1、土壤固化劑介紹1內 容土壤固化劑技術原理1各類固化劑的特點 2國外應用情況介紹3中國應用現狀4主要產品介紹521 土壤固化劑技術原理土壤固化劑定義與分類土壤固化劑是在常溫下能夠直接膠結土體中土壤顆粒表面或能夠與粘土礦物反應生成膠凝物質的土壤硬化劑。按固化機理來分，土壤固化劑可分為四大類；(1)石灰水泥類固化劑；(2)礦渣硅酸鹽類固化劑；(3)高聚物類固化劑；(4)電離子溶液(ISS)類固化劑。土壤固化機理土壤固化機理主要表現在兩方面：水的處理和土壤顆粒的膠結。3(1)水的處理從土壤固化過程來看，土壤中水分的存在對土壤固化具有很大的負面影響。土壤中的水分包括游離水和結合水，其中游離水以及通過物理

2、吸附或表面剩余作用力吸附的水影響土壤固化。由于水的存在,溶解了土壤中的鹽類和土壤本身部分帶正電的活性成分，反過來促使水產生電離，形成的氫氧根離子在土壤顆粒表面通過弱的化學作用吸附聚集，使得土粒成為帶負電的膠粒，進一步和土粒周圍的陽離子形成雙電層結構，使得土壤變成溶膠體。這樣的膠體具有一定的穩定性，膠粒與膠粒之間錐持一定距離，主要是范德華力在起維系土體的作用，所以土壤的強度比較差；即使在某種條件下破壞了這種膠體結構，在飽水的環境里產生的也是松散的 絮凝，對土壤的強度并沒有多少提高。所以為了固化土壤，必須將土壤中的水除去，并且還要保證這種形成雙電層和土壤溶膠的過程不再發生。4處理水的方式有兩種。一

3、種是將游離水轉化為結晶水，利用生成高結晶水的物質消耗土壤中的游離水分。結晶水不參與上述破壞土壤強度的過程，并且生成的結晶水合物具有膠凝的性質,可以堵塞土塊中的各種毛細管道，避免滲入水分再一次破壞固化土的結構。上述第一、第二類固化劑均采用這種方式。但實驗事實表明，這種方式處理后的土壤往往抗水性能并不佳。進一步實驗表明,對于含親水性陽離子較多的土壤，在形成結晶水的過程中伴隨著溶液濃縮和鹽類結晶過程，往往導致部分游離水殘余,另外這些鹽類也阻礙膠凝物質對土粒的膠結作用，在土粒與膠凝物質之間形成親水間層，遇水容易崩壞。所以如何處理這部分陽離子，對土 壤固化影響很大。第二種常用的處理水的方式是破壞土粒表面

4、的親水性質，削弱土粒與水之間的作用力，利用施壓和引流等措施除去土5壤中的水分。第三、第四類固化劑基本上是采用這種方式，但各具特點。利用高聚物來固化土，一般是利用高聚物包裹層本身具有的憎水性質;而電離子溶液是利用離子交換將土 粒表面親水性較強的陽離子變成親水能力較差的鋁離子等，再輔助以離子配位,使得土粒表面趨于電中性，從而釋放土粒表面的吸附水。從效果上看，采用髙聚物固化劑抗水性能普遍很差，而采用電離子溶液，從現有資料來看，是比較有效的。從最近的些實驗事實可以分析，用高聚物固化土壤形成的憎水層往往含有水分子可以自由進出的通道。這是 由于一般的聚合物為鏈狀結構，而且由于聚合度的限制沒有辦法在土粒上形

5、成完整的包裹層。另外，聚合物分子與土粒之間的化學鍵合強度往往不夠，土粒優先與水分子形成化學鍵，當水分經由通道靠近土粒表面時，很快就會破壞聚合物的包裹作用，從而使得固化土塊迅速崩解。所以，如何有效6的形成包裹結構和增強與土粒的鍵合，是聚合物類土壤固化劑發展的方向。7(2)土壤顆粒的膠結之所以土壤需要外加固化劑，是因為土粒本身結構飽和，是反應惰性的，難于相互之間反應鍵合形成整體。研究表明，土體的力學性質并不取決于粘土中基本結構單元的強度，而是取決于它們之間的結構粘結力。所以采用何種方式粘結土粒，是影響固化土強度的主要因素。從另一個角度看,促進 土壤顆粒在固化劑中的分散，增加粘結效率，也可以增強土壤

