1、土壤固化剂介绍土壤固化剂介绍内内 容容土壤固化剂技术原理土壤固化剂技术原理1各类固化剂的特点各类固化剂的特点 2国外应用情况介绍国外应用情况介绍3中国应用现状中国应用现状4主要产品介绍主要产品介绍51 土壤固化剂技术原理土壤固化剂技术原理土壤固化剂定义与分类土壤固化剂定义与分类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。按固化机理来分，土壤固化剂可分为四大类；(1)石灰水泥类固化剂；(2)矿渣硅酸盐类固化剂；(3)高聚物类固化剂；(4)电离子溶液(ISS)类固化剂。土壤固化机理土壤固化机理土壤固化机理主要表现在两方面：水的处理和土壤颗粒的胶结
2、。(1)(1)水的处理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，胶粒与胶粒之间锥持一定距离，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
3、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。处理水的方式有两种。一种是将游离水转化为结晶水，利用生成高结晶水的物质消耗土壤中的游离水分。结晶水不参与上述破坏土壤强度的过程，并且生成的结晶水合物具有胶凝的性质,可以堵塞土块中的各种毛细管道，避免渗入水分再一次破坏固化土的结构。上述第一、第二类固化剂均采用这种方式。但实验事实表明，这种方式处理后的土壤往往抗水性能并不佳。进一步实验表明,对于含亲水性阳离子较多的土壤，在形成结晶水的过程中伴随着溶液浓缩和盐类结晶过程，往往导致部分游离水残余,另外这些盐类也阻碍胶凝物质对土
4、粒的胶结作用，在土粒与胶凝物质之间形成亲水间层，遇水容易崩坏。所以如何处理这部分阳离子，对土 壤固化影响很大。第二种常用的处理水的方式是破坏土粒表面的亲水性质，削弱土粒与水之间的作用力，利用施压和引流等措施除去土壤中的水分。第三、第四类固化剂基本上是采用这种方式，但各具特点。利用高聚物来固化土，一般是利用高聚物包裹层本身具有的憎水性质;而电离子溶液是利用离子交换将土 粒表面亲水性较强的阳离子变成亲水能力较差的铝离子等，再辅助以离子配位,使得土粒表面趋于电中性，从而释放土粒表面的吸附水。从效果上看，采用髙聚物固化剂抗水性能普遍很差，而采用电离子溶液，从现有资料来看，是比较有效的。从最近的些实验事
5、实可以分析，用高聚物固化土壤形成的憎水层往往含有水分子可以自由进出的通道。这是 由于一般的聚合物为链状结构，而且由于聚合度的限制没有办法在土粒上形成完整的包裹层。另外，聚合物分子与土粒之间的化学键合强度往往不够，土粒优先与水分子形成化学键，当水分经由通道靠近土粒表面时，很快就会破坏聚合物的包裹作用，从而使得固化土块迅速崩解。所以，如何有效的形成包裹结构和增强与土粒的键合，是聚合物类土壤固化剂发展的方向。(2)(2)土壤颗粒的胶结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，
6、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剂有着明显的优势,可以节省大量的施工费用。现有的固化剂在土粒的胶结上一般也是两种方式。一种是利用自身形成粘结土粒的结构，不管是凝胶或者是高聚物链，将土粒包裹镶嵌在已经形成的结构中。一般情况下硅酸盐的凝胶对土粒具有较强的粘结作用，利用第一、第二类固化剂得到的固化土无限侧压一般要髙于第三、第四类固化剂。但是采用这种方式，土粒和粘结物之间的作用并不是化学键，而是物理固定和静电作用，所以，正如上文已经
7、分析的那样，要做好防水的准备，提高粘结物质本身的强度。对于那些亲水阳离子，可以通过离子交换或者结合沉淀的方式除去。如果采用髙聚物固化剂,聚合物链的长度和支化程度都正比于固化土的强度;增加交联度不仅有助于防水，也有助于提高抗压强度。第二种胶结土粒的方式就是激发土粒本身的活性，利用土粒与土粒之间的反应使得土壤成为整体，这也是土壤固化剂最终的目标。根据现有资料，第二类固化剂涉及到激发土壤的反应活性;电离子溶液固化剂处理的土壤颗粒含有部分具有活性的铝,在压力和配位离子作用下，土粒相互靠近以及通过化学键连接在一起。这些只是具有建设意义的机理推测，深入的研究需要建立在认真分析土壤颗粒化学组成和空间结构的基
8、础之上，需要对具有活性的硅酸盐类物质和土壤进行对比分析。就目前所知，在一定条件下，土壤颗粒自己会聚合。在形成离子晶体时,遵循Pauling法则。根据这一法则，利用低价离子取代土壤中的铝离子，有利于土壤中矿物晶体的再形成。另外，钙离子有利于硅酸盐的聚集，铁离子化合物会在土壤结晶中处于中心晶核的地位。实际上，这两种胶结的方式经常出现在同一种固化土中，相互促进。2 各类固化剂的特点各类固化剂的特点石灰水泥类固化剂、矿渣硅酸盐类固化剂、高聚物类固化剂、电离子溶液类固化剂的特点分述如下：(1)(1)石灰水泥类固化剂特点石灰水泥类固化剂特点固化机理结合土壤中的水分、形成胶凝成分来胶结土壤，堵塞土壤的毛细结
