土體化學(xué)改良加固機理的分析與探討

方海鋒

摘要：化學(xué)改良屬于土體穩(wěn)定固化技術(shù)的一個分支，化學(xué)改良是通過向土體中摻加某一中種化學(xué)物質(zhì)或幾種物質(zhì)的混合物與土體拌合處理，通過化學(xué)物質(zhì)與土顆粒、化學(xué)物質(zhì)自身反應(yīng)等一系列的作用來改良土體，達(dá)到增強土體各種物理性質(zhì)和能夠滿足一定工程要求的目的。本文就土體穩(wěn)定固化原理及技術(shù)，土體改良劑種類及其研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：化學(xué)改良；加固；改良劑

1前言

土體是由固相、液相和氣相三部分亦即土顆粒、水、空氣組成的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)叫?；瘜W(xué)改良是改善土體的一種常用手段，傳統(tǒng)的化學(xué)改良材料主要有水泥、石膏、石灰、粉煤灰等及其混合物，新型的化學(xué)改良材料主要有各種高分子化合物、有機酶等等，都是通過一定的化學(xué)作用，增強土體顆粒之間的粘結(jié)強度，以達(dá)到改善土體的目的。

2穩(wěn)固化土技術(shù)及原理

土體穩(wěn)定的基本原理就是通過不同物理和化學(xué)方法，使顆粒間的各種物理引力和化學(xué)鍵力能夠加強，從而強化土顆粒間的聯(lián)結(jié)作用和減小顆粒間的結(jié)合水厚度，增強土體顆粒之間的粘結(jié)力，強化土壤顆粒間結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)?；瘜W(xué)改良的加固機理可以分為：物理過程、化學(xué)過程和物理化學(xué)過程。

物理過程是一個表觀過程，通常指將固化劑加入土體后攪拌均勻，通過施加外力或者排水加壓來增大土壤密度，減小土體顆粒見液體和氣體的體積，使土體滲透性減小和土體強度提高的過程。化學(xué)過程是指通過化學(xué)物質(zhì)與土顆粒、化學(xué)物質(zhì)自身反應(yīng)等一系列的作用來改良土體，達(dá)到增強土體各種物理性質(zhì)的過程。物理化學(xué)過程是宏觀的物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)并存的綜合反應(yīng)過程。

3土體改良劑種類及其研究現(xiàn)狀

3.1土體改良劑種類

主要目前國內(nèi)外正在研究與工程上實際使用的土壤固化劑產(chǎn)品的種類多達(dá)上百種，這些土壤固化劑從形態(tài)上看，可以分為液態(tài)和固態(tài)兩大類。

液態(tài)土體改良劑中的成分可以與含有不同成分的土體中發(fā)生各種各樣的化學(xué)反應(yīng)，如陰陽離子交換、消耗結(jié)合水、生成新物質(zhì)或是土體內(nèi)部成分發(fā)生改變，從而改變土顆粒攜帶的電荷量，減小土體的自由水和結(jié)合水使土體孔隙縮小，增大土體密實度，以及生成的新物質(zhì)將土體聯(lián)結(jié)成一個整體，達(dá)到改良固化土體的目的。傳統(tǒng)的固化劑類如水泥、石灰、粉煤灰類固化劑以及水泥、石灰和工業(yè)礦渣等混合物組成的固化劑。這類固化劑由于其通常都呈粉狀，故統(tǒng)稱為粉狀土壤固化劑。

3.2土體改良劑研究現(xiàn)狀

土體改良劑研究現(xiàn)狀。由于土體成因的復(fù)雜性，地質(zhì)條件的區(qū)域性，對于不同區(qū)域的土體，甚至同一地區(qū)不同時期的土體，固化劑的加固效果相差很大，能夠針對不同的土體開發(fā)與之相符合的加固劑具有重要的意義。

Sunghw an K in等利用木質(zhì)素產(chǎn)品和粉煤灰對路基土進(jìn)行無側(cè)限抗壓實驗和崩解實驗來研究兩種化學(xué)改良對路基土水穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明，相同條件下，木質(zhì)素與傳統(tǒng)的粉煤灰都能提高路基土的水穩(wěn)定性，但含木質(zhì)素產(chǎn)品效果更好且用量更少。

T ingle和s antori通過木質(zhì)素磺酸鹽對不同種類的粘土的作用效果進(jìn)行研究，認(rèn)為木質(zhì)素磺酸鹽能提高低塑性粘土的剪切強度和回彈模量。

B uddhin a Ind ra tna等人對木質(zhì)素磺酸鹽處理后分散性土的做了大量的實驗研究，利用自主研發(fā)的內(nèi)部裂隙侵蝕模擬裝置對經(jīng)過木質(zhì)素磺酸鹽處理的分散性土的內(nèi)部侵蝕行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明臨界水力剪切力隨木質(zhì)素磺酸鹽含量的增加而線性增大，并推導(dǎo)出土體侵蝕系數(shù)的經(jīng)驗表達(dá)式。

結(jié)語現(xiàn)有固化劑的使用上，主要還是傳統(tǒng)的固化劑類，如水泥、石灰、粉煤灰類固化劑以及水泥、石灰和工業(yè)礦渣等混合物組成的固化劑。而由無機鹽或有機物配制而成的液態(tài)土壤固化劑的使用還相對較少，主要是其作用機理及影響還有待研究。隨著近些年對液態(tài)土壤固化劑和生物酶類固化劑的研究，可對這類的固化劑同適量的水泥、石灰、粉煤灰等材料一起摻入土壤中使用，從而減少傳統(tǒng)固化劑的使用量，降低成本，加快施工進(jìn)度。