土壤固化剂固化原理及工程应用现状[论文]

浅谈土壤固化剂的固化原理及工程应用现状

摘要土壤固化剂是利用外掺剂对土体进行化学处理，来改变土壤的组成和土体的工程性质，从而达到提高土质强度、改善土质压实性的目的。固化剂作为一种新型的筑路材料，其适应性相当广泛。固化剂固化土壤的强度较高、水稳定性好、抗干缩性能好、土壤固化后形成板体等，作为半刚性基层或底基层，可以明显提高道路质量，延长道路使用寿命。

关键词固化剂分类固化原理工程应用现状

中图分类号：tq026.3 文献标识码：a

1固化剂的分类

固化剂作为一种特殊的建筑材料，其不同的物理性质和化学组成成分决定不同的类别、特点和固化方法。路用材料固化剂从形态上看，可分为固态和液态两大类。从化学构成上看，可分为主固化剂和助固化剂两大部分，其中固体粉状固化剂以石灰、石膏、水泥为主；助固化剂采用高聚物或含有活性基团的有机化合物；液体固化剂中主固化剂多采用水玻璃，助固化剂则采用各种无机盐，如caco3 、mgco3等。

2固化剂的固化原理

土壤固化剂固化土壤的本质是与土壤颗粒之间发生物理化学反应，改善土壤颗粒之间的接触面，强化土壤颗粒间的连结结构，因此其固化机理涉及胶体化学、结构力学、土壤化学的相关内容。归纳为固化剂与土壤成分进行离子吸附与交换，使土壤胶团表面电量

降低，减薄土壤胶团双电层厚度，使土壤颗粒趋于凝聚；化学反应生成新物质加强土壤颗粒之间的链接；生成物体积膨胀改善并填充土壤颗粒之间的孔隙；在外界挤压力作用下缩短土壤颗粒之间距离，密实土壤结构，使固化土易于压实成为一体，从而获得良好的宏观力学性能。

2.1 无机土壤固化剂的固化机理

普通无机土壤固化剂首先与水发生反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫酸钙等凝胶状的水化物，这些水化物与土壤中矿物的活性成分反应生成片状、纤维状或针状晶体，互相交错，增进土壤粒子之间的连接，在土壤中形成稳定网状结构，使固化土体结构更加稳固，有的还生成膨胀性物质能填充网状结构之间的孔隙或者改善土壤中的孔隙结构，提高土壤强度。固化剂水化产生的化学键连接及胶凝物质的胶结可以形成固化土的早期强度；而土壤固化剂固化土体性能继续长期的提高，则依赖于复合土壤胶结料和土壤的相互作用。由于粘土矿物的粒度较细，有较好的活性，本身就是胶凝材料。粘土中含有大量次生矿物微小颗粒，这些细小颗粒的比表面积大、表面能大、活性高，易于与土壤固化剂发生化学作用，对土内部结构的加固起重要作用。

2.2 有机高分子类土壤固化剂的固化机理

有机高分子固化剂添加到土壤中发生聚合反应，生成有机大分子链，能够渗透被加固土体的界面内，与界面内的土粒发生化学反应并胶结土壤颗粒；或利用有机大分子的位阻屏蔽作用，减少土壤中

的吸附水，增加固化土的抗渗透性，

改善土的工程性质。其固化机理可能是土壤固化剂的超强吸水性能使不同硅氧链间的表面羟基缩合脱水，产生交联固化土体，提高固化土的力学性能。

总之，固化剂在稳定土的过程中，改善了水和土之间的各类化学反应，不仅ca2+与粘土粒子产生离子交换，同时固化剂的某些离子也能与粘土离子产生高速率的离子交换反应，使稳定土形成链状和网状骨架结构，并消除了土壤内的液相和气相，抑制了有机质的不利影响，促进了稳定土的硬化。土粒因静电作用相互吸引而紧密结合，经过辗压增大了路基强度、耐水性和抗冻性，同时基层材料在各种交通和气候条件影响下，其强度和机械能始终保持良好状态。3固化剂的工程应用现状

固化剂作为一种新型的建筑材料，已逐渐被工程技术人员所认识，根据不同土质选用适当的固化剂可达到提高强度和耐久性等方面的功能，而且还能明显的减低工程造价。国内土壤固化剂工程应用范围主要包括以下几个方面：水渠和堤坝防渗、池塘与湖泊清淤以及淤泥质土的处理，农田水利设施的节水改造，高速公路与一、二级公路的基层、底基层、软弱路基的稳定处理以及低交通量公路、农业道路网的路面结构层和面层处理等。但是目前对固化剂的机理、作用和应用范围的研究还不够充分。比如固化剂的通用性比较差，某种固化剂只能在处理某些土体时才效果显著，而土体性质和环境的变化则失去这种固化效果；全方位的效果不很显著，使固化

剂在提高承载力、耐久性、抗冻融和耐水性等方面很难兼顾；工艺尚不够规范，无规程，缺少科学合理的量剂、工期、工艺要求和技术标准；目前由于国内应用固化剂技术还没有广泛使用，各个地区或施工部门仅作为新材料、新技术而加以引用，因此对其技术的可行性和经济分析研究的还很不够。

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