9、构,从而形成强度和稳定性。形态粉状施工工艺平路备料拌合运输和摊铺整型碾压接缝保养效果1.固化土壤的早期强度不高；2.由于固化剂加人量较大，形成胶凝 的过程会产生较大的变形，固化土容易干缩，形成裂缝，破坏结构，影响水稳定性；3.固化效果依赖于土壤的颗粒度和含水量，在施工上存在着限制；经济性用量大，施工量大，不经济。(2)矿渣硅酸盐类固化剂特点矿渣硅酸盐类固化剂特点固化机理利用活性激发成分促进固化剂水化和产生胶结土壤颗粒的胶凝物质，并且在一定程度上激发土壤颗粒本身的活性，在固化剂和土壤颗粒之间进一步形成有效的作用力，并且保留部分活性成分，在较长的时间内稳定地增加强度。形态粉状施工工艺平路备料拌合运
10、输和摊铺整型碾压接缝保养效果1.由于这类固化剂采用的是水硬性成分，所以防水抗冻性能较好；2.适用的土壤类型有限；3.固化剂掺入量仍然较大，施工量没有降低；经济性固化剂用量大，施工和运输成本高。(3)高聚物类固化剂特点高聚物类固化剂特点固化机理利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，或者利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质，形成有效的抗水能力，在土壤压实的基础上，可以得到较好的抗压强度。形态液体施工工艺平路喷洒稀释固化剂拌合压实保养效果1.一般采用水溶液的形态与土壤混合，施工方便；2.加人催化聚合成分或者直接利用土壤成分来实现交联，土壤早期强度和后期稳定强度均可以满足要求；3.适用的土壤类型比较
11、多，适应性比较好；4.抗水性能比较差，遇水强度急剧降低；经济性固化剂的掺人量较少，成本可以有较大幅度的降低。(4)电离子溶液类固化剂特点电离子溶液类固化剂特点固化机理利用强离子来破坏土壤颗粒表面的双电层结构，减弱土壤表面与水的化学作用力，并且从根本上改变土壤颗粒的表面性质，使其趋于憎水性,在压力作用下使得土壤形成强度和良好的抗水性能，其中还包括一定的离子交换促使土壤具备一些活性，从而促进土壤的稳定和强度。形态液体施工工艺平路喷洒稀释固化剂拌合压实保养效果1.施工需要的用水量比较大；2.对土壤成分有一定的要求；经济性施工方便，成本低。3 国外应用情况介绍国外应用情况介绍20世纪70年代，美日等国
12、家由于工程建设的需要，对土壤固化技术进行了深层次研发，加固土壤的材料由原来单一的水泥、石灰、粉煤灰发展到专门用来固结土壤的新材料土壤固化剂(Soil Stabilizer)。土壤固化剂是指能改善和提高土壤工程技术性能的复合材料，其能够克服石灰、水泥和粉煤灰等单一材料的缺点，作用对象是各种土壤。现在土壤固化剂己大量应用于水利工程、高速铁路、高速公 路、机场跑道等方面，效益非常明显，被美国工程新闻称为20世纪的伟大发明创造之一，日本称之为 21世纪的新材料。4 中国应用现状中国应用现状20世纪80年代，国内有关单位开始引进国外土壤固化剂技术，在吸收国外经验的基础上，针对我国土壤性质，开始了土壤固化
13、剂的研究工作。迄今为止，先后有多家科研院所和大专院校对土壤固化剂进行了研究，并先后取得了一些研究成果。目前，我国土壤固化剂的研制主要集中在无机类(矿渣硅酸盐类)方面，主要以水泥熟料或特种水泥熟料、石灰及工业废渣等为主要原料，添加少量的激发剂制备而成，其固化机理与水泥、石灰相同。国内在高聚物类固化剂和电离子溶液(ISS)类固化剂的研发方面与国外还有很大差距，目前还只是停留在实验室阶段。5 主要产品介绍主要产品介绍(1)(1)新加波的新加波的RTX300RTX300土壤固化剂土壤固化剂RTX-300是一种液态稳定剂和土质强化剂，用于建造耐久的、防雨公路的路面，或用于为沥青路面提供特别的、持久的基础
14、层。是一种特别的多功能化学品混合物，当正确使用后，经化学作用使土壤变成坚硬防水的持力层。该产品已在世界多个国家广泛使用。RTX-300具有以下特点：*适用土壤范围广；*液体，用量小，施工方便；*可大幅降低工程费用；*无腐蚀性，无害，不易然；(2)(2)路基实“路基实”是澳洲国际离子土壤稳固剂实业有限公司的主要产品。其实质上是一种催化剂，可以减少土壤中除化合水外其他水分子的二极力矩，这样将导致水分子的裂解，产生氢离子和氢氧根离子。此过程将一直持续下去，并伴随着不同的带电（正电及负电）离子产生，吸附水层减少，土壤颗粒失去了其膨胀特性，从而使整个土壤层结构变得松散，就容易被压实，这个过程是不可逆的。
15、在水分子的裂解过程中排出的氢离子，可以与自由态的氢氧根离子再复合而形成水，或复合成氢气。释放出来的水可以渗透出去或者被压路机挤出，随后被蒸发。这样，通过改变淤泥或黏土颗粒的Zeta电势（动电电势)，土体将达到理想的压缩状况。路基实在西方发达国家得到了广泛的应用。(3)(3)派酶大力浆“派酶大力浆”是由美国国际酶制品有限公司研制的一种棕色、无菌的液态复合生物酶浓浆，其既能催化土壤的固结反应，又能改变土壤结构，是一种高效的生物酶类固化剂。“派酶大力浆”能增加土壤密度，降低土壤膨胀系数，增强土壤抗渗、防水和防冻性能，从而极大地提高土壤工程性能。经过多年的发展，用“派酶大力浆”筑路已是一种成熟的筑路技术，在美国、加拿大、墨西哥、澳大利亚等国家己修建了几万公里的道路。chinatowering
