土壤固化剂介绍

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1、土壤固化剂介绍内容土壤固化剂技术原理1各类固化剂的特点2国外应用情况介绍3中国应用现状4主要产品介绍51土壤固化剂技术原理●土壤固化剂定义与分类土壤固化剂是在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂。按固化机理来分，土壤固化剂可分为四大类；(1)石灰水泥类固化剂；(2)矿渣硅酸盐类固化剂；(3)高聚物类固化剂；(4)电离子溶液(ISS)类固化剂。●土壤固化机理土壤固化机理主要表现在两方面：水的处理和土壤颗粒的胶结。(1)水的处理从土壤固化过程来看，土壤中水分的存在对土壤固化具有很大的负面影响。土壤中的水分

2、包括游离水和结合水，其中游离水以及通过物理吸附或表面剩余作用力吸附的水影响土壤固化。由于水的存在,溶解了土壤中的盐类和土壤本身部分带正电的活性成分，反过来促使水产生电离，形成的氢氧根离子在土壤颗粒表面通过弱的化学作用吸附聚集，使得土粒成为带负电的胶粒，进一步和土粒周围的阳离子形成双电层结构，使得土壤变成溶胶体。这样的胶体具有一定的稳定性，胶粒与胶粒之间锥持一定距离，主要是范德华力在起维系土体的作用，所以土壤的强度比较差；即使在某种条件下破坏了这种胶体结构，在饱水的环境里产生的也是松散的絮凝，对土壤的强度并没有多少提高。所以为了固化土壤，必须将土

3、壤中的水除去，并且还要保证这种形成双电层和土壤溶胶的过程不再发生。处理水的方式有两种。一种是将游离水转化为结晶水，利用生成高结晶水的物质消耗土壤中的游离水分。结晶水不参与上述破坏土壤强度的过程，并且生成的结晶水合物具有胶凝的性质,可以堵塞土块中的各种毛细管道，避免渗入水分再一次破坏固化土的结构。上述第一、第二类固化剂均采用这—种方式。但实验事实表明，这种方式处理后的土壤往往抗水性能并不佳。进一步实验表明,对于含亲水性阳离子较多的土壤，在形成结晶水的过程中伴随着溶液浓缩和盐类结晶过程，往往导致部分游离水残余,另外这些盐类也阻碍胶凝物质对土粒的胶结

4、作用，在土粒与胶凝物质之间形成亲水间层，遇水容易崩坏。所以如何处理这部分阳离子，对土壤固化影响很大。第二种常用的处理水的方式是破坏土粒表面的亲水性质，削弱土粒与水之间的作用力，利用施压和引流等措施除去土壤中的水分。第三、第四类固化剂基本上是采用这种方式，但各具特点。利用高聚物来固化土，一般是利用高聚物包裹层本身具有的憎水性质;而电离子溶液是利用离子交换将土粒表面亲水性较强的阳离子变成亲水能力较差的铝离子等，再辅助以离子配位,使得土粒表面趋于电中性，从而释放土粒表面的吸附水。从效果上看，采用髙聚物固化剂抗水性能普遍很差，而采用电离子溶液，从现有资

5、料来看，是比较有效的。从最近的―些实验事实可以分析，用高聚物固化土壤形成的憎水层往往含有水分子可以自由进出的通道。这是由于一般的聚合物为链状结构，而且由于聚合度的限制没有办法在土粒上形成完整的包裹层。另外，聚合物分子与土粒之间的化学键合强度往往不够，土粒优先与水分子形成化学键，当水分经由通道靠近土粒表面时，很快就会破坏聚合物的包裹作用，从而使得固化土块迅速崩解。所以，如何有效的形成包裹结构和增强与土粒的键合，是聚合物类土壤固化剂发展的方向。(2)土壤颗粒的胶结之所以土壤需要外加固化剂，是因为土粒本身结构饱和，是反应惰性的，难于相互之间反应键合形

6、成整体。研究表明，土体的力学性质并不取决于粘土中基本结构单元的强度，而是取决于它们之间的结构粘结力。所以采用何种方式粘结土粒，是影响固化土强度的主要因素。从另一个角度看,促进土壤颗粒在固化剂中的分散，增加粘结效率，也可以增强土壤固化效果。在后一点上，液体固化剂较之固体固剂有着明显的优势,可以节省大量的施工费用。现有的固化剂在土粒的胶结上一般也是两种方式。一种是利用自身形成粘结土粒的结构，不管是凝胶或者是高聚物链，将土粒包裹镶嵌在已经形成的结构中。一般情况下硅酸盐的凝胶对土粒具有较强的粘结作用，利用第一、第二类固化剂得到的固化土无限侧压一般要髙于

7、第三、第四类固化剂。但是采用这种方式，土粒和粘结物之间的作用并不是化学键，而是物理固定和静电作用，所以，正如上文已经分析的那样，要做好防水的准备，提高粘结物质本身的强度。对于那些亲水阳离子，可以通过离子交换或者结合沉淀的方式除去。如果采用髙聚物固化剂,聚合物链的长度和支化程度都正比于固化土的强度;增加交联度不仅有助于防水，也有助于提高抗压强度。第二种胶结土粒的方式就是激发土粒本身的活性，利用土粒与土粒之间的反应使得土壤成为整体，这也是土壤固化剂最终的目标。根据现有资料，第二类固化剂涉及到激发土壤的反应活性;电离子溶液固化剂处理的土壤颗粒含有部分

8、具有活性的铝,在压力和配位离子作用下，土粒相互靠近以及通过化学键连接在一起。这些只是具有建设意义的机理推测，深入的研究需要建立在认真分析土壤颗粒化学组