毛瑋蕓

摘 要：隨著土壤固化技術(shù)的不斷發(fā)展，土壤固化技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，得到了越來(lái)越多的認(rèn)可，土壤固化技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。該文從傳統(tǒng)無(wú)機(jī)筑路材料、高分子有機(jī)化合物、生物酶、固化劑改性土料這4個(gè)方面的科學(xué)研究現(xiàn)狀，闡述了土壤固化劑的固化機(jī)理，綜合分析了現(xiàn)代道路工程中土壤固化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，指出其中的不足，對(duì)土壤固化技術(shù)的發(fā)展提出幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代道路工程 土壤固化 固化劑

中圖分類號(hào)：U41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0052-03

現(xiàn)代道路工程建設(shè)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)軟弱土壤進(jìn)行固化處理，不僅要滿足施工要求，還要降低施工成本。隨著軟弱土壤固化技術(shù)的發(fā)展，它在現(xiàn)代道路工程建設(shè)中也會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。20世紀(jì)60年代以來(lái)，固化劑已經(jīng)成為一種新型固化工程材料，并在國(guó)外被廣泛應(yīng)用和研究。固化劑相比較水泥而言有更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，固化劑己經(jīng)在實(shí)際工程中取得成果。我國(guó)研究人員首先對(duì)國(guó)外土壤固化劑進(jìn)行了研究和應(yīng)用，隨著研究的深入，國(guó)內(nèi)土壤固化劑的相關(guān)研究有了更大的進(jìn)步，在寧夏、廣東、北京、公路中有廣泛的應(yīng)用[1]。

1 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)筑路材料的固化研究進(jìn)展

無(wú)機(jī)筑路材料的固化研究開始較早，國(guó)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究。Shirazi等通過(guò)對(duì)水泥和粉煤灰混合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并且判定加固效果，確定出二者的最佳配合比[2]；Bell在石灰和水泥中分別添加PFA試劑，探究了加固效果[3]；Kamon等研究了使用熟石灰和三氧化二鐵的工業(yè)廢渣對(duì)土壤進(jìn)行加固時(shí)，加入一定量的含鋁煤泥可以提高固化土的強(qiáng)度[4]。Zalihe通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了粉煤灰能增大或膨脹土壤的強(qiáng)度，減少其塑性[5]。Sivapullaiah等得出了在粉煤灰中加入硅粉可以，提高固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的結(jié)論[6]。Miller GA研制出ISS土壤穩(wěn)定劑（Ionic Soil Stabilizer），通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使得離子進(jìn)行交換進(jìn)而減少了土壤中的空氣和水，所以，土壤不會(huì)因?yàn)樗趾涂諝獾捏w積變化而膨脹或收縮[7]。

20世紀(jì)80年代土壤固化技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)土壤固化相關(guān)技術(shù)展開了研究并取得了一定的成果。汪稔[8]等通過(guò)對(duì)石灰樁加固機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，認(rèn)為生石灰和粉煤灰攪拌并且夯實(shí)成樁后，生石灰吸收水分體積變大、釋放熱量同時(shí)產(chǎn)生Ca（OH）2，再與含有較高SiO2、Fe2O3、Al2O3成分的粉煤灰發(fā)生水化反應(yīng)，將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度、水硬性、水穩(wěn)定性等性能良好的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣，提高了樁體強(qiáng)度。黃殿瑛研究水泥土添加硅粉后的相關(guān)變化，發(fā)現(xiàn)硅粉的火山灰效應(yīng)與微粒充填效應(yīng)[9]，此技術(shù)使得水泥硬化，水化向更好方向發(fā)展，提高了固化土的強(qiáng)度。

2 高分子有機(jī)類化合物及生物酶固化研究進(jìn)展

隨著土壤固化研究的深入，越來(lái)越多的新技術(shù)得到了推廣與應(yīng)用。在20世紀(jì)80年代，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了帕爾瑪技術(shù)[10]，它是一種高效生物土壤穩(wěn)定材料。近幾年來(lái)，南非的CON-AID系列、Pansai系列、美國(guó)的Magic系列等高分子化合物獲得了良好發(fā)展。Magic系列產(chǎn)品是一種高分子有機(jī)聚合物并且易溶于水，稀釋比例為1∶1000。Pansai系列產(chǎn)品針對(duì)不同的土質(zhì)規(guī)定了不同的稀釋比，面對(duì)不同的土壤選擇不同的試劑濃度，可以直接將試劑噴灑于土壤表面來(lái)進(jìn)行固化。以上兩種固化劑也有缺點(diǎn)，它們的水穩(wěn)定性不夠高，使用時(shí)可能造成加固土壤的強(qiáng)度分布不均勻[11-12]。

