土壤固化剂发展现状

黄优平

【摘要】以固化土代替石料作路基使用，不仅能缓解石材逐渐稀缺的压力，也能起到保护环境、减少山体开挖的作用。因此，研究土壤固化剂的发展现状具有重要意义。本文分析了固化剂的发展趋势，介绍了国内外固化剂的发展现状，总结了不同类型固化剂的特点及其作用机理。

【关键词】固化剂；结合料；稳定材料

土壤固化剂是由多种无机和有机材料配制而成，在常温下与土壤混合后通过一系列物理化学反应，胶结土粒、填充土壤空隙、将松散土体变成致密的胶结材料，从而大大改善土壤的强度、耐久性等工程性质的新型环保工程材料[1]。

1 土壤固化剂的发展历史

自从1824年水泥问世后，水泥在改良土壤加固上得到了广泛的应用。在长期的工程实践中，不良地质改良加固，仅采用石灰、水泥等传统不良地质改良加固材料存在着明显的不足，不能满足工程建设发展的各种需要，人们 始探索更加适用于不良地质改良加固的新材料、新工艺[2]。九十年代新的土壤固化剂问世，并作为一种新型土壤加固材料在一些发达国家得到广泛应用。除了用于加固道路基层、底基层和面层以外，还可运用于路基处理、地质灾害防治、水利水电工程防渗堵漏、油田灌浆、沼气池等领域[3-4]。

2 土壤固化剂的种类

土壤固化剂按其外观形态分为两种：粉体土壤固化剂和液体土壤固化剂。按照主要化学成份可以分为4种：无机类、有机类、有机无机复合类和生物酶类[5]。

2.1 无机类土壤固化剂

无机类土壤固化剂一般为粉末状，以水泥、石灰、粉煤灰以及矿渣等作为主固剂，硫酸盐类、各种酸类、其它无机盐及少量的表而活性剂等作为激发剂复合配制而成。这类固化剂加固土，主要是靠其自身的水解、水化及其水化产物与土壤颗粒之间的化学反应产物一起增加土的强度。

2.2 有机类土壤固化剂

有机类土壤固化剂多为液体状，目前有水玻璃类、环氧树脂、高分子材料和离子类。此类固化剂一般通过离子交换原理或材料本身聚合加固土壤。通过离子交换作用的固化剂，能将土壤水分中的电荷与土壤颗粒电荷充分交换，并发生化学离子交换反应，减少土壤毛细管、土壤空隙以及表而张力所引起的吸水作用，使经过处理的土壤由“亲水性”变成“憎水性”，经机械反复的整平、振动、夯实等作用，使土壤高度密实，形成一种新的土壤结构。

2.3 有机无机复合类土壤固化剂

有机无机复合类土壤固化剂，此类固化剂是将无机材料和有机材料进行复合配制而成，综合利用无机材料和有机材料各自的特性，对土壤进行改性；这既避免了使用无机材料干缩大、易开裂、水稳性差的缺点，又充分利用了有机材料的优势，从而实现对土壤的有效改性，使其能够符合工程应用技术条件的要求。

2.4 生物酶类土壤固化剂

生物酶类土壤固化剂，此类固化剂是由有机物质发酵而成，属蛋白质多酶基产品，为液体状。按一定比例配制成水溶液洒入到土壤中，通过生物酶素的催化作用，经外力挤压密实后，能使土壤粒子之间粘合性增强，形成牢固的不渗透性结构。

3 国内外研究现状和发展动态

土壤固化剂作为一门学科于20世纪50年代开始兴起，70年代以来，以美国和日本为代表的一些国家开始基于工程建设和环境保护的角度对土壤固化剂进行研究，固化材料逐渐从固态变成液态，从单一走向综合开发；固化土类型也从普通黏土逐渐开始扩充到膨脹土、红泥土等其他特殊土体；研究手段也在不断更新，从电化学的角度过渡到逐渐形成的土壤加固学[6]。Kweishr研究了用水泥、粉煤灰和一种产自日本的化学物质加固土体[7]。Bobrowski研究出一种离子类固化剂来加固软基土[8]。Zalihe绍了用C级粉煤灰处理塞浦路斯广泛分布的膨胀土，效果显著，并探讨了其离子交换的作用原理[9]。Nalbantoglu等利用橄榄树经过提取橄榄油或深加工之后的物质，经燃烧后，将其灰烬作为一种土壤固化剂来改善膨胀土的失水收缩和遇水膨胀的特性。

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，并取得了一系列研究成果。梁文泉等[10]采用特殊的二氧化硅、活性铝、铁等组成的无机材料研制出一种较普通硅酸盐水泥轻的水硬性胶凝材料——GA新型土壤固化剂。侯浩波等[11]曾报道由武汉大学科技人员研制的HAS土壤固化剂。黄新等[12]将工业废石膏与水泥进行混合，形成一种新的CG固化剂。尚路等[13]以广西桂中、桂西南等地的膨胀土为工程背景，研制出新型CHF土壤固化剂，它是一种黏稠液体，经水稀释与黏土混合压实后，通过离子交换原理改变黏土颗粒双电层结构，能永久地将土壤的亲水性变为憎水性，同时使土易于压实，形成强度较高、结构稳定的整体板块，土壤的自由膨胀率可以降低40%左右，从而可以应用于路面基层的改造和路床处理。

参考文献：

[1] 尚路， 韦登远等. CHF复合离子型土壤固化剂加固土的力学性研究[J]. 工程材料与设备， 2012， 30（1）：159-161.

[2] 陆章发. CHF土壤固化剂在道路工程中的应用技术研究[D]. 广西大学， 2013.

[3] 赵丽萍.土壤固化剂在道路施工中的应用探讨[J].福建建材，2011（2）：47-49.

[4] 廉桂兴.土壤固化剂在公路路基施工中的应用[J].天津建设科技，2010（5）：50-52.

[5] 宋南京， 陈新中， 赵洪义. 土壤固化剂的研究进展和应用[C]. 山东宏艺科技有限公司， 2009.

[6] Kweishr. Use of cement，flash and EER admixture in soil stabilization[D]. University of Lowell， 1988.

[7] Bohrowski. Injection of a liquid soil stabilizer into subgrade soil-rescarch report[R]. Austin：Texas Dept of Transportation， 1992.

[8] Zalihe N. Effectiveness of class C fly ash as an expansive soil stabilizer[J]. Construction Building Mater， 2004， 18（6）：377.

[9] Nalbantoglu. Evaluation of the effectiveness of olive cake residue as an expansive soil stabilizer[J]. Environmental Geology， 2006， 50（6）：803.

[10] 梁文泉， 何真， 李亚杰等. 土壤固化剂的性能及固化机理的研究[J]. 武汉水利电力大学学报， 1995， 28（6）：675.

[11] 侯浩波. HAS上壤固化剂固化土料的特性及工程应用[J]. 工业建筑， 2006， 36（7）：32.

[12] 黄新， 胡同安. 水泥-废石膏加固软上的试验研究[J]. 岩土工程学报， 1998， 20（5）：72.

[14] 尚路， 宋淑真， 谢荣武等. CHF上壤固化剂加固上性能研究[J]. 广西城镇建设， 2011（8）：55.