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膨脹土防水材料在土木工程中的應用論文
摘要:相比于其他天然材料，膨脹土防水材料在土木工程占據較為重要的地位。膨脹土防水材料經過合理的開發或者拓展，可以將環境效益以及經濟效益雙騎并下。
關鍵詞:膨脹土防水材料;滲透性;吸附性;潤滑性
在許多土木工程中，由膨脹土防水材料作為主體的地質體是最為容易發生危害的地質之一，膨脹土防水材料的構成原理是具備收縮與膨脹雙重性質的黏土材質。較大規模的滑坡一般發生在高邊坡或者低邊坡等坡體，無論是隆起，還是變形等地質變化都會引起不同程度的滑坡現象。其次，路基在發生坍塌崩解時，裂縫的產生、路基局部變形等地質變化都是有可能的，嚴重甚至導致坡體不穩固。作為一種礦產資源，膨脹土防水材料是化工領域的重要資源之一，并發揮其重要價值，例如護壁材料、防滲材料、用于垃圾填埋場、沙漠的隔污材料等，陶瓷制造的主要材料來源也有膨脹土防水材料的存在。在許多土木工程中，由膨脹土防水材料作為主體的地質體是最為容易發生危害的地質之一，膨脹土防水材料的構成原理是具備收縮與膨脹雙重性質的黏土材質。較大規模的滑坡一般發生在高邊坡或者低邊坡等坡體，無論是隆起，還是變形等地質變化都會引起不同程度的滑坡現象。其次，路基在發生坍塌崩解時，裂縫的產生、路基局部變形等地質變化都是有可能的，嚴重甚至導致坡體不穩固。作為一種礦產資源，膨脹土防水材料是化工領域的重要資源之一，并發揮其重要價值，例如護壁材料、防滲材料、用于垃圾填埋場、沙漠的隔污材料等，陶瓷制造的主要材料來源也有膨脹土防水材料的存在。圖1高邊坡的示意圖
1地質的形成根源
在全球各地，膨脹土防水材料的來源地豐富多樣，并且其品種類型也是多種多樣。就以我國為例，華北、華南以及東北都是膨脹土防水材料的來源地。全球的地質變化可以根據世紀時代而劃分，其中侏羅紀之前的時代的膨脹土材質大部分屬于原生火山巖風化型，而沉積類型多分布在第三紀、第四紀時代。同時，以河流－湖泊為主的類型是巖相的主要形態，地質構造單元一般以凹陷盆地、斷陷盆地為主要類型。膨脹土防水材料是一種具有雙重性質的黏土，經過不同程度的火山巖風化、搬運沉積等物理運動后形成的蒙脫石、伊利石等硅鋁酸鹽的礦物質。其次，膨脹土防水材料也可以說是通過海洋的風化作用，將原始的噴出巖、凝灰巖、火山灰等物質。再者，砂礫巖與水產生化學作用后經由搬運、沉積形成相互聯系的礦物質。
2膨脹土防水材料的類型
蒙脫石是膨脹土防水材料的主要成分。同時伊利石、綠泥石等地質是次要黏土礦物質。其中，綠泥石與蒙脫石經由特殊的混合作用后形成間層礦物，可分為不規則或是規則的形態。黃鐵石、長石、石英等氧化物也是膨脹土防水材料的重要組成成分，火山碎屑以及易溶鹽都是形成膨脹土防水材料必不可少的成分。根據組成成分可將膨脹土防水材料分為三種類型，第一種是以蒙脫石交換陽離子的種類以及比例，第二種則是以蒙脫石層電荷高低為劃分依據，最后一種是黏土礦物與蒙脫石相互作用產生的間層結構而成的。根據第一種分類，鈉基膨脹土、鈣基膨脹土以及過渡類型膨脹土等都是依據蒙脫石的可交換性陽離子的各種因素進行的。第二種的劃分類型可分為高低層電荷蒙脫石這兩大類型。一般情況下，過渡類型的膨脹土防水材料在自然界以兩種形態存在。間層結構的產生原理是根據蒙脫石與其他黏土礦物在化學作用下形成的，既有單礦物存在，也有相互交疊的黏土礦物存在。
3膨脹土的特征
