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。

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（上接第466页）7.4加快土壤固化剂的实际应用步伐。

缩短固化剂从实验室研究到实现商品化的周期。

实际应用反馈的信息可以促进固化剂的完善和更新。

【参考文献】
［1］张巨松，金亮，刘志鑫，杨豹.硫铝酸盐基土壤固化剂性能试验[J].沈阳建筑大学学报，2012，116-122.
［2］李琴，孙可伟，徐彬，李世萍.土壤固化剂固化机理研究进展及应用[J].2011，材料导报.
［3］宋南京，陈新中，赵洪义.土壤固化剂的研究进展和应用[J].2009.［4］赵丽萍.土壤固化剂在道路施工中的应用探讨[J].2011.福建建材.
［责任编辑：汤静］
案可行性较高，但由于短消息的发送和接收方面比较容易受到干扰，所以不可避免的会出现延时或收发失败等问题。

3．4用户数据中心通过APN 专线方式直接连接到GPRS 网络
该方案中用户数据中心通过APN 专线方式直接连接到GPRS 网络。

运营商为客户分配专用的APN ，分配后，普通其他用户不得申请该专用APN 。

移动终端和服务器平台之间进行端到端加密，避免信息在整个传输过程中出现泄漏。

双方采用防火墙进行隔离，防火墙上需要进行IP 地址和端口过滤。

由此看出，此种方案无论稳定性、安全性还是实时性都相当高，通常适用于安全性要求较高、监控点较多、实时性要求较高的应用环境。

在资金允许的情况下，该方案是最好的组网选择方式。

综上所述，由于各个行业的实际需求以及应用环境各不相同，每个行业都有自己独特的功能需求及不同的组网方式要求。

综合以上几种组网方式的特点，本文系统综合考虑费用的支出、安全性的强度以及实施的复杂度等方面，最终采用固定的IP 地址，客户端与服务器数据中心的数据传输经中国移动网络的网关、Internet 公网的组网方案。

4主要关键技术
在该数据采集系统的关键技术研究中，本文采用的关键技术主要有以下几种：4．1传感技术
传感器（sensor ）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将这些信息按一定规律变换成为电信号或者其它所需要的形式输出，用来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

在农田生产现场安装着许多传感器，它们负责数据采集与调控命令的执行。

传感器有很多类型，在数字农业中常用的传感器类型主要有温度、湿度、光敏、离子、生物、CO 2、酸碱盐浓度等传感器。

4．2GPRS 数据传输技术
GPRS 是一种新型移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种无线连接，给移动用户提供了高速互联网接入服务[8]。

GPRS 采用分组交换技术，定义了新的无线GPRS 无线信道，而且分配方式灵活，可以使资源得到有效的利用。

4．3PPP （Point-to-Point Protocol ）协议
移动接入终端采用TCP/IP 和PPP 协议[8]，PPP 协议是由IETF 开发的，是为点到点串行线路上传送网络层报文而设计的数据链路层协议。

PPP 协议功能非常丰富，它支持多种网络层协议、多种数据压缩方式、多种身份认证方式、动态地址分配以及多链路捆绑等。

PPP 包含三部分内容：
内核部分:负责对数据包的封装成帧，PPP 封装提供了不同网络
层协议同时在同一链路链路传输的多路复用技术。

链路控制协议LCP ：负责PPP 链路的创建、维护或终止。

网络控制协议NCP ：是一组网络协议，用于协商PPP 链路上运行的网络协议以及网络层协议的配置。

4．4AT 指令
AT 即Attention ，是一种调制解调器命令语言，一般用于终端设备与PC 应用之间的连接与通讯。

AT 指令集是从一种TE （Terminal Equipment ）或TA （Terminal Adapter ）向DCE （Data Circuit Terminal Equipment ）或DTA （Device Terminal Adapter ）发送的。

AT 指令集中的每条指令都以字母“AT ”开头，因此称之为AT 指令。

AT 指令的后面由字母和数字组成，这些字母跟数字表明了对应指令的具体功能。

每条指令除AT 两个字符外，加上最后的空字符还可以接收1056个字符。

每个指令行只能包含一条指令，每条指令以回车作为结尾。

用户可以通过AT 命令进行呼叫、短信、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。

5结论
本文阐述了GPRS 数据采集系统的实现原理及主要的关键技术，通过比较分析几种组网方案确定了采用固定的IP 地址方案，最终选择中国移动的GPRS 系统作为大棚内部信息采集传输的数据通信平台。

【参考文献】
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［4］钟章队，蒋文怡，李红君．GPRS 通用分组无线业务[M]．北京：人民邮电出版社，2001.
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［7］魏立峰，王宝兴，主编.单片机原理与应用技术[M].北京:北京大学出版社，
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［责任编辑：王静］
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（上接第454页）【参考文献】
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［责任编辑：王迎迎］
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