粘土稳定剂的研究进展.pdf

广东建材2016年第2期
材料研究与应用
粘土稳定剂的研究进展
邓俊强黎凡
广东省建筑材料研究院)
摘要】本文对主要的粘土稳定剂进行分类介绍,综述了各种粘土稳定剂的作用机理及优缺点,
简要介绍它们的常规合成方法和最新研究成果,对粘土稳定剂未来的发展方向进行了探讨
关键词】粘土稳定剂:无机多核聚合物:有机阳离子聚合物:阳离子表面活性剂:两性离子粘土稳
定剂
1粘土稳定剂的种类
次转换为可分散形式,使用上具有相当大程度的局限
性。
粘土稳定剂是一种能有效吸附在粘土表面,防止其
水化膨胀及分散运移的外加剂。主要分为无机盐类、无
1.2无机多核聚合物
机多核聚合物类、阳离子表面活性、阳离子表面活性剂、
十世纪七十年代期间,无机多核聚合物粘土稳定
两性离子粘土稳定剂、有机阳离子聚合物类几种
剂崭露头角。无机多核聚合物粘士稳定剂是指3价或3
价以上的金属离子在一定条件下生成多核羟桥络离子
1.1无机盐类
的一类聚合物,主要有氯化羟铝(图1),氯化羟锆等。
无机盐是二十世纪五六十年代常使用的粘土稳定这种络离子具有与粘土类似的结构和较高的正电价,结
剂,主要有KC1、CaCl、MgCH11 KOH, Ca( OH)2等。其构与粘土相似,能紧密吸附在带负电荷的粘土表面,有
中钾盐的防膨效果最好,原因是K直径略小于粘土表
面氧原子围成的空隙,进入以后不容易脱出,可以有效
O
中和其负电荷。该类粘土稳定剂廉价易得,使用方便,不
AA
A(H?
过有效期短,在低浓度时效果不明显。当使用坏境发生
变化时,该类稳定剂会重新发生离子交换,使得粘土再
图1
oeaBaeotoeoeBeesoesooeeoeoeaooesooeooese-oeseeaeaeaeeseeesaeeeeoesooeosaeoeWoeseeoseoeeeeeep
好,建议在选择橡胶沥青时,要因地制宜,根据当地的环术指南》中橡胶沥青技术标准对于热区(热区主要是
境和使用目的选择合适的基质沥青。根据本文的研究需指《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)A.4.4
要采用40目的废旧橡胶粉做为胶粉,采用70#级的道中的1-3、1-4气候分区)的技术要求。
路石油沥青做为基质沥青。
橡胶沥青既可以节约能源,减少环境污染,解决了
废旧轮胎堆放、再处理的问题,改善了现有沥青的性能
4结语
顺应了节约资源和保护环境的基本国,实现了建设资
根据上述的试验结果,确定橡胶沥青的配方是基质源节约型、环境友好型国家的目标。O
沥青(70#A级的道路石油沥青):橡胶粉(40目)=75:25。
采用该配方对橡胶沥青的主要技术性能进行检验,见表【参考文献
5,其主要技术指标满足《橡胶沥青及混合料设计施工技[1!张正甫,刘松玉,察光华,魏启炳,废旧轮胎在道路工程中的
研究进展.土木工程学报[J].2015,(S2):361-368.
