土壤固化剂的发展现状及其前景展望(3)

　　
2.3　有机聚合类固化剂
此类稳定剂一般呈液态,目前国际市场应用比 较广泛和知名的产品多由石油磺化而得,其主要成 分为磺化油,如南非约翰尼斯堡公司生产的康耐 (CON-AID)和美国Soilrock公司的S型稳定剂等 是国际市场上比较常见的品种。有机聚合物固化剂 的作用机理通常被认为是物理的而非化学的,它并 不改变粘土矿物的内层结构,而是通过裹覆土颗粒, 在其表面产生强大的吸附作用,伸得土壤颗粒集聚 固化[10]。
这种固化剂主要有沥青、焦油、聚合物(树脂, 糖醛苯胺,丙稀酸钙,聚丙稀苯胺,羧甲基纤维素 等)。
沥青加固土有热拌与冷拌之分,热拌法由于常 常需要加热土壤或(和)沥青而受到限制。冷拌法则是用液体沥青加固未加热的土壤。对于粗粒土, 如碎石、砂砾,沥青主要发挥其界面粘聚作用。对于 粘土,由于粘土颗粒具有强大的表面能,沥青与土颗 粒之间发生物理吸附和化学吸附,在土颗粒周围形 成坚强的沥青薄膜,从而形成稳定的凝聚结构。同 时裹覆在土颗粒上的沥青因有憎水性,能够阻止水 分侵入,提高加固土体的水稳性。研究表明,土壤的 含水量对加固土的强度和水稳性有着重要的影响。 适宜的水分,不仅可以削弱那些未被沥青膜裹覆的 土颗粒的表面能,从而减小它们进一步吸收水分的 能力,而且是沥青充分分散到土壤中并获得良好压 实性的必要条件[10]。
为改善和提高沥青加固粘性土壤的效果,常常 预先用石灰作为活化剂进行处理,目的是活化土颗 粒的表面,降低土的亲水性,提高土的吸附能力等。 液体沥青加固砂土类土壤效果不理想,而较适宜加 固粘性土;乳化沥青则更适宜砂土的加固,用于粘土 时,会因粘土颗粒巨大的表面能作用使得乳化沥青 在某种程度上失水而变得粘稠,从而难以均匀地分 散在土壤中。
对传统的高聚物而言,它可以改良土壤其中包 括水土保持、土壤保湿、疏松土质等,在此基础上,研 究发现利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土 粒,或者利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质,形 成有效的抗水能力。在土壤压实的基础上,可以得 到较好的抗压强度。从而发展成为一类新的土壤固 化剂。它有如下优点:固化剂的掺入量较少,运输方 便,成本可以有较大幅度的降低;一般采用水溶液的 形态与土壤混合,施工方便;加入催化聚合成分或者 直接利用土壤成分来实现交联,土壤早期强度和后 期稳定强度均可以满足要求;适用的土壤类型比较 丰富,所以适应性也比较好。缺点是这类固化剂普 遍的抗水性能比较差,遇水强度急剧降低,一些成型 的产品同样存在这类问题。并且土壤的强度建立在 聚合物本身的胶结能力上.土壤的结构成分复杂,对 聚合物本身的稳定性也是一种考验,有待进一步发 展和实践检验。
这样的一种分类只是大体上给出一个框架,在 实际工程中,经常是多种类型的固化剂混合使用,互 相弥补不足。此外在采用化学固化剂的过程中也常 辅助以物理手段,例如国外曾采用施加电场的方式 来排除土壤水分,引导离子电泳在土壤中形成固化 盐类。此外,有很多种类土工织物也常用来增加土 块的稳定性;还有公司开发出生物酶技术来加固土壤。
3　土壤固化剂的加固机理
天然的土体是由固、液、气三相组成。土的固体 颗粒大小和形状、矿物成分及其组成三相体系在空 间的排列与联结特性,是决定土的物理力学性质的 重要因素。在研究土体的增强改性时,必须研究土 中矿物的基本颗粒与其微集聚体之间相互作用的性 质与本质,即土在自然沉积或人工固化过程中,经过 一系列物理、化学和物理化学综合作用,以促使在颗 粒接触带从结构上产生不同性质和能量的相互连结 作用[11]。通过对土体的组成、结构分析,结合多种 土壤固化剂的实验、应用的结果来看,可以总结出土 壤固化过程中的基本机理。