本發(fā)明涉及巖土工程
技術領域：
。具體來說，本發(fā)明涉及一種室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑，室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的制備方法，以及室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的使用方法。
背景技術：
：膨脹土是一種具有較多裂隙和較大脹縮性質的地質體。膨脹土粘土成分主要由強親水性礦物蒙脫土與伊利石組成，它們吸水時膨脹，失水時收縮，使得膨脹土發(fā)生反復變形。膨脹土的這些性質對工程建筑物等有嚴重的破壞作用，因此需要改良膨脹土來降低膨脹土的膨脹性。目前，改良膨脹土的方法主要可分為物理改良方法和化學改良方法?；瘜W改良方法能永久改變膨脹土的晶層結構，因此從建筑施工的長期穩(wěn)定性和安全性而言可能比物理改良方法略勝一籌。化學改良方法之一使用聚合物來改良膨脹土，但其尚存在以下問題：1)聚合物只通過包裹、機械嚙合等物理作用來提高粘土顆粒之間的連接作用，因此降低膨脹土膨脹性以及增加膨脹土強度的作用有限；2)聚合物是疏水性的且在聚合過程中不吸收水分，膨脹土顆粒表面存在的吸附水膜會削弱聚合物網(wǎng)絡對膨脹土顆粒之間連接的加強作用；以及3)聚合物難以在室溫條件下快速固化。為此，本領域仍然需要開發(fā)一種高效、可在室溫條件下快速固化的聚合物膨脹土改良劑。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑，其主要包括環(huán)氧樹脂、可與膨脹土進行離子交換的磁性離子液體固化劑、巰基化合物固化促進劑以及遇水生熱型發(fā)熱劑。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑通過環(huán)氧樹脂的原位固化來形成粘結膨脹土顆粒的環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡，且磁性離子液體固化劑可與膨脹土進行離子交換來進一步降低膨脹土的膨脹性。此外，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑還可包括遇水生熱型發(fā)熱劑。遇水生熱型發(fā)熱劑在反應之前由環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑中的有機相液體如巰基化合物等包覆，隨著有機相液體的消耗，遇水生熱型發(fā)熱劑接觸膨脹土表面的吸附水膜，迅速消耗水膜并放熱，這同時加速環(huán)氧樹脂的固化以及促進環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡與膨脹土顆粒的相互作用。本發(fā)明的目的還在于提供室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的制備方法和使用方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供下述技術方案。在第一方面中，本發(fā)明提供一種室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑，所述環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑可通過下述原料組分來制備：a)環(huán)氧樹脂；b)磁性離子液體；以及c)巰基化合物；其中，磁性離子液體的結構如下述結構式(i)所示：在式(i)中，n＝1-15，x為cl或br。在第一方面的一種實施方式中，所述的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑還可包括遇水生熱型發(fā)熱劑。在第一方面的另一種實施方式中，所述環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑還可包括消泡劑、流平劑、防沉劑、粘度調節(jié)劑和稀釋劑中的一種或多種。在第一方面的另一種實施方式中，所述環(huán)氧樹脂可包括縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂，所述甘油酯類環(huán)氧樹脂包括下述中的一種或多種：四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯，鄰苯二甲酸二縮水甘油酯，間苯二甲酸二縮水甘油酯或六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯。在第一方面的另一種實施方式中，所述巰基化合物可包括下述中的一種或多種：聚硫醇、液態(tài)聚硫橡膠或硫醇的巰基化合物。在第二方面中，本發(fā)明提供一種制備如權利要求1所述的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的方法，所述方法可包括下述步驟：(1)合成磁性離子液體；以及(2)混合環(huán)氧樹脂、磁性離子液體以及巰基化合物。在第二方面的一種實施方式中，步驟(2)還可包括混合遇水生熱型發(fā)熱劑、消泡劑、流平劑、防沉劑、粘度調節(jié)劑和稀釋劑中的一種或多種。在第三方面中，本發(fā)明提供一種使用如權利要求1所述的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法，所述方法可包括下述步驟：a.混合環(huán)氧樹脂、磁性離子液體和巰基化合物，得到液體環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑；以及b.將所述液體環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑噴灑到待改良的膨脹土。在第三方面的一種實施方式中，所述方法還可包括將步驟b重復3-4次，使得所噴灑的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的總量為1-1.5千克改良劑/平方米膨脹土。