表5胶沥青的主要技术指称
2] State of California Department of Transportation
检验项目
技宋要求检验结果
Asphalt Rubber Usage Guide SJ, 2003
旋转黏度(180℃)/(Pa-s)
5~~5.02.587
3]交通部公路科学研究院.JTGF20-2011公路工程沥青及沥
针入度(25℃)/(0.1mm)
青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2011
软化点/℃
[4]交通部公路科学研究院.JTGF40-2004公路沥青路面施工
弹性恢复/
技术规范[S].北京:人民交通出版社,200
延度(5℃)/cm
13.2
交通部公路科学研究院橡胶沥青及混合料设计施工技术指
密度(15℃)/(8/cm)
实测记录1.044
南[M].北京:人民交通出版社,2003
万方数据
材料研究与应用
广东建材2016年第2期
效抑制其膨胀与运移,且无机盐粘土稳定剂较之无机盐0.3%溶液,采用离心法测定产物室温下的防膨率为
类有效期长。缺点是耐酸性差,不适用于PH值较低的环89.7%,200℃下防膨率仍可达8.9%
境
1.5有机阳离子聚合物
1.3阳离子表面活性剂
有机阳离子聚合物类粘土稳定剂能水解出正价的
阳离子表面活性剂的作用机理与无机盐相似,即水高分子阳离子,能将表而的低价阳离子置换出来。形成
化后产生具有表面活性的阻离子基团,中和粘土所带的多个吸附点吸附粘土颗粒。除此之外有机阳离子聚合
负电荷,将粘土表面K、Ca、Na等容易使粘土水化膨胀物与粘土颗粒之间的氢键及分子间力大,能在枯土颗粒
的离子交换出来,吸附在粘土颗粒表面,形成一层憎水表面形成一层保护膜,既中和了粘土颗粒表面电荷,又
亲油的吸附层,使得水分子不易进入粘土的晶层之间。可以令它与水隔离,防止其膨胀与运移。具有低用量,高
当阳离子表面活性剂的分子链足够长时,能阻止其它较吸附能力,受PI[影响小,能适用于多种地层等优点,成
小的阳离子进入吸附中心,使其本身难以被取代。加上为国内外重点研究对象。根据其结构不同分为主链型、
随着阳离子表面活性剂分子量增加,分子间作用力増側链型与杂环型三类。
大,吸附力比元机盐大。从而使整个体系稳定且具有相
(1)主链型阳离子聚合物
对的持久性。但是阳离子表面活性剂易与阴离子化学试主链型阳离子聚合物的阳离子位于主链骨架上,
剂反应生成沉淀,存在导致水的相对渗透率下降等问 Borimir3等人研究发现,在主链上含有第四氮的有机
题
阳离子聚合物对抑制粘土矿物的水化膨胀效果十分明
1.4两性离子粘土稳定剂
显。主链型阳离子聚合物粘土稳定剂具有合成工艺简
两性离子粘土稳定剂的耐温性和耐盐性较好,而且单,反应条件容易控制,原材料价格低廉的优点,适合大
受PH值影响小,近年来倍受研究者青睞。两性离子粘规模工业化生产的需要。目前在国内合成工艺较为成
土稳定剂的阳离子部分一般选用二甲基二烯丙基氯化熟,应用最为广泛。反应物一般为环氧氯丙烷和丙烯酰
铵等季胺型阳离子基团:阴离子基团常用对阳离子进攻胺。
不敏感的磺酸基。
刘向军等用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺
C=0
酸、二甲基二烯丙基氯化铵和烯丙醇聚氧乙烯瞇,以亚
硫酸氡钠和过硫酸铵为引发剂,制备了一种耐温耐盐的
CH3 -N"-CH3
四元两性离子型聚合物。所得产品在25~75℃表观密
度相对稳定。对该产品进行耐盐性试验,在25℃条件
图2主链型阳离子聚合物产品结构式
下,往30ml浓度为1%该产品中分别加入浓度为
于国彬以水为溶剂,在75℃下将这两种原料以
18000gL的aCl、KCI、CaC1x聚合物的表观枯度保留摩尔比为1:1反应5,制得的粘土稳定剂具有良好防
分别为88%、87%和86%。
膨性能,用离心法测得浓度为1000mg/L时防膨率可达
刘燕等以环氧氯内烷、一乙胺、2-内烯胶基50。00%,当浓度提高到300gL时防膨率可达
甲基丙磺酸为反应单体,以过硫酸钾一亚硫酸氢钠67.86%
组成的氧化还原体系为引发剂,合成一种防膨性能良
(2)侧链型和杂环型阳离子聚合物
好