6、固化效果。在后一點上，液體固化劑較之固體固劑有著明顯的優勢,可以節省大量的施工費用。現有的固化劑在土粒的膠結上一般也是兩種方式。一種是利用自身形成粘結土粒的結構，不管是凝膠或者是高聚物鏈，將土粒包裹鑲嵌在已經形成的結構中。一般情況下硅酸鹽的凝膠對土粒具有較強的粘結作用，利用第一、第二類固化劑得到的固化土無限側壓一般要髙于第三、第四類固化劑。8但是采用這種方式，土粒和粘結物之間的作用并不是化學鍵，而是物理固定和靜電作用，所以，正如上文已經分析的那樣，要做好防水的準備，提高粘結物質本身的強度。對于那些親水陽離子，可以通過離子交換或者結合沉淀的方式除去。如果采用髙聚物固化劑,聚合物鏈的長度和支化程度

7、都正比于固化土的強度;增加交聯度不僅有助于防水，也有助于提高抗壓強度。第二種膠結土粒的方式就是激發土粒本身的活性，利用土粒與土粒之間的反應使得土壤成為整體，這也是土壤固化劑最終的目標。根據現有資料，第二類固化劑涉及到激發土壤的反應活性;電離子溶液固化劑處理的土壤顆粒含有部分具有活性的鋁,在壓力和配位離子作用下，土粒相互靠近以及通過化學鍵連接在一起。這些只是具有建設意義的機理推測，深入的研究需要建立在認真分析土壤顆粒化學組成和空9間結構的基礎之上，需要對具有活性的硅酸鹽類物質和土壤進行對比分析。就目前所知，在一定條件下，土壤顆粒自己會聚合。在形成離子晶體時,遵循Pauling法則。根據這一法則，

8、利用低價離子取代土壤中的鋁離子，有利于土壤中礦物晶體的再形成。另外，鈣離子有利于硅酸鹽的聚集，鐵離子化合物會在土壤結晶中處于中心晶核的地位。實際上，這兩種膠結的方式經常出現在同一種固化土中，相互促進。102 各類固化劑的特點石灰水泥類固化劑、礦渣硅酸鹽類固化劑、高聚物類固化劑、電離子溶液類固化劑的特點分述如下：(1)石灰水泥類固化劑特點固化機理結合土壤中的水分、形成膠凝成分來膠結土壤，堵塞土壤的毛細結構,從而形成強度和穩定性。形態粉狀施工工藝平路備料拌合運輸和攤鋪整型碾壓接縫保養效果1.固化土壤的早期強度不高；2.由于固化劑加人量較大，形成膠凝 的過程會產生較大的變形，固化土容易干縮，形成裂縫

9、，破壞結構，影響水穩定性；3.固化效果依賴于土壤的顆粒度和含水量，在施工上存在著限制；經濟性用量大，施工量大，不經濟。11(2)礦渣硅酸鹽類固化劑特點固化機理利用活性激發成分促進固化劑水化和產生膠結土壤顆粒的膠凝物質，并且在一定程度上激發土壤顆粒本身的活性，在固化劑和土壤顆粒之間進一步形成有效的作用力，并且保留部分活性成分，在較長的時間內穩定地增加強度。形態粉狀施工工藝平路備料拌合運輸和攤鋪整型碾壓接縫保養效果1.由于這類固化劑采用的是水硬性成分，所以防水抗凍性能較好；2.適用的土壤類型有限；3.固化劑摻入量仍然較大，施工量沒有降低；經濟性固化劑用量大，施工和運輸成本高。12(3)高聚物類固化

