土壤固化剂的研究进展和应用(3)

　　
    2.2 有机类土壤固化剂
    有机类土壤固化剂多为液体状，目前有水玻璃类、环氧树脂、高分子材料和离子类。此类固化剂一般通过离子交换原理或材料本身聚合加固土壤。通过离子交换作用的固化剂，能将土壤水分中的电荷与土壤颗粒电荷充分交换，并发生化学离子交换反应，减少土壤毛细管、土壤空隙以及表面张力所引起的吸水作用，使经过处理的土壤由“亲水性”变成“憎水性”，经机械反复的整平、振动、夯实等作用，使土壤高度密实，形成一种新的土壤结构。
    2.3 有机无机复合类土壤固化剂
    此类固化剂是将无机材料和有机材料进行复合配制而成，综合利用无机材料和有机材料各自的特性，对土壤进行改性；这既避免了使用无机材料干缩大、易开裂、水稳性差的缺点，又充分利用了有机材料的优势，从而实现对土壤的有效改性，使其能够符合工程应用技术条件的要求。
    2.4 生物酶类土壤固化剂
    此类固化剂是由有机物质发酵而成，属蛋白质多酶基产品，为液体状。按一定比例配制成水溶液洒入到土壤中，通过生物酶素的催化作用，经外力挤压密实后，能使土壤粒子之间粘合性增强，形成牢固的不渗透性结构。
    3 土壤固化剂固化原理
    3.1水泥加固土原理
    水泥与土拌和后，水泥矿物与土中的水分发生 水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙，从而提高 土体的强度，同时从溶液中分解出氢氧化钙并形成 其它水化产物。当水泥的各种水化物生成后，有的 继续硬化形成水泥石骨架，有的则与土相互作用， 其作用形式为[24-26]：
    (1)离子交换及团粒化作用
    在水泥水化后的胶体中Ca(OH)2和Ca2+、OH- 共存，而构成粘土的矿物是以SiO2为骨架而合成 的板状或针状结晶，通常其表面会带有Na+和K+等离子。析出的Ca2+会与土中的Na+、K+进行当量吸附交换。其结果使大量的土粒形成较大的土团。由于水泥水化生成物Ca(OH)2具有强烈的吸附活性， 而使这些较大的土团粒进一步结合起来，形成了水泥土的链条状结构，封闭土团间孔隙，形成稳定的联结。
    (2)硬凝反应
    随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的 Ca2+，当Ca2+的数量超出上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中与组成粘土矿物的部分SiO2和A12O3发生化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿物CaO-A12O3-H2O系列铝酸石灰水化物和 CaO-SiO2-H2O系列硅酸石灰水化物等。
    XCa(OH)2+SiO2+(n-X)H2O→XCaO·SiO·2n H2O Y Ca(OH)2+A12O3+(m-Y)H2O→YCaO·A12O3·mH2O
    (3)碳酸化作用
    水泥水化物中的游离Ca(OH)2不断吸收水中 的HCO3-和空气中的CO2作用生成CaCO3，提高土的强度；水泥加固土就是水泥石的骨架作用与 Ca(OH)2的物理化学作用共同作用的结果。后者使粘土微粒和微团粒形成稳定的团粒结构，而水泥石则把这些团粒包覆并连接成坚强的整体。
    3.2石灰加固土原理
    石灰加入土中后，石灰和土发生一系列的物理化学反应，主要有离子交换反应、Ca(OH)2结晶反应、碳酸化反应和火山灰反应。石灰加入土中后，在水的参与下，解离成Ca2+和OH-离子，Ca2+可与Na+ 和K+离子发生离子交换，使胶体吸附层减薄，粘土胶体絮凝，土的湿陷性得到改善，使石灰土获得初 期的水稳定性；Ca(OH)2的结晶反应是石灰吸收水 分形成含水晶格，即所形成的晶体相互结合，并与 土粒结合形成共晶体，把土粒胶结成整体，使石灰 土的水稳性得到提高；Ca(OH)2碳酸化反应是Ca (OH)2与空气中的CO2起化学反应生成CaCO3。