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工程案例

對土壤固化劑的研究與認識

來源:西安AG亚游集团環保科技有限公司  發布時間:2018-05-31  閱讀量:157次

土壤固化劑是國內近年在岩土工程中開始應用的一項新技術。

20世紀40年代,美國等發達國家在興建道路、機場、港口等工程中發現水泥、石灰對土壤進行固化不能滿足工程的需要,因而發明了土壤固化劑(soil stabilizer),並在工程應用中取得良好的效果。美國稱之為“20世紀的偉大發明創造之一”;日本稱之為“21世紀的新材料”。 20世紀90年代土壤固化劑技術進入中國,有的已經成功的應用於公路和水利工程。例如,美國C.S.S.公司的路邦EN-1,日本Aught-set,南非ISS2500等。試驗工程表明,應用土壤固化劑施工方便、提高了工程質量,節約資源、減少工程費用,說明土壤固化劑確是岩土工程一項先進的技術。國內有些單位也相繼研究開發了自己的產品,也得到了應用。後來又編製了行業標準《土壤固化劑》(CJ/T 3073-1998)。

中國城建第五工程局有限公司(2016年更名為中城投集團第五工程局有限公司)是我國最早把土壤固化劑應用到工程上的單位之一。但是,在推廣應用過程中,隨著對土壤固化劑的研究和深入認識,感到國內受到國外企業商業宣傳的影響,對土壤固化劑的認識存在一些問題,集中地表現在行業標準《土壤固化劑》(CJ/T 3073-1998)中,主要有三:

一是,將土壤固化劑與固化膠結料混為一談;

二是,混淆了固化土與土壤固化劑的性能;

三是,將土壤固化劑作為一類新結構材料來推廣,

為此,願將AG亚游集团的研究和認識與各位同仁商榷。


一,什麽是土壤固化劑?

按照現有行業標準CJ/T 3073-1998《土壤固化劑》的定義,“凡能改善和提高土壤技術性能的材料”都是土壤固化劑。並將土壤固化劑分為液粉狀和粉狀兩大類,把水泥和石灰,甚至替代物都包括在內,帶入了許多本不應屬於“土壤固化劑”範疇的不穩定因素,又將固化土的絕對強度值來表征土壤固化劑的性能,導致了技術性能上的不確定性,誇大了土壤固化劑的作用,造成概念上的混亂。

AG亚游集团一直在思考和求證:在液粉狀固化劑應用中,液體化學組分和水泥、石灰等粉劑組分在固化土強度中各自貢獻率是多少?結果表明:不少“土壤固化劑”對提高固化土強度和物理力學性能是有顯著作用的;但也有的作用不大,甚至是沒有貢獻的,隻是賴於和水泥等膠結料一起測定固化土的性能,掩蔽了土壤固化劑本身作用的優劣。

對固化土強度起作用主要因素還是膠結料——水泥、石灰等。因此,原有標準對“土壤固化劑”的定義,混淆了“固化土”、“固化膠結料”和“土壤固化劑”三個不同的概念。

AG亚游集团認為:固化土的基本組成是膠結料、土粒和水。石灰、水泥等是固化土的基本固化膠結料(簡稱固結料),土壤固化劑是固化土的外加劑,是用化學、物理化學和生物化學方法改善固化土的一種手段。因此,土壤固化劑的定義應為:“能改善和提高固化土技術性能的材料”,一般加入量不超過3-5 %,基本都是化學品。不能將基本的“固化膠結料”混入”土壤固化劑”。


二,建立“固化土”的概念

在岩土工程中,壓實素土難以滿足工程的需要,人們采取了一些加固措施。約在2000年前,AG亚游集团的祖先就已經在用石灰等來加固土體,形成“三合土”,現代采用水泥、石灰、二灰等膠結料來加固土體,形成了一類岩土材料——固化土。

從廣義講,“土”是岩石經風化、搬運和堆積而成的,由固、液、氣三相組成的沉積物。按照國家標準《土的工程分類標準》(GB/T50145-2007)按土的顆粒組成將土分為:巨粒組、粗粒組和細粒組。如果以水泥或石灰來固化不同粒徑範圍的土粒,廣義固化土目前至少已經有三類,即:

(1)水泥混凝土(含水泥石灰砂漿等),

(2)水泥、石灰和粉煤灰穩定集料,

(3)水泥、石灰固化土


具體可以參見表1


土的工程分類與廣義固化土


從廣義固化土看,固化土應是由水泥、石灰等膠結料固化不同粒徑範圍土粒的一類複合材料。因此,水泥混凝土也是一種“固化土”。俗稱的“固化土“是狹義指水泥、石灰固化粒徑小於40mm,主要由角礫、砂粒和細粒土形成的土體。

