土壤固化剂的发展现状

0引言

随着我国经济建设的不断发展，土木建筑工程也相应得到发展。建筑物对于其赖以生存的地基土有一定的力学性能要求。在实际施工工程中，并不是所有的土都能满足设计要求。这时就必须对土进行必要的加固处理，使之在力学性能上达到设计要求。因此产生了土壤固化剂这种新型材料。所谓的土壤固化剂是指在常温下能够直接胶结土粒表面或与土粒的粘土矿物成分反应生成胶结物质的改性剂，能改善和提高土壤的技术性能。它即能与各种土壤发生反应，又能形成具有一定承载能力的、抗渗能力和耐久能力的固化土[1-3]。

1土壤固化剂国内外发展状况

土壤稳定(固化)技术从20世纪40年代开始蓬勃发展，至今已经形成一门综合性的交叉学科。它涉及建筑基础、公路建设、堤坝工事、井下作业、石油开采、垃圾填埋、防尘固沙等多种领域，包括机械方法、物理作用、土工织物、化学胶结等多种手段，综合了力学、结构理论、胶体化学、表面化学等众多理论，它的处理对象也扩充到砂土、淤泥、工业污水、生活垃圾等多种固体、半固体，处理的目的也不仅仅是单一的加固，还包括增加渗透性、提高抗冻能力、防止污染物质泄漏等诸多方面。土壤固化剂是在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂。土壤固化剂加固土体的研究已有几十年的历史,取得了许多土壤固化的实践经验和理论成果。其研究方向大致有两个:一是固化土性质和本构模型的研究;二是加固各种类型土壤的固化剂的配比研究。

2土壤固化剂的分类

从固化剂发展的过程以及固结机理来看，现有的固化剂大体可以分成四大类。但是更为专业的分法，将固化剂分为：（1）电离子类土壤固化剂；（2）生物酶类固化剂；（3）水化类固化剂。

3土壤固化的基本机理

3.1水的处理

从土壤固化过程来看，土壤中水分的存在对土壤固化具有很大的负面影响。土壤中的水分包括游离水和结合水，其中游离水以及通过物理吸附或表面剩余作用力吸附的水影响土壤固化。由于水的存在，溶解了土壤中的盐类和土壤本身部分带正电的活性成分，反过来促使水产生电离，形成的氢氧根离子在土壤颗粒表面通过弱的化学作用吸附聚集，使得土粒成为带负电的胶粒，进一步和土粒周围的阳离子形成双电层结构，使得土壤变成溶胶体。这样的胶体具有一定的稳定性，胶粒与胶粒之间维持一定距离，主要是范德华力在起维系土体的作用，所以土壤的强度比较差；即使在某种条件下破坏了这种胶体结构，在饱水的环境里产生的也是松散的絮凝，对土壤的强度并没有多少提高。所以为了固化土壤．必须将土壤中的水除去，并且还要保证这种形成双电层和土壤溶胶的过程不再发生。

3.2土壤颗粒的胶结

之所以土壤需要外加固化剂，是因为土粒本身结构饱和，是反应惰性的，难于相互之间反应键合形成整体。研究表明，土体的力学性质并不取决于粘土中基本结构单元的强度，而是取决于它们之间的结构粘结力。所以采用何种方式粘结土粒，是影响固化土强度的主要因素。从另一个角度看，促进土壤颗粒在固化剂中的分散，增加粘结效率，也可以增强土壤固化效果。在后一点上，液体固化剂较之固体固化剂有着明显的优势，可以节省大量的施工费用。4固化剂的应用

20世纪60年代以来，固化剂被作为一种新型的工程材料，在国外被广泛加以研究。因用它处理过的土体，具有较高的强度及较小的渗透性，实现了对各种土质的加固。同时也由于它比水泥具有更好的经济效益，所以被广泛应用于实际工程当中。国外固化剂技术的工程应用已经相当普遍，在日本、美国、加拿大、澳大利亚、南非和欧洲都有很成熟的固化剂研究应用机构和公司。20世纪80年代开始引进这项技术，目前已有近50家机构和公司在进行开发应用。尽管土壤固化剂的应用还处于起步阶段，利用固化剂材料的工程建设项目还很少，但已有的工程实践证明，土壤固化剂可大量应用于水利、交通、环境、港口、机场等基础设施的建设。其最大特点是可以就地取材进行施工，能节省大量的水泥、砂石料费用。

5固化剂的基本特点

5.1对土壤颗粒粒径有广泛的适用性。

5.2可调性。对不同的土壤成分及施工要求，所用的固化剂可根据需要进行配制，即不同种类的土壤可以用不同成分的固化剂来加固。5.3固结土体的收缩量很小。

5.4经济上的优越性。采用土壤固化剂做固化材料，可比传统固化方法降低造价10—20%[4]。

6存在的问题

国内土壤固化剂研发、应用起步比较晚,很多土壤固化剂技术,引进于美、日等发达国家,虽然自主开发了适合我国国情的土壤固化剂,并取得了一些重要的成果,但是,在土壤固化剂的究应用领域仍然存在着若干亟待解决的问题。

6.1土壤固化剂的研制应同时考虑针对性和兼容性。

6.2固化剂的基础理论不完善。

6.3急需建立一套统一的、专门的试验规程对土壤固化剂性能进行评价。

6.4土壤固化剂可以适用的领域较多,但是由于各个领域的要求不同,使得施工工艺也不同,使用的设备也有差异。

6.5土壤固化剂作为一种新型的材料,属于化学加固材料范畴,在其产品的主要成分中难免会存在或多或少的对周围环境有不良作用的组分,有的甚至还会掺入有毒的化学剂。

7土壤固化剂的研究展望基本研究的技术思路

在固化剂的研究上，要综合考虑诸多因素，包括固化效果、适用性、耐用性、施工方式、成本、环境友好程度等等，而且还要考虑建设施工本身的要求。目前阶段，固化剂的研究应该注重以下几点：

7.1在各类固化剂的研究上注意扬长补短。在保证原有优势的基础上，研究的方向应着重于减弱和弥补缺点。各类固化剂的缺点在上文中已经有所指出，在深刻理解固化机理和施工过程的基础上,有针对性的进行改良和创新。

7.2摸索多种固化剂的组合使用。促进优势互补。在这方面，有些公司已经推出产品。关键在于在实现优势互补的基础上，考虑如何降低成本和简化施工。

7.3促进多学科联手，增加研究手段，加强成分分析、结构分析和机理研究，对现有机理进行优化，增加合理性，从而进一步指导土壤固化剂的开发。在现有的力学分析基础上，增加固化土的形态分析、结构透视以及固化过程的跟踪手段。（下转第468页）

土壤固化剂的发展现状

邹小卫

(中铁港航局集团有限公司深圳工程有限公司，广东深圳518000)

【摘要】土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。本文主要从土壤固化剂分类、固化机理、特点、应用，存在问题及研究展望等方面分析阐述了土壤固化剂这一新型材料的发展现状。

【关键词】土壤；固化剂；发展现状

作者简介：邹小卫(1978.12—)，男，工程师，主要从事公路、路面、城市轨道、水泥混凝土检测。