋁的水化物與土顆粒相互間的膠結(jié)作用，隨著膠結(jié)物逐漸脫水和新生礦 物的結(jié)晶作用，形成膠凝成分來(lái)膠結(jié)土壤、堵塞土壤的毛細(xì)結(jié)構(gòu),從而降低液限，增大土體的抗剪強(qiáng)度。這是目前較為成功的土壤固化劑,但石灰和水泥與土的
反應(yīng)速度較慢，所生成的水化物強(qiáng)度較低,耐久性較差，而且石灰摻量在8%以上， 水泥摻量在6%以上才能達(dá)到一定的效果，施工量很高，施工時(shí)需要反復(fù)拌和均 勻，周期長(zhǎng)，耗工時(shí)，且不易把握，容易出現(xiàn)質(zhì)量隱患。同時(shí)它也存在污染環(huán)境、
不利于綠化等問(wèn)題。為尋求經(jīng)濟(jì)、有效、環(huán)保的膨脹土填料改良新途徑，國(guó)內(nèi) 外學(xué)者從不同途徑提出了大量添加劑方法，其中高分子材料作為添加劑已成為
熱點(diǎn)。但是，目前國(guó)內(nèi)的添加方案的試驗(yàn)效果并不理想、而且可推廣性較差。
而鑄造用的砂多為優(yōu)質(zhì)石英砂(含Si0285%-95%以上)，有的還是能經(jīng)受更 高溫度(1600。C)的價(jià)格較貴的非石英砂。我國(guó)優(yōu)質(zhì)石英砂資源相對(duì)短缺，如果 對(duì)鑄造舊砂不綜合利用而大量廢棄，對(duì)有限的資源是極大的浪費(fèi)，而且會(huì)造成 嚴(yán)重的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種廢棄鑄砂改良膨脹 土的方法及用得到的廢棄鑄砂改良膨脹土的施工方法，能有效的解決膨脹土脹 縮變形破壞問(wèn)題及提高膨脹土強(qiáng)度，易于推廣。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，步驟為
第一步，按廢棄鑄砂質(zhì)量:所需改良土體的干土質(zhì)量=1:5 1: 3的比例， 稱取廢棄鑄砂和改良土體，混合均勻；所述的廢棄鑄砂的組成為，以質(zhì)量百分 比比計(jì)石英砂41%、煤粉37%、陶土 19%、鐵3%。所述的石英砂含 Si0285%-95%wt。
第二步，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ-051-93)中重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳 含水率；
第三步，按確定的最佳含水率的水量添加水到第一步得到的混合土中，可 以采用逐層灑水拌合，使水均勻分散在混合物中，攪拌均勻得到廢棄鑄砂改良 膨脹土。
使用所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法得到的廢棄鑄砂改良膨脹土的施 工方法，將得到的廢棄鑄砂改良膨脹土在施工面鋪設(shè)厚度為30 60cm的表面 改良層；然后，在自然條件下保持3 7天，改良土體與廢棄鑄砂中的成分發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，消除或降低改良層內(nèi)土體的脹縮性，即可達(dá)到工程需要強(qiáng)度。
有益效果首先，本發(fā)明直接使用廢棄的鑄砂改良膨脹土，既節(jié)約了工程成本，又使 廢棄鑄砂得到再利用，保護(hù)了環(huán)境，又為減少膨脹土引起的工程災(zāi)害開(kāi)拓了一 個(gè)新的改良方法。
其次，鑄造廢棄所含的鑄砂作為粗骨料添加，鑄砂起到骨架作用，而且還 可以改善混合物級(jí)配，廢棄鑄砂在膨脹土中均勻分布，具有優(yōu)良的物理性能，
屬于物理改良方法；
再次，廢棄鑄砂內(nèi)含的鐵添加水后發(fā)生反應(yīng)，可生成鐵銹，使混合體的內(nèi) 聚力增強(qiáng)，進(jìn)一步改良膨脹土，有效提高膨脹土強(qiáng)度，屬于化學(xué)改良，本發(fā)明 有效的結(jié)合了物理改良和化學(xué)改良方法的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
廢棄鑄砂材料為南京泰寧鑄鐵有限公司提供的鑄鐵后廢棄的鑄砂 一種廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，步驟為
第一步，按廢棄鑄砂質(zhì)量:所需改良土體的干土質(zhì)量=1:5 1: 3的比例， 稱取廢棄鑄砂和改良土體，混合均勻；所述的廢棄鑄砂的組成為，以質(zhì)量百分 比比計(jì)石英砂41%、煤粉37%、陶土 19%、鐵3%。所述的石英砂含 Si0285%-95%wt。
第二步，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ-051-93)中重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳 含水率；
第三步，按確定的最佳含水率的水量添加水到第一步得到的混合土中，可 以采用逐層灑水拌合，使水均勻分散在混合物中，攪拌均勻得到廢棄鑄砂改良 膨脹土。
使用所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法得到的廢棄鑄砂改良膨脹土的施 工方法，將得到的廢棄鑄砂改良膨脹土在施工面鋪設(shè)厚度為30 60cm的表面 改良層；然后，在自然條件下保持3 7天，改良土體與廢棄鑄砂中的成分發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，消除或降低改良層內(nèi)土體的脹縮性，即可達(dá)到工程需要強(qiáng)度。
實(shí)施例l
混合物配制，以配制lkg混合物。混合物配制的工藝步驟如下(l)需改良 土體的干土質(zhì)量為0. 8kg，按質(zhì)量百分比為25%(鑄造廢砂質(zhì)量:干土質(zhì)量=1:4) 稱取所需的鑄造廢砂質(zhì)量0.2kg(2)混合均勻后，由《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》 (JTJ-051-93)中重型擊實(shí)試驗(yàn)中得到的最佳含水率15. P/。wt，將151g水加入到該混合物中，分層加水拌合防止形成疙瘩。
改良施工方法步驟為將配制好的鑄造廢砂-改良干土混合物鋪設(shè)形成工 程所需要厚度40cm的表面改良層。
改良效果(1)脹縮性按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ-051-93)所做 膨脹總率試驗(yàn)，純膨脹土膨脹總率為2. 801%，當(dāng)摻廢棄鑄砂率達(dá)到20%wt時(shí)， 混合物膨脹總率僅為0. 130%，滿足《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》所規(guī)定的改良膨 脹土的膨脹總率印s《0.7%的要求；(2)強(qiáng)度按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》