在第三方面的另一種實施方式中，所述步驟a還可包括混合遇水發(fā)熱型發(fā)熱劑，所述遇水發(fā)熱型發(fā)熱劑包括生石灰。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)通過環(huán)氧樹脂的原位固化以及磁性離子液體固化劑與膨脹土的離子交換，來永久且顯著地降低膨脹土的膨脹率；以及(2)制備和施工方法簡單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。具體實施方式下面將結合本發(fā)明的實施例，對本發(fā)明的技術方案進行清楚和完整的描述。本發(fā)明的目的在于提供一種室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑，其主要包括縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂、可與膨脹土進行離子交換的磁性離子液體固化劑、巰基化合物固化促進劑以及遇水生熱型發(fā)熱劑。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑改良膨脹土的原理如下:通過環(huán)氧樹脂的原位固化來形成粘結膨脹土顆粒的環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡，且磁性離子液體固化劑的咪唑基陽離子可與膨脹土的鈉陽離子進行離子交換，從而進一步降低膨脹土的膨脹性。此外，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑還可包括遇水生熱型發(fā)熱劑。遇水生熱型發(fā)熱劑在反應之前由環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑中的有機相液體如巰基化合物等包覆，隨著有機相液體的消耗，遇水生熱型發(fā)熱劑接觸膨脹土表面的吸附水膜，迅速消耗水膜并放熱，這同時加速環(huán)氧樹脂的固化以及促進環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡與膨脹土顆粒的相互作用。在第一方面中，本發(fā)明提供一種室溫固化環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑，所述環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑可通過下述原料組分來制備：a)環(huán)氧樹脂；b)磁性離子液體；以及c)巰基化合物；其中，磁性離子液體的結構如下述結構式(i)所示：在式(i)中，n＝1-15，優(yōu)選地，n＝6-15，特別優(yōu)選地，n＝6或11，x為cl或br。在本發(fā)明中，磁性離子液體既用作環(huán)氧樹脂的固化劑，又與膨脹土進行離子交換，從而永久改變膨脹土的晶層結構。在一種實施方式中，磁性離子液體的量相對于環(huán)氧樹脂固化所需的量而言是過量的。在第一方面的一種實施方式中，所述的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑還可包括遇水生熱型發(fā)熱劑。在一種實施方式中，這種遇水生熱型發(fā)熱劑是生石灰。在配制本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑時，可通過原料組分里的有機相液體如聚硫醇包裹生石灰形成乳液。在將環(huán)氧樹脂膨脹土噴灑到膨脹土顆粒以后，隨著固化反應的進行，有機相液體消耗，生石灰接觸膨脹土顆粒表面的吸附水膜，生成熟石灰并放熱。放出的熱量促進環(huán)氧樹脂的固化，且消耗了膨脹土顆粒表面的吸附水膜，促進環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡對膨脹土顆粒的包覆以及機械嚙合。對于發(fā)熱劑的含量，不能過低，否則不足以消耗膨脹土顆粒表面的吸附水膜。同時也不能過高，否則造成局部過熱，會使形成的環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡不均勻。且當使用生石灰作為發(fā)熱劑時，容易對環(huán)境造成污染，因此必須嚴格控制發(fā)熱劑的用量。在第一方面的另一種實施方式中，所述環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑還可包括消泡劑、流平劑、防沉劑、粘度調節(jié)劑和稀釋劑中的一種或多種。在第一方面的另一種實施方式中，所述環(huán)氧樹脂可包括縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂，所述甘油酯類環(huán)氧樹脂包括下述中的一種或多種：四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯，鄰苯二甲酸二縮水甘油酯，間苯二甲酸二縮水甘油酯或六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯。相比于雙酚a類環(huán)氧樹脂，縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂更加環(huán)保。在第一方面的另一種實施方式中，所述巰基化合物可包括下述中的一種或多種：聚硫醇、液態(tài)聚硫橡膠或硫醇的巰基化合物。巰基化合物可降低環(huán)氧樹脂固化的溫度，與磁性離子液體組合后，可令人驚訝地得到在室溫條件下快速固化的環(huán)氧樹脂，例如在12小時之內固化。在環(huán)氧組合物中引入發(fā)熱劑之后，甚至能使本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑在8小時之內固化。以100重量份的環(huán)氧樹脂為基準計，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑可包括20-60重量份、優(yōu)選的30-60重量份的磁性離子液體，20-50重量份、優(yōu)選的35-50重量份的巰基化合物，以及0-10重量份、優(yōu)選的0-5重量份的發(fā)熱劑。