盧 瑤

（重慶特鋪路面工程技術(shù)有限公司，重慶 401121）

0.引言

目前國(guó)內(nèi)外加固土的應(yīng)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(shè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，往往因各地土質(zhì)的差別，如：粉土遇水不穩(wěn)定、粘性土膨脹性大等等，使得施工過(guò)程或是公路使用過(guò)程中不時(shí)出現(xiàn)各種各樣難以解決的問(wèn)題。因此，如何對(duì)各種特殊土在工程建設(shè)施工中進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚肀愠闪耸澜绺鲊?guó)學(xué)者們?cè)桨l(fā)關(guān)注的問(wèn)題。對(duì)于這些特殊土而言，如果還是單純的使用水泥、石灰進(jìn)行簡(jiǎn)單的加固，顯然其效果并不理想。在這樣的情況下，學(xué)者們紛紛開(kāi)始尋求新的解決方法，即對(duì)土壤固化劑展開(kāi)研究。

1.土壤固化劑的固化機(jī)理

對(duì)于單純的土體而言，其土體的整體強(qiáng)度主要由土粒之間的粘聚力和內(nèi)摩阻力決定。當(dāng)有外來(lái)物質(zhì)加入時(shí)，其固化機(jī)理較為復(fù)雜，如：水泥土在固化穩(wěn)定土壤過(guò)程中的主要作用包括：水泥水解水化反應(yīng)、硬凝反應(yīng)、離子交換及團(tuán)粒化作用和碳酸化作用等等。可以這樣說(shuō)，加固土?xí)r所出現(xiàn)的各種作用過(guò)程是非常復(fù)雜和多種多樣的，視土的性質(zhì)和結(jié)合料的種類不同而異，但可概括為化學(xué)過(guò)程、物理化學(xué)過(guò)程和物理力學(xué)過(guò)程[3]。土壤固化劑的固化機(jī)理也并不例外，當(dāng)其與一定含水率的土壤充分混合后，在土壤表面會(huì)發(fā)生電離作用，失去一定的活性，進(jìn)而產(chǎn)生一系列持久且不可逆的物理化學(xué)及物理力學(xué)反應(yīng)，使得土壤顆粒間幾乎不再相互排斥，同時(shí)吸附性也會(huì)遭到一定的破壞，最終當(dāng)土壤內(nèi)部達(dá)到平衡時(shí)，便形成了結(jié)晶鹽。這也是為什么經(jīng)過(guò)土壤固化劑處理后的路基會(huì)比未經(jīng)土壤固化劑處理的路基更耐水浸潤(rùn)的原因。

總的來(lái)講，土壤固化劑的固化機(jī)理過(guò)程大致可歸納為三類，即物理化學(xué)過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和物理力學(xué)過(guò)程。

物理化學(xué)過(guò)程主要指土顆粒與固化劑中各組分之間發(fā)生的一系列物理吸附、化學(xué)吸附和物理化學(xué)吸附過(guò)程。其中物理吸附過(guò)程是指在分子力作用下固化劑中的某些成分通過(guò)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。化學(xué)吸附的作用是通過(guò)這一吸附作用，使得吸附劑與被吸附劑之間發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，從而生成新的不溶物質(zhì)，與此同時(shí)這些生成的物質(zhì)之間還會(huì)形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵。物理化學(xué)吸附則是指土顆粒表面與固化劑中的某些離子發(fā)生離子交換反應(yīng)。

化學(xué)過(guò)程是指土顆粒與固化劑在相互作用過(guò)程中，土顆粒與固化劑中的某些成分或固化劑本身發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。如：水化水解反應(yīng)、碳酸化反應(yīng)、聚合（縮聚）反應(yīng)、火山灰反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)等等。

物理力學(xué)過(guò)程是指土壤固化劑在固化土壤時(shí)，土料經(jīng)過(guò)粉碎、拌合和壓實(shí)，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(shí)度，降低滲水性，這種過(guò)程是可逆的，土體的強(qiáng)度隨著外界條件的改變會(huì)發(fā)生變化[4]。

以上三個(gè)過(guò)程的發(fā)生是相互聯(lián)系與促進(jìn)的，并無(wú)明顯的先后之分。但仍然會(huì)因?yàn)榫唧w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(fā)揮其固化作用，改善土壤工程性能。