國(guó)內(nèi)在有機(jī)類固化劑的相關(guān)研究中，與國(guó)外相比較還有很大差距，目前國(guó)內(nèi)的研究還只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段。劉瑾等通過(guò)高分子聚合反應(yīng)將丙烯酸等乙烯基單體合成了一種水溶性高分子土壤固化劑[13]，但是沒有明確指出該固化劑的固化機(jī)理。王銀梅等采用蘭州大學(xué)開發(fā)的高分子類固化劑SH對(duì)黃土進(jìn)行了試驗(yàn)研究，SH固化后黃土的韌性和抗水性能好[14]。鄒斌將其他高分子材料加入到脲醛樹脂中，脲醛樹脂的漿液具有高強(qiáng)度和抗水性，將其摻入土體后提高了固化土的強(qiáng)度[15]。彭波在粉質(zhì)粘土中加入一種以高分子表面活性劑為主的液體固化劑并且進(jìn)行了固化研究[16]，并闡述了雙電層理論固化土強(qiáng)度的形成過(guò)程，并且試驗(yàn)證明石灰固化土的效果不如該固化劑固化土。

在新型復(fù)合類土壤固化劑方面的研究，東南大學(xué)的黃曉明等以石灰、水泥、礦渣等一種或幾種互配物作為主固化劑，選用胺基磺酸鹽、碳酸鈉、馬來(lái)酸、硫酸鋁鉀、氟化鈉、胡馬酸、氫氧化鈉和三乙醇胺等作為助固化劑，配制了一種TR型土壤固化劑[17]，通過(guò)試驗(yàn)證明路用性能良好。李迎春采用復(fù)合固化劑，分別對(duì)粘土和粉土進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)粉土和粘土存在著活性物質(zhì)被激發(fā)的現(xiàn)象，產(chǎn)生了CSH凝膠[18]。

3 土壤固化劑改性土料的性能研究進(jìn)展

土壤固化劑改性土料作為基層填料時(shí)，除了保證路基整體的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性之外，土料自身還應(yīng)具有合適的力學(xué)性能，以保證設(shè)計(jì)年限內(nèi)路基功能的正常使用。肖寒冰等設(shè)計(jì)了普通硅酸鹽水泥、硅灰、熟石灰三元混料方案，實(shí)驗(yàn)表明，其提高了固化土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度[19]。關(guān)喜才等利用EWEC土壤固化劑進(jìn)行固化土壤的研究，通過(guò)對(duì)深層軟土地基的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明軟土變硬且該地基強(qiáng)度和水穩(wěn)性均有顯著提高[20]。Himes[21]等利用季銨鹽等改良材料來(lái)處理此膨脹砂巖，結(jié)果表明基本消除了膨脹砂巖遇水膨脹的特點(diǎn)，并且遇水之后滲透系數(shù)基本不會(huì)改變。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)馬占國(guó)[22]和淄博礦業(yè)集團(tuán)亓愛國(guó)等通過(guò)對(duì)某礦區(qū)松散煤矸石進(jìn)行系統(tǒng)的壓實(shí)特性試驗(yàn)研究，測(cè)定了煤矸石的側(cè)壓曲線、壓實(shí)曲線，探究了顆粒度對(duì)壓實(shí)特性的影響，總結(jié)了泊松比、軸向應(yīng)變、彈性模量、橫向應(yīng)變等變形模量的變化規(guī)律，并分析了壓實(shí)過(guò)程中的變形機(jī)理。張書立使用中路系列固化劑對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)廣泛分布的粉土和風(fēng)積砂進(jìn)行固化實(shí)驗(yàn)研究，獲得了較為全面的固化土路用性能相關(guān)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于沈陽(yáng)地區(qū)的混合土，添加了ZL-3固化劑之后，土壤力學(xué)性能得到提高，達(dá)到了二級(jí)公路道路底基層或基層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[23]，對(duì)于缺乏筑路材料的施工地區(qū)，大大減少了運(yùn)輸距離，大幅降低了工程費(fèi)用。

4 固化劑技術(shù)優(yōu)勢(shì)與存在問題

土壤固化技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，無(wú)論在技術(shù)性還是經(jīng)濟(jì)性都具有很強(qiáng)的可行性，隨著固化技術(shù)的發(fā)展，它在現(xiàn)代道路工程當(dāng)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。同時(shí)，土壤固化劑作為一種新型土壤加固材料與傳統(tǒng)的加固材料相比有著不同的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）土體壓縮效果較好。固化劑（尤其是液體固化劑）施工時(shí)很方便，它與土壤接觸較均勻，反應(yīng)較充分。

（2）固化劑與石料相比用量很少并且可以在施工工地制作，在減少運(yùn)輸和節(jié)約施工時(shí)間的同時(shí)大大降低了工程造價(jià)。

（3）固化劑的固結(jié)速度快，固化土強(qiáng)度高，同時(shí)固化土的抗干縮、抗?jié)B性和抗凍性都好于傳統(tǒng)的石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以確認(rèn)土壤固化劑可以定向地改變?cè)亮系牧W(xué)性能，使土料更適合路基工程。但通過(guò)整理分析，也可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于這些基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的研究，尚存在一些問題有待進(jìn)一步的探討和研究，目前能夠適應(yīng)不同類型土體的土壤固化劑較少，不同種類的固化劑對(duì)不同類型的土體的加固效果差異也很大，固化劑的不普遍性導(dǎo)致了它不能規(guī)?；a(chǎn)，嚴(yán)重制約了它的應(yīng)用與發(fā)展。所以，需要加強(qiáng)對(duì)土壤固化的相關(guān)研究，使得土壤固化技術(shù)更好地應(yīng)用于道路建設(shè)。

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