淺談 ISS固化劑的原理及特點

滕維民,李明宇

(通河縣公路管理站)

1 ISS固化劑的作用機理

ISS固化劑全稱為電離子土壤強化劑(Ionic Soil Stabilizer),是一種有多個強離子組合而成的水溶劑。該劑是一種復合的化學配方,其中含有活性成分的磺化油,由植物油或魚油與硫酸作用,再經中和而得。

磺化油是一種陰離子型表面活性劑,它由一磺基(-SO3H)和烴基(R-H)的碳原子直接相連而成的有機物(RSO3H)磺酸的“親水頭”與一由碳及氫的原子組成的“疏水尾”所構成。

“親水頭”可完全溶解于水,或與水相混溶,但是不溶解于大部分的非極性的有機溶劑。當磺化油在水中擴散時,“親水頭”這部分的分子則產生離解作用,并產生一個離子SO2-3。通過硫原子,SO2-3與另一部分—“疏水尾”相連結?！笆杷病蓖耆蝗苡?或混溶于)水,卻具有親液的特性,并能與油以及非極性溶劑相混溶。這樣,ISS中的“親水頭”與“疏水尾”的“二元性”,與粘土等土壤相拌和后就能除去其泥質礦物的水分并使其 ISS與土壤的質點之間產生永久的結合固化。這種固化主要依靠ISS“親水頭”與粘土質點表面(平面的和外部的)所形成的化學鏈。

(2)ISS侵占在粘土表面上空出的離子位置;

(3)ISS的“親水頭”,在一很薄層的“因濕土所衍生的水”中溶解,并吸附在粘土泥質礦物的表面。

由此產生如下結果。

(1)原本是很機動的陽離子,現(xiàn)在已固定在它們的位置上。這是由于 ISS的分子“封閉”所致,它可以防止離子與水形成媒合復體;

(2)一旦 ISS的分子與粘土質點結合,“疏水尾”則從平面表面脫離而形成一保護油層圍繞著粘土(包括在內部層之表面上)。自然水將被“疏水尾”擠出,其擠出的力量相當于未經 ISS處理的粘土需要 42MPa以上的機械壓力的效果。換句話說,經ISS處理的粘土之壓實可藉助最小機械力即達到粘土質點結合的相當密實目的。

正是由于 ISS為一種帶高密電荷的磺化油樹脂,是一種電解質,能溶于水,在水中離解出帶正電荷的陽離子[X]n+和帶負電荷的陰離子[Y]n-,離解出來的陽離子與土壤膠體顆粒表面的陽離子[M]n+產生交換作用,趕走吸附在土壤膠體表面的、非常容易親水的陽離子,取而代之的是親水性較低、粘結力較強的鋁離子及其水化合物。而 ISS本身只是一種催化劑,與土壤反應前、后,其化學性質亦未改變,其量也未減少。因此,在土壤中只要有ISS存在,在外部壓力作用下,會具有結晶作用,土壤就會變得越來越密實,越來越堅硬,越來越巖石化。

2 ISS固化土的功能及特點

通過課題調研,根據澳大利亞生產廠家提供的資料,ISS固化土的主要功能和特點如下:

(1)用于固化粘土,可以提高路基的強度,也可以用作底基層、基層材料;

(2)適用于 ISS的土壤:塑性指數 6～30,粘土顆粒含量10%以上;

(3)ISS固化土施工后 1～2 a可達到最佳固化效果;

(4)ISS固化土既非絕對剛性材料,又非絕對柔性材料,而是介于二者之間,具有韌性材料的特征,這一點與其他固化劑有所不同;

(5)ISS土隨著時間的增長,逐漸固化,形成類似于巖石的結構,使水分不易侵入,從而提高穩(wěn)定性、耐久性和抗凍性;

(6)將ISS固化劑用水稀釋后,直接噴灑在舊砂石路表面,或將路表翻開后噴灑、拌和、碾壓,可用作路面,能夠減少沙塵,降低砂石路的養(yǎng)護費用;

(7)ISS固化土施工后 2 h即可開放交通,必要時可進行少量灑水養(yǎng)生,以防表面開裂;

(8)ISS固化土施工時不需要專用機械,常規(guī)路用設備即可滿足要求。

3 中路固化土的功能及特點

根據廠家提供的資料,中路固化劑的功能與ISS固化劑的功能相似,都能顯著提高土體的強度。與ISS固化劑原理的不同之處在于,該固化劑是一種高分子有機物,呈液態(tài),深褐色,pH值為小于 1.0,密度為 1.3～1.35 g/cm3。該材料能將土壤中的礦物質和土壤的分子分解,使其重新結晶,形成新的化學鏈,其材料無毒、無害,防火、防爆,對人類、動物、植物及環(huán)境均無污染。中路固化劑在使用時必須摻加 4%～8%的石灰或水泥,用以提高土體的水穩(wěn)定性。

根據廠家提供的資料,中路固化劑的功能與ISS固化劑的功能相似,都能顯著提高土體的強度。與ISS固化劑原理的不同之處在于,該固化劑是一種高分子有機物,呈液態(tài),深褐色,pH值為小于 1.0,密度為 1.3～1.35 g/cm3。該材料能將土壤中的礦物質和土壤的分子分解,使其重新結晶,形成新的化學鏈,其材料無毒、無害,防火、防爆,對人類、動物、植物及環(huán)境均無污染。中路固化劑在使用時必須摻加 4%～8%的石灰或水泥,用以提高土體的水穩(wěn)定性。