所有固化土都由膠結料(水泥、石灰等),集料(粗骨料和細集料,混合材等)水三大基本材料組成。上世紀中後期發現可以采用化學外加劑來改善混凝土的性能,並發展成為“混凝土的第五組分“(其他四組分是:水泥、粗骨料、砂子、水)。如果將粗細集料都列入土粒範圍,外加劑或土壤固化劑就是固化土的第四組分(膠結料、土粒、水和外加劑),粉狀土壤固化劑有的可以與固結料複合形成複合固結料。

但是,土壤固化劑與混凝土外加劑有所不同:

一是,土粒級配範圍不同:混凝土固化的是級配集料,主要是砂石,粒徑相對較粗,“含泥量”一般不能超過3-5 %;固化土一般固化的是泥土,含有相當量的細粒土,“含泥量”高,比表麵積要大得多。

二是,主要土粒礦物成分不同:混凝土的砂石集料主要是岩石風化後的原生礦物;而固化土土粒的相當部分是次生礦物(高嶺土,伊利石,蒙脫石等)。

三是,材料的物理力學性能要求不同:混凝土作為一種基本建築材料,物理力學性能要求較高,抗壓強度一般在20-60 MPa;而固化土作為岩土工程材料,強度要求較低,一般在0.5~10 MPa。

四是,混凝土所用膠結料量較大(20%左右),集料“土粒”較粗,外加劑主要是充分發揮水泥的作用;固化土膠結料用量較少(3-10 %),土粒較細,土壤固化劑不僅要發揮水泥的作用,更重要的是改善土粒表麵的狀態,發揮土粒在固化中的作用。

所以,固化土外加劑(或稱土壤固化劑)與混凝土外加劑是不同的技術係統,絕大部分混凝土外加劑不能用於固化土。


三,建立固化土和土壤固化劑的技術係列

1,固化土是一種推陳出新的岩土工程材料

國內對固化土已經做了很多的研究工作。根據AG亚游集团的研究開發成果,目前已經有六類固化土,每類固化土都有相應的“土壤固化劑”:

1)壓實型固化土

 適合用來建造各類道路,鐵路建設,灘塗造地,土地整理,河湖治理,機場建設,固廢利用等;

(2)灌注型固化土

適用於深坑基層,帷幕灌漿,礦坑填充,岩坡固結,灘塗種植,岩坡綠化,植被恢複,土層噴塗,沙坡固結等;

(3)防滲型固化土    

適合於垃圾填埋場建設,湖河治理,農田水利,港工建設等

 (4)生態型固化土

適用於灘塗種植,岩坡綠化,植被恢複,沙坡固結等;

(5)淤泥固化土 

 適用於淤泥固結,軟基處理,灘塗造地等;

 (6)特殊固化土 

適用於特殊土基的穩定固化;

隨著工程的需要,相信還會由更多的“固化土”出現。

2,土壤固化劑是現代化學技術在固化土中的應用

 這方麵發達國家走在AG亚游集团前麵,除了學習先進的技術,更重要的是理解和掌握這些技術,從而推陳出新,趕上世界技術進步的步伐。

AG亚游集团認為:土壤固化劑就是應用於固化土的化學外加劑,其主要作用是:改善土體物理化學性能;激發土粒表麵活性,促進土粒參與固化反應;強化水泥分散性,促進水泥與土粒的固化作用。對於不同的固化土,就需要有不同的外加劑來配合,達到不同的技術要求。因此:

(1)壓實型固化土——壓實型土壤固化劑;

(2)灌注型固化土——灌注型土壤固化劑;

(3)防滲型固化土——防滲型土壤固化劑;

(4)生態型固化土——生態型土壤固化劑;

(5)淤泥固化土  ——淤泥固化劑;

(6)特殊固化土  ——特種土穩定固化劑; 

3,修編產品標準,引導“土壤固化劑”的健康發展

已經提出行業標準《土壤固化劑》(CJ/T 3073-1998)的修訂,與業界討論了基本修正點,提出:

(1)將土壤固化劑分為液體和粉劑兩類。取消原定液粉狀和粉狀分類。

(2)將已加入待檢土壤固化劑的固化土的強度與基準固化土(沒有加入土壤固化劑)強度的比值作為檢測土壤固化劑增強性能的指標;

(3)將已加入待檢土壤固化劑的固化土的凝結時間與基準固化土(沒有加入土壤固化劑)凝結時間的差值作為檢測土壤固化劑對固化土凝結時間影響值的標;

四,結語

1,研究表明:固化土是一類先進的岩土材料和實用技術。土壤固化劑是固化土的外加劑,加入固化土可以顯著改善固化土的物理力學性能,已成為固化土的第四組分。 

2,通過多年來對土壤固化劑、固化土及其應用技術的研究,認為應該建立我國“固化土”的學科領域和土壤固化劑的基本技術體係。

3,已經在行業標準《土壤固化劑》(CJ/T 3073)的修改中反映了AG亚游集团的研究成果。還需要深入的研究和工程的實踐來完善國內土壤固化劑的技術成果。


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