(JTJ-051-93)所做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，當(dāng)純膨脹土含水率為14.2%時(shí)，其 強(qiáng)度達(dá)到峰值，為704.45kpa，但其強(qiáng)度隨含水率變化影響劇烈，故容易產(chǎn)生 脹縮變化導(dǎo)致工程質(zhì)量受損，而摻廢棄鑄砂率達(dá)到2(mw t時(shí)，其混合物強(qiáng)度 峰值為731. 15kpa，不但提高了強(qiáng)度，且強(qiáng)度隨含水率影響較小，適用于工程 應(yīng)用。
實(shí)施例2
一種廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，步驟為:
第一步，按廢棄鑄砂質(zhì)量:所需改良土體的干土質(zhì)量二1:5的比例，稱取廢 棄鑄砂和改良土體，混合均勻；所述的廢棄鑄砂的組成為，以質(zhì)量百分比比計(jì) 石英砂41%、煤粉37%、陶土 19X、鐵3X。所述的石英砂含Si0285Q/。wt。
第二步，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ-051-93)中重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳 含水率；
第三步，按確定的最佳含水率的水量添加水到第一步得到的混合土中，可 以采用逐層灑水拌合，使水均勻分散在混合物中，攪拌均勻得到廢棄鑄砂改良 膨脹土。
使用所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法得到的廢棄鑄砂改良膨脹土的施 工方法，將得到的廢棄鑄砂改良膨脹土在施工面鋪設(shè)厚度為30cm的表面改良 層；然后，在自然條件下保持3天，改良土體與廢棄鑄砂中的成分發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，消除或降低改良層內(nèi)土體的脹縮性，即可達(dá)到工程需要強(qiáng)度。
實(shí)施例3
一種廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，步驟為
第一步，按廢棄鑄砂質(zhì)量:所需改良土體的干土質(zhì)量=1: 3的比例，稱取廢 棄鑄砂和改良土體，混合均勻；所述的廢棄鑄砂的組成為，以質(zhì)量百分比比計(jì):石英砂 41%、煤粉 37%、陶土 19%、鐵3%。所述的石英砂含 Si0285%-95%wt。
第二步，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ-051-93)中重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳 含水率；
第三步，按確定的最佳含水率的水量添加水到第一步得到的混合土中，可 以采用逐層灑水拌合，使水均勻分散在混合物中，攪拌均勻得到廢棄鑄砂改良 膨脹土。
使用所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法得到的廢棄鑄砂改良膨脹土的施 工方法，將得到的廢棄鑄砂改良膨脹土在施工面鋪設(shè)厚度為60cm的表面改良 層；然后，在自然條件下保持7天，改良土體與廢棄鑄砂中的成分發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，消除或降低改良層內(nèi)土體的脹縮性，即可達(dá)到工程需要強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1. 一種廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，其特征在于，步驟為第一步，按廢棄鑄砂質(zhì)量所需改良土體的干土質(zhì)量＝1∶5～1∶3的比例，稱取廢棄鑄砂和改良土體，混合均勻；第二步，按按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ-051-93)中重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水率；第三步，按確定的最佳含水率的水量添加水到第一步得到的混合土中，攪拌均勻得到廢棄鑄砂改良膨脹土。
2. 如權(quán)利要求1所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，其特征在于，所述的 廢棄鑄砂的組成為，以質(zhì)量百分比比計(jì)石英砂41%、煤粉37%、陶土 19 %、鐵3%。
3. 如權(quán)利要求1所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，其特征在于，所述 的石英砂含Si02 85%-95%wt 。
4. 使用如權(quán)利要求1所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法得到的廢棄鑄砂 改良膨脹土的施工方法，其特征在于，將得到的廢棄鑄砂改良膨脹土在施工面 鋪設(shè)厚度為30 60cm的表面改良層；然后，在自然條件下保持3 7天，即可 達(dá)到工程需要強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種廢棄鑄砂改良膨脹土的方法，步驟為第一步，按廢棄鑄砂質(zhì)量∶所需改良土體的干土質(zhì)量＝1∶5～1∶3的比例，稱取廢棄鑄砂和改良土體，混合均勻；所述的廢棄鑄砂的組成為，以質(zhì)量百分比比計(jì)石英砂41％、煤粉37％、陶土19％、鐵3％。第二步，確定最佳含水率；第三步，添加水到第一步得到的混合土中攪拌均勻得到廢棄鑄砂改良膨脹土。使用所述的廢棄鑄砂改良膨脹土的方法得到的廢棄鑄砂改良膨脹土的施工方法，將得到的廢棄鑄砂改良膨脹土在施工面鋪設(shè)厚度為30～60cm的表面改良層；然后，在自然條件下保持3～7天，改良土體與廢棄鑄砂中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，消除或降低改良層內(nèi)土體的脹縮性，即可達(dá)到工程需要強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C04B20/00GK101423353SQ200810243910
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者孫樹(shù)林, 鑫 張, 霞 盤, 魏永耀 申請(qǐng)人:河海大學(xué)