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1、土壤固化剂技术研究与工程应用现状 柯结伟,庞有师,陈志勇 (解放军理工大学工程兵工程学院,江苏 南京 210007)摘要:从土壤固化剂的分类、物资材料组成、实验研究方法、固结机理四个方面来阐述土壤 固化剂的科学研究现状。阐述了固化剂产品在我国的工程应用现状,并综合分析固化剂的发展形 势,指出其中不足,对国内固化剂的发展提出几点建议。关键词:土壤固化剂;分类;技术研究;工程实践;固结机理软弱地基处理一直是困扰道路建设的一个难题, 在我国的干线公路
2、,特别是高等级公路建设中,普遍 采用石灰稳定土、水泥稳定土或各种综合稳定土类底 基层等传统的土壤加固方法。而这些方法往往会带来 土体强度不够、容易产生收缩裂缝、受环境温度影响 较大、工程费用增加、生态环境破坏等方面的问题。 土壤加固剂作为一种新型的土壤加固材料,它的出 现,研究与应用解决了关于软弱地基处理方面的很多 实际问题。国外一些发达国家在20世纪40年代就开始了对 土体加固技术的研究,并已经形成了一门综合性的交 叉学科。国际上,欧洲建筑业最先提出土力学理论; 日本由于地理因素限制,对土壤固化剂的研究投入很 大,成果较多;美国和加拿大在利用土壤固化
3、技术建 设道路上有很多成功的例子;还有像德国、澳大利 亚、南非等国也处在研究的前列[1]。土壤固化剂自从20世纪90年代引入我国以来, 科学研究方面已经取得了一定的成果,并且我国建设 部于1998年6月30日发布了土壤固化剂的行业标准 (CJ/T3070—1998)。国内土壤加固剂在路基加固、 堤坝防护、渠道防渗等方面得到的一些实际应用,在 减少工程费用、提高路基强度、减少施工工期、增强 土体稳定性等方面取得了一定的效果。目前国内不少科研院所也开始了对土壤加固技术的研究,建筑材料 市场上也出现了少量我国自己开发研制的土壤加固 剂。但从整体上看,国外与国
4、内的土壤固化剂都存在 一些缺陷,如直接作为基层强度还不够高、单一品种 固化剂只能适应某种特定类型土壤等等。这也是制约 土壤加固剂广泛使用重大因素,而且近几年研究工作 也处于低潮。该文从土壤固化剂的分类、结构物质组 成、固结原理、试验研究方法、固化剂的国内市场、 固化剂的工程应用六个方面阐述土壤固化剂在我国的 发展现状,并指出发展当中的几点不足,以便各方从 中找到自己的科学研究方向。1 土壤固化剂的分类国内的固化剂产品大致可以分为标准固化材料和 非标准固化材料两类,而土壤固化剂属于非标准类固 化剂。在非标准固化剂中按其作用原理的不同又可以 分为物理类、化
5、学类和生物类固化剂,其中生物酶类 土壤固化剂是一种高科技液态复合酶制品,具有催化 土壤固化、改变土壤结构的显著作用,是一种高效生 物土壤稳定材料。他的出现使受“土蚁塔”的启发, 通过研究蚂蚁唾液的成分和固化原理,最近研究制造 出来的。现在市场上的固化剂大都以化学固化剂为 主。化学固化材料从其组成上应分为有机类和无机两大类:(1)有机类:可分为单组分和多组分的液体 这里的单组分和多组分并不是以往概念上的组分,他 是以固化材料原液的种类划分的。(2)无机类:有固粉型和液粉型之分,而固粉 类中多是以水泥和石灰为主的无机结合料,我国现行 的土壤固化材料多是以这
6、种固化形式为主。固化剂的 分类形势,如图1所示。2 土壤固化剂的结构物质组成随着科学研究的深入和工程实践的增多,新材料 不断出现,固化剂的种类也就越来越多。目前市场上 土壤固化剂的材料分为无机结合材料、含有离子的粘 稠状液体物质和化学物质三种物质组成[2],同时材料 的不同决定着他们有着不同的性质。2·1 无机结合料无机结合料类主要包括石灰、水泥、粉煤灰和一 些为了提高早强性的钠盐。可以某种材料单独使用, 也可以几种材料混合运用。作为一种传统的固化剂, 有着丰富的工程实践经验。虽然原料丰富,价格便 宜,但经过实践,人们同时也发现了他有很多方面不 足:①
7、凝结后容易产生干缩裂缝,受环境和温度影 响较大;②加固土的类型受限制,对塑性指数高的 粘土和有机土加固效果不理想;③早强性能差,直 接影响工程进度,加入早强剂又会直接提高原材料价 格。2·2 含有多种强离子的粘稠状液体物质含有多种强离子的粘稠状液体物质形成的固化剂 一般为离子固化剂(IonicSoilStabilizer)。1959年发 明于美国,逐渐流传到加拿大、南非、澳大利亚等 国。具有以下几方面优点:①持续作用时间长,加 固强度高;②加固后为柔性基层,不易产生裂缝; ③材料对人、动物、植物没有毒害作用,是绿色产品。各个国家的主要离子固化剂品种如表
8、1所示。2·3 化学物质两种或者更多品种的化学物质组合一般形成复合 型土壤固化剂,主要是针对不