2.國(guó)內(nèi)外固化劑在加固土中的研究現(xiàn)狀

關(guān)于土壤固化劑的研究國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家起步較我國(guó)早，20世紀(jì)初美國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)就從固化劑的各個(gè)領(lǐng)域出發(fā)，研制出了適合不同土質(zhì)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(kāi)始將其應(yīng)用在加固土工程當(dāng)中。而我國(guó)直到20世紀(jì)80年代才開(kāi)始引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，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(lái)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(qiáng)度與齡期、粉煤灰摻量和水泥摻量之間的函數(shù)關(guān)系[6]。2001年，李文瑛、戴經(jīng)梁等人分析了加固土雙電層理論的強(qiáng)度形成機(jī)理，并對(duì)液體固化劑加固土和石灰加固土的一系列路用性能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。2002年，董邑寧、張青娥、徐日慶等人根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，分析了ZDYT-2加固土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律及在不同摻入比和齡期時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，給出了強(qiáng)度預(yù)測(cè)公式和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式[7]。2005年，李軍通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)，系統(tǒng)深入的研究了中路（ZL）系列土質(zhì)固化劑的固化機(jī)理，并提出了復(fù)合加固土抗彎拉（劈裂）強(qiáng)度、抗壓回彈模量等參數(shù)的設(shè)計(jì)值。2008年，戴文亭、陳瑤等人采用了美國(guó) Base-Seal 固化劑（BS-100）對(duì)某具體地區(qū)的黏性土進(jìn)行了固化處理，并對(duì)該固化加固土路用性能進(jìn)行了系統(tǒng)學(xué)習(xí)研究。2012年，韋華、陳迅捷、鄢俊等人通過(guò)在黏土中摻入早強(qiáng)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(qiáng)度、抗干濕循環(huán)性能隨養(yǎng)護(hù)齡期、含水率發(fā)展的規(guī)律[8]。2013年，吳冠雄采用生物酶土壤固化劑( TerraZyme) 進(jìn)行了固化土壤在不同級(jí)配、外加劑下，生物酶固化土的室內(nèi)外路用性能的試驗(yàn)研究。根據(jù)其研究結(jié)果，建立了粗細(xì)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(guān)系式。

3.總結(jié)

從上述文獻(xiàn)可知土壤固化劑已在公路工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用，不但可以就地取材，方便施工，而且在其施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染甚小。但我國(guó)土壤固化劑無(wú)論是研發(fā)還是應(yīng)用都較國(guó)外晚，且大多的技術(shù)又源于外國(guó)的開(kāi)發(fā)，一些學(xué)者在研究某一問(wèn)題時(shí)只是生搬硬套的將其方法套用過(guò)來(lái)，就稱得出了所謂結(jié)合本國(guó)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況推出的具有針對(duì)性的固化劑理論，在實(shí)際工程中的應(yīng)用意義也不大，因此關(guān)于固化劑在我國(guó)到底該如何發(fā)展使用還存在著一些亟待解決的問(wèn)題。

1.我國(guó)的土質(zhì)因地而異，復(fù)雜多變，但在土壤固化劑的研制過(guò)程中，大多學(xué)者都對(duì)其針對(duì)性和普遍適應(yīng)性考慮甚少，這便使得部分地區(qū)土壤固化劑的應(yīng)用不夠理想。

2.加固土的性狀十分復(fù)雜，而我們對(duì)這些設(shè)想的物理化學(xué)作用并未真正的認(rèn)識(shí)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(duì)其普適性、特殊性、工藝性、針對(duì)性及固化機(jī)理等各方面都還需要我們進(jìn)行大量深入研究。

[1]卓建平,道路固化劑的研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004:1;

[2]郭印,淤泥質(zhì)土的固化及力學(xué)特性的研究[D].浙江大學(xué)博士學(xué)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(yīng)用研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)工程碩士學(xué)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(yàn)與分析[M].合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2010:6;

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

[8]韋華、陳迅捷、鄢俊等,早強(qiáng)型土壤固化劑加固土的性能及施工工藝[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2012,1:57;