固化劑在加固土中的研究應用綜述

盧 瑤

（重慶特鋪路面工程技術有限公司，重慶 401121）

0.引言

目前國內外加固土的應用較多的是水泥加固土、石灰加固土及二灰加固土，但隨著公路工程建設規模的逐漸擴大，往往因各地土質的差別，如：粉土遇水不穩定、粘性土膨脹性大等等，使得施工過程或是公路使用過程中不時出現各種各樣難以解決的問題。因此，如何對各種特殊土在工程建設施工中進行恰當的處理便成了世界各國學者們越發關注的問題。對于這些特殊土而言，如果還是單純的使用水泥、石灰進行簡單的加固，顯然其效果并不理想。在這樣的情況下，學者們紛紛開始尋求新的解決方法，即對土壤固化劑展開研究。

1.土壤固化劑的固化機理

對于單純的土體而言，其土體的整體強度主要由土粒之間的粘聚力和內摩阻力決定。當有外來物質加入時，其固化機理較為復雜，如：水泥土在固化穩定土壤過程中的主要作用包括：水泥水解水化反應、硬凝反應、離子交換及團粒化作用和碳酸化作用等等?？梢赃@樣說，加固土時所出現的各種作用過程是非常復雜和多種多樣的，視土的性質和結合料的種類不同而異，但可概括為化學過程、物理化學過程和物理力學過程[3]。土壤固化劑的固化機理也并不例外，當其與一定含水率的土壤充分混合后，在土壤表面會發生電離作用，失去一定的活性，進而產生一系列持久且不可逆的物理化學及物理力學反應，使得土壤顆粒間幾乎不再相互排斥，同時吸附性也會遭到一定的破壞，最終當土壤內部達到平衡時，便形成了結晶鹽。這也是為什么經過土壤固化劑處理后的路基會比未經土壤固化劑處理的路基更耐水浸潤的原因。

總的來講，土壤固化劑的固化機理過程大致可歸納為三類，即物理化學過程、化學過程和物理力學過程。

物理化學過程主要指土顆粒與固化劑中各組分之間發生的一系列物理吸附、化學吸附和物理化學吸附過程。其中物理吸附過程是指在分子力作用下固化劑中的某些成分通過物理吸附作用吸附在土顆粒表面，使得其表面自由能降低，雙電層減薄?；瘜W吸附的作用是通過這一吸附作用，使得吸附劑與被吸附劑之間發生復雜的化學反應，從而生成新的不溶物質，與此同時這些生成的物質之間還會形成強有力的化學鍵。物理化學吸附則是指土顆粒表面與固化劑中的某些離子發生離子交換反應。

化學過程是指土顆粒與固化劑在相互作用過程中，土顆粒與固化劑中的某些成分或固化劑本身發生的化學反應過程。如：水化水解反應、碳酸化反應、聚合（縮聚）反應、火山灰反應、絡合反應等等。

物理力學過程是指土壤固化劑在固化土壤時，土料經過粉碎、拌合和壓實，土體的基本單元在外力的作用下彼此靠近，從而減少土體的空隙率，增大密實度，降低滲水性，這種過程是可逆的，土體的強度隨著外界條件的改變會發生變化[4]。

以上三個過程的發生是相互聯系與促進的，并無明顯的先后之分。但仍然會因為具體的成分差異而有所不同，因此需要我們具體情況具體分析，這樣才能使固化劑充分發揮其固化作用，改善土壤工程性能。

2.國內外固化劑在加固土中的研究現狀

關于土壤固化劑的研究國外的一些發達國家起步較我國早，20世紀初美國、日本、澳大利亞等國就從固化劑的各個領域出發，研制出了適合不同土質要求的固化劑，如：Soilrock、 EN-1、帕爾瑪固化酶、Roadbond、Roadpacker等土壤固化劑，并開始將其應用在加固土工程當中。而我國直到20世紀80年代才開始引進這項技術，但也取得了一定的成果。

1992年，Bobrowski研究出一種離子類固化劑來加固軟基土[5]。1999年，Shenbaga R.Kharaj、Vasant G等人建立了固化劑固化土的強度與齡期、粉煤灰摻量和水泥摻量之間的函數關系[6]。2001年，李文瑛、戴經梁等人分析了加固土雙電層理論的強度形成機理，并對液體固化劑加固土和石灰加固土的一系列路用性能進行了系統的分析研究。2002年，董邑寧、張青娥、徐日慶等人根據室內試驗結果，分析了ZDYT-2加固土的無側限抗壓強度的變化規律及在不同摻入比和齡期時的應力-應變關系，給出了強度預測公式和應力-應變關系式[7]。2005年，李軍通過室內外試驗，系統深入的研究了中路（ZL）系列土質固化劑的固化機理，并提出了復合加固土抗彎拉（劈裂）強度、抗壓回彈模量等參數的設計值。2008年，戴文亭、陳瑤等人采用了美國 Base-Seal 固化劑（BS-100）對某具體地區的黏性土進行了固化處理，并對該固化加固土路用性能進行了系統學習研究。2012年，韋華、陳迅捷、鄢俊等人通過在黏土中摻入早強型土壤固化劑ES與普通型土壤固化劑OS，分析研究了加固土體在高含水率條件下抗壓強度、抗干濕循環性能隨養護齡期、含水率發展的規律[8]。2013年，吳冠雄采用生物酶土壤固化劑( TerraZyme) 進行了固化土壤在不同級配、外加劑下，生物酶固化土的室內外路用性能的試驗研究。根據其研究結果，建立了粗細集料含量與生物酶固化土的最大干密度及最佳含水率之間的關系式。

3.總結

從上述文獻可知土壤固化劑已在公路工程施工中得到了廣泛的應用，不但可以就地取材，方便施工，而且在其施工過程中對環境的污染甚小。但我國土壤固化劑無論是研發還是應用都較國外晚，且大多的技術又源于外國的開發，一些學者在研究某一問題時只是生搬硬套的將其方法套用過來，就稱得出了所謂結合本國當地實際情況推出的具有針對性的固化劑理論，在實際工程中的應用意義也不大，因此關于固化劑在我國到底該如何發展使用還存在著一些亟待解決的問題。

1.我國的土質因地而異，復雜多變，但在土壤固化劑的研制過程中，大多學者都對其針對性和普遍適應性考慮甚少，這便使得部分地區土壤固化劑的應用不夠理想。

2.加固土的性狀十分復雜，而我們對這些設想的物理化學作用并未真正的認識清楚。因此，土壤固化劑作為一種目前較為新型的土木工程筑路材料，對其普適性、特殊性、工藝性、針對性及固化機理等各方面都還需要我們進行大量深入研究。

[1]卓建平,道路固化劑的研究[D].長安大學碩士學位論文,2004:1;

[2]郭印,淤泥質土的固化及力學特性的研究[D].浙江大學博士學位論文,2007:2;

[3]張登良,加固土原理[M].人民交通出版社,1990:31-32;

[4]趙鑫,土壤固化劑在公路工程中的應用研究[D].長安大學工程碩士學位論文,2012:13;

[5]Bobrowski I.Injection of a liquid soil stabilizer into subgrade soil-Researchrept[R].Austin:Texas dept of Transporatation,1992;

[6]查文華、范曉秋,水泥砂漿固化土工程特性試驗與分析[M].合肥工業大學出版社,2010:6;

[7]董邑寧、張青娥、徐日慶,ZDYT-2固化軟土試驗研究[J].土木工程學報,2002,35(3):82;

[8]韋華、陳迅捷、鄢俊等,早強型土壤固化劑加固土的性能及施工工藝[J].水利水運工程學報,2012,1:57;