10、劑特點固化機理利用聚合物交聯形成立體結構包裹和膠結土粒，或者利用表面活性劑改變土粒表面親水性質，形成有效的抗水能力，在土壤壓實的基礎上，可以得到較好的抗壓強度。形態液體施工工藝平路噴灑稀釋固化劑拌合壓實保養效果1.一般采用水溶液的形態與土壤混合，施工方便；2.加人催化聚合成分或者直接利用土壤成分來實現交聯，土壤早期強度和后期穩定強度均可以滿足要求；3.適用的土壤類型比較多，適應性比較好；4.抗水性能比較差，遇水強度急劇降低；經濟性固化劑的摻人量較少，成本可以有較大幅度的降低。13(4)電離子溶液類固化劑特點固化機理利用強離子來破壞土壤顆粒表面的雙電層結構，減弱土壤表面與水的化學作用力，并且從根

11、本上改變土壤顆粒的表面性質，使其趨于憎水性,在壓力作用下使得土壤形成強度和良好的抗水性能，其中還包括一定的離子交換促使土壤具備一些活性，從而促進土壤的穩定和強度。形態液體施工工藝平路噴灑稀釋固化劑拌合壓實保養效果1.施工需要的用水量比較大；2.對土壤成分有一定的要求；經濟性施工方便，成本低。143 國外應用情況介紹20世紀70年代，美日等國家由于工程建設的需要，對土壤固化技術進行了深層次研發，加固土壤的材料由原來單一的水泥、石灰、粉煤灰發展到專門用來固結土壤的新材料土壤固化劑( Soil Stabilizer )。土壤固化劑是指能改善和提高土壤工程技術性能的復合材料，其能夠克服石灰、水泥和粉煤

12、灰等單一材料的缺點，作用對象是各種土壤。現在土壤固化劑己大量應用于水利工程、高速鐵路、高速公 路、機場跑道等方面，效益非常明顯，被美國工程新聞稱為20世紀的偉大發明創造之一，日本稱之為 21世紀的新材料。154 中國應用現狀20世紀80年代，國內有關單位開始引進國外土壤固化劑技術，在吸收國外經驗的基礎上，針對我國土壤性質，開始了土壤固化劑的研究工作。迄今為止，先后有多家科研院所和大專院校對土壤固化劑進行了研究，并先后取得了一些研究成果。目前，我國土壤固化劑的研制主要集中在無機類(礦渣硅酸鹽類)方面，主要以水泥熟料或特種水泥熟料、石灰及工業廢渣等為主要原料，添加少量的激發劑制備而成，其固化機理與

13、水泥、石灰相同。國內在高聚物類固化劑和電離子溶液(ISS)類固化劑的研發方面與國外還有很大差距，目前還只是停留在實驗室階段。165 主要產品介紹(1)新加波的RTX300土壤固化劑RTX-300是一種液態穩定劑和土質強化劑，用于建造耐久的、防雨公路的路面，或用于為瀝青路面提供特別的、持久的基礎層。是一種特別的多功能化學品混合物，當正確使用后，經化學作用使土壤變成堅硬防水的持力層。該產品已在世界多個國家廣泛使用。RTX-300具有以下特點：* 適用土壤范圍廣；* 液體，用量小，施工方便；* 可大幅降低工程費用；* 無腐蝕性，無害，不易然；17(2)路基實“路基實”是澳洲國際離子土壤穩固劑實業有限公司的主要產品。其實質上是一種催化劑，可以減少土壤中除化合水外其他水分子的二極力矩，這樣將導致水分子的裂解，產生氫離子和氫氧根離子。此過程將一直持續下去，并伴隨著不同的帶電（正電及負電）離子產生，吸附水層減少，土壤顆粒失去了其膨脹特性，從而使整個土壤層結構變得松散，就容易被壓實，這個過程是不可逆的。在水分子的裂解過程中排出的氫離子，可以與自由態的氫氧根離子再復合而形成水，或復合成氫氣。釋放出來的水可以滲透出去或者被壓路機擠出，隨后被蒸發。這樣，通過改變淤泥或黏土顆粒的Zeta電勢（動電電勢)，土體將達到理想的壓縮狀況。路基實在西方發達國家得到了廣