在不影響本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的基本作用的情況下，可根據(jù)實際工況添加所需量的消泡劑、流平劑、防沉劑、粘度調節(jié)劑、稀釋劑等常見的添加劑。在第二方面中，本發(fā)明提供一種制備如權利要求1所述的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的方法，所述方法可包括下述步驟：(1)合成磁性離子液體；以及(2)混合環(huán)氧樹脂、磁性離子液體以及巰基化合物。磁性離子液體的合成方法如中國發(fā)明專利申請201410461633.2所述。具體步驟如下：(1)將1-氫咪唑與含碘的烷基化合物溶解在溶劑中，然后加入氫氧化鉀反應，得到第一混合液；(2)將第一混合液與碘甲烷反應，得到第二產(chǎn)物；以及(3)將第二產(chǎn)物與六水三氯化鐵或者六水溴化鐵反應，得到磁性離子液體。在第二方面的一種實施方式中，步驟(2)還可包括混合遇水生熱型發(fā)熱劑、消泡劑、流平劑、防沉劑、粘度調節(jié)劑和稀釋劑中的一種或多種。在第三方面中，本發(fā)明提供一種使用如權利要求1所述的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑來改良膨脹土的方法，所述方法可包括下述步驟：a.混合環(huán)氧樹脂、磁性離子液體和巰基化合物，得到液體環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑；以及b.將所述液體環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑噴灑到待改良的膨脹土。在第三方面的一種實施方式中，所述方法還可包括將步驟b重復3-4次，使得所噴灑的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的總量為1-1.5千克改良劑/平方米膨脹土。在第三方面的另一種實施方式中，所述步驟a還可包括混合遇水發(fā)熱型發(fā)熱劑，所述遇水發(fā)熱型發(fā)熱劑包括生石灰。如果添加了其它添加劑，也可在步驟a中進行混合。實施例材料本文所述的實施例中使用的原料組分都可通過商業(yè)途徑購買。磁性離子液體1,3-二甲基咪唑四氯化鐵鹽，1-十一基-3-甲基咪唑四氯化鐵鹽以及1-己基3-甲基咪唑四溴化鐵鹽分別根據(jù)中國發(fā)明專利申請201410461633.2的實施例1、實施例4和實施例5所述來制備。測試方法膨脹土的自由膨脹率的測定膨脹土自由膨脹率的測定如中國發(fā)明專利申請201010175564.0所述。概括來說，從江蘇淮安市獲取膨脹土試樣，碾細后全部過0.55篩，在105-110℃下烘干至恒定重量，再在量筒中用5％的nacl溶液使膨脹土充分膨脹，通過膨脹前后的土面高度來計算自由膨脹率。測得原狀膨脹土試樣的自由膨脹率為52％。改良膨脹土在完全固化之后的自由膨脹率也通過相似的方法進行測定。擊實試驗擊實實驗根據(jù)《土工試驗方法標準》(gb/t50123-1999)來進行。測得原狀膨脹土的最佳含水量為16.5％。抗剪強度測量根據(jù)室內直剪試驗確定原狀膨脹土在25、50、75和100kpa垂直壓力下的剪切應力，然后通過分析數(shù)據(jù)得到原狀膨脹土的抗剪強度指標c(粘聚力)＝188.5，且φ(內摩擦角)＝33.8。對改良后的膨脹土進行類似測試來確定其抗剪強度指標。完全固化時間測量每隔1小時測量改良膨脹土在25kpa垂直壓力下的剪切應力，當連續(xù)兩個時間點所測剪切應力差異小于0.5mpa時，則認為環(huán)氧樹脂完全固化，并將后一時間點確定為完全固化時間。實施例1-5根據(jù)下文表1所示的配方，通過充分攪拌各原料組分來制備液體環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑。然后，將所得液體環(huán)氧樹脂膨脹土噴灑到原狀膨脹土來改良膨脹土。具體施工工藝和各項指標測試結果如表2所示。表1.以重量份表示的實施例1-5的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑的配方表2.用實施例1-5的改良劑來改良膨脹土的條件及改良后膨脹土的性能指標實施例編號12345噴灑總量(kg/m2)1.21.21.21.21.2自由膨脹率/％2927202521最佳含水率/％17.517.818.217.618.1抗剪切強度(c)198.3238.6259.8240.9258.8抗剪切強度(φ)41.545.355.346.854.9完全固化時間/小時8127.511.57.0從表2的實驗結果可知，經(jīng)過本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑改良之后，原狀膨脹土的自由膨脹率顯著下降，達到施工所要求的40％以下。此外，改良后膨脹土的抗剪切強度指標都顯著提升。當磁性離子液體含有6個和11個碳原子烷基鏈時，對抗剪切強度的提高尤其顯著。這可能是由于與短鏈烷基相比，長鏈烷基賦予改良后膨脹土更優(yōu)異的韌性。另外，從表2的實驗結果可知，在室溫條件下，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膨脹土改良劑可在約12小時之內完全固化。當改良劑中包括適當量的發(fā)熱劑時，甚至可將完全固化時間縮短到8小時左右。這與現(xiàn)有技術中的24小時甚至幾天的固化時間相比縮短了一半多，為后道施工工序節(jié)省了寶貴的時間。上述的對實施例的描述是為了便于本
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其它實施例中而不必付出創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明披露的內容，在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下做出的改進和修改都本發(fā)明的范圍之內。當前第1頁12