固化剂在加固土中的研究应用综述

卢 瑶

（重庆特铺路面工程技术有限公司，重庆 401121）

0.引言

目前国内外加固土的应用较多的是水泥加固土、石灰加固土及二灰加固土，但随着公路工程建设规模的逐渐扩大，往往因各地土质的差别，如：粉土遇水不稳定、粘性土膨胀性大等等，使得施工过程或是公路使用过程中不时出现各种各样难以解决的问题。因此，如何对各种特殊土在工程建设施工中进行恰当的处理便成了世界各国学者们越发关注的问题。对于这些特殊土而言，如果还是单纯的使用水泥、石灰进行简单的加固，显然其效果并不理想。在这样的情况下，学者们纷纷开始寻求新的解决方法，即对土壤固化剂展开研究。

1.土壤固化剂的固化机理

对于单纯的土体而言，其土体的整体强度主要由土粒之间的粘聚力和内摩阻力决定。当有外来物质加入时，其固化机理较为复杂，如：水泥土在固化稳定土壤过程中的主要作用包括：水泥水解水化反应、硬凝反应、离子交换及团粒化作用和碳酸化作用等等。可以这样说，加固土时所出现的各种作用过程是非常复杂和多种多样的，视土的性质和结合料的种类不同而异，但可概括为化学过程、物理化学过程和物理力学过程[3]。土壤固化剂的固化机理也并不例外，当其与一定含水率的土壤充分混合后，在土壤表面会发生电离作用，失去一定的活性，进而产生一系列持久且不可逆的物理化学及物理力学反应，使得土壤颗粒间几乎不再相互排斥，同时吸附性也会遭到一定的破坏，最终当土壤内部达到平衡时，便形成了结晶盐。这也是为什么经过土壤固化剂处理后的路基会比未经土壤固化剂处理的路基更耐水浸润的原因。

总的来讲，土壤固化剂的固化机理过程大致可归纳为三类，即物理化学过程、化学过程和物理力学过程。

物理化学过程主要指土颗粒与固化剂中各组分之间发生的一系列物理吸附、化学吸附和物理化学吸附过程。其中物理吸附过程是指在分子力作用下固化剂中的某些成分通过物理吸附作用吸附在土颗粒表面，使得其表面自由能降低，双电层减薄。化学吸附的作用是通过这一吸附作用，使得吸附剂与被吸附剂之间发生复杂的化学反应，从而生成新的不溶物质，与此同时这些生成的物质之间还会形成强有力的化学键。物理化学吸附则是指土颗粒表面与固化剂中的某些离子发生离子交换反应。

化学过程是指土颗粒与固化剂在相互作用过程中，土颗粒与固化剂中的某些成分或固化剂本身发生的化学反应过程。如：水化水解反应、碳酸化反应、聚合（缩聚）反应、火山灰反应、络合反应等等。

物理力学过程是指土壤固化剂在固化土壤时，土料经过粉碎、拌合和压实，土体的基本单元在外力的作用下彼此靠近，从而减少土体的空隙率，增大密实度，降低渗水性，这种过程是可逆的，土体的强度随着外界条件的改变会发生变化[4]。

以上三个过程的发生是相互联系与促进的，并无明显的先后之分。但仍然会因为具体的成分差异而有所不同，因此需要我们具体情况具体分析，这样才能使固化剂充分发挥其固化作用，改善土壤工程性能。

2.国内外固化剂在加固土中的研究现状

关于土壤固化剂的研究国外的一些发达国家起步较我国早，20世纪初美国、日本、澳大利亚等国就从固化剂的各个领域出发，研制出了适合不同土质要求的固化剂，如：Soilrock、 EN-1、帕尔玛固化酶、Roadbond、Roadpacker等土壤固化剂，并开始将其应用在加固土工程当中。而我国直到20世纪80年代才开始引进这项技术，但也取得了一定的成果。

1992年，Bobrowski研究出一种离子类固化剂来加固软基土[5]。1999年，Shenbaga R.Kharaj、Vasant G等人建立了固化剂固化土的强度与龄期、粉煤灰掺量和水泥掺量之间的函数关系[6]。2001年，李文瑛、戴经梁等人分析了加固土双电层理论的强度形成机理，并对液体固化剂加固土和石灰加固土的一系列路用性能进行了系统的分析研究。2002年，董邑宁、张青娥、徐日庆等人根据室内试验结果，分析了ZDYT-2加固土的无侧限抗压强度的变化规律及在不同掺入比和龄期时的应力-应变关系，给出了强度预测公式和应力-应变关系式[7]。2005年，李军通过室内外试验，系统深入的研究了中路（ZL）系列土质固化剂的固化机理，并提出了复合加固土抗弯拉（劈裂）强度、抗压回弹模量等参数的设计值。2008年，戴文亭、陈瑶等人采用了美国 Base-Seal 固化剂（BS-100）对某具体地区的黏性土进行了固化处理，并对该固化加固土路用性能进行了系统学习研究。2012年，韦华、陈迅捷、鄢俊等人通过在黏土中掺入早强型土壤固化剂ES与普通型土壤固化剂OS，分析研究了加固土体在高含水率条件下抗压强度、抗干湿循环性能随养护龄期、含水率发展的规律[8]。2013年，吴冠雄采用生物酶土壤固化剂( TerraZyme) 进行了固化土壤在不同级配、外加剂下，生物酶固化土的室内外路用性能的试验研究。根据其研究结果，建立了粗细集料含量与生物酶固化土的最大干密度及最佳含水率之间的关系式。

3.总结

从上述文献可知土壤固化剂已在公路工程施工中得到了广泛的应用，不但可以就地取材，方便施工，而且在其施工过程中对环境的污染甚小。但我国土壤固化剂无论是研发还是应用都较国外晚，且大多的技术又源于外国的开发，一些学者在研究某一问题时只是生搬硬套的将其方法套用过来，就称得出了所谓结合本国当地实际情况推出的具有针对性的固化剂理论，在实际工程中的应用意义也不大，因此关于固化剂在我国到底该如何发展使用还存在着一些亟待解决的问题。

1.我国的土质因地而异，复杂多变，但在土壤固化剂的研制过程中，大多学者都对其针对性和普遍适应性考虑甚少，这便使得部分地区土壤固化剂的应用不够理想。

2.加固土的性状十分复杂，而我们对这些设想的物理化学作用并未真正的认识清楚。因此，土壤固化剂作为一种目前较为新型的土木工程筑路材料，对其普适性、特殊性、工艺性、针对性及固化机理等各方面都还需要我们进行大量深入研究。

[1]卓建平,道路固化剂的研究[D].长安大学硕士学位论文,2004:1;

[2]郭印,淤泥质土的固化及力学特性的研究[D].浙江大学博士学位论文,2007:2;

[3]张登良,加固土原理[M].人民交通出版社,1990:31-32;

[4]赵鑫,土壤固化剂在公路工程中的应用研究[D].长安大学工程硕士学位论文,2012:13;

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

[6]查文华、范晓秋,水泥砂浆固化土工程特性试验与分析[M].合肥工业大学出版社,2010:6;

[7]董邑宁、张青娥、徐日庆,ZDYT-2固化软土试验研究[J].土木工程学报,2002,35(3):82;

[8]韦华、陈迅捷、鄢俊等,早强型土壤固化剂加固土的性能及施工工艺[J].水利水运工程学报,2012,1:57;