膨脹土防水材料不僅在形態豐富多樣，在顏色層次上也是多種多樣的，一般有淺紅、紫紅、灰白色等不同顏色之分，同時在外表也有蠟脂光澤的效果。結構類型一般分為粉砂質、泥質等不同形態的膨脹土防水材料，肉眼可見的層次有致密塊狀、層狀等。同時，膨脹土遇水易崩解且膨脹，而且對于水的吸附作用大。由于膨脹土防水材料的密度僅有約2g/cm3，所以在太陽的直射下易過于干燥而開裂。但自身的優勢豐富，使其在廣大的領域中得到普遍的應用與發展。根據調查研究發現，膨脹土防水材料可分為以下幾個特征;第一，具有較強的膨脹性。相比于其他種類的黏性土，膨脹土防水材料對于水的吸附作用更大，自身體積隨著水的吸收程度加大而不斷增加，膨脹率經過測試可達百分之四十到百分之一百。同時，吸附性的作用大離不開自身的表面積比例這一關系，高達800每克平方米的蒙脫石表面積有助于吸附水的作用。第二，具有較好的潤滑性、黏稠性等功能。其他礦物質經過特殊作用的處理下與膨脹土防水材料容易產生具備黏性的其他礦物。其中，產生黏稠性的性能并不代表膨脹土防水材料自身發生了化學變化，而是因為膠體狀態而使其變得更為濃稠。長期使用的膨脹土防水材料自身不會發生沉積沉淀的現象，始終保持連貫的泥漿狀態。其次，潤滑性的特征是根據古代歷史記載所得，古代的馬車輪、鉆孔施工等都需要采用潤滑劑。第三，塑性是膨脹土防水材料的主要特征之一。吸附性較強也使得膨脹土具備了較高的塑限與液限，顧名思義是指吸附力強。第四，具備較小的滲透作用。一般情況下，自然沉積的膨脹土防水材料相對于其他黏土具有更小的滲透指數，一般控制在10－6cm/s范圍內。為了有效避免砂的滲透作用過大，可將膨脹土防水材料適量添加其中來降低指數。相比于純砂地層，自然沉積的砂土混合地層的滲透作用更小。第五，蒙脫石的可交換陽離子作用。交換和吸附作用在等電量交換作用下可以可逆，水化離子中的水分子由于多層狀的蒙脫石發生離子反應可在層間中自由進出。第六，觸變性以及靈敏性。相對于其他的原狀土以及重塑土下，膨脹土防水材料的靈敏度都要強于這些黏土物質。膨脹土防水材料的強度變化不會隨著重塑土的變化而降低，經由時間的沉淀自行提升為原狀土所規定的強度水平。第七，耐久性以及穩固性。土木工程對于黏土的使用規定是具有一定的承載力以及抗風化作用的要求，不易產生化學變化等。
4土木工程對于膨脹土防水材料的運用
隨著城市的快速發展，經濟在不斷提升效益，同時環境問題在日益凸顯，例如居民生活垃圾增加、垃圾處理難度加大等。為了有效解決居民生活垃圾這一大難題，應該從污染防滲這一關鍵出發。天然防滲材料黏土是防滲的有效材料，另外復合土工膜與膨脹土經過一定的混合后形成更好的防滲物質。膨脹土防水材料的吸附性強以及防滲效果好等優勢備受廣大群眾青睞，廣泛運用到各個領域之中，例如人工湖、水塘、水庫等水利工程中。膨脹土泥漿注入在砂卵石地層能的內部中，可以有效降低透水的情況。作為水利工程最為復雜的建設項目，渠道是一種建筑物形式而存在。復合土工膜材料配合混凝土襯砌板這一使用時目前渠道最為廣泛使用的材料，但費用成本高是不足之處。若將其材料改為膨脹土防水材料，加以其他材料配合使用，不僅可以降低建設成本，也可以起到防滲效果。
5結束語
簡而言之，作為一種自然的礦產資源，膨脹土防水材料的優點有許多，因此被廣泛運用到各個領域之中。膨脹土也有不足之處，在運用到水利工程、土木工程等不同工程項目中，應該避免膨脹土的不足，充分發揮它的使用價值。
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