风积沙工程特性及实践研究成果

土壤固化剂实际上是利用外渗剂对土体进行化学处理，来改变土壤的组成和土体的工程性质，从而达到提高土质强度、改善土质压实性的目的。通常工程中所使用的石灰、水泥、粉煤灰等无机结合料，也可认为是最简单的土壤固化剂。由于土（广义概念，包括砂砾等）是地球上最经济、来源最广泛的工程材料，因此要求对土体进行有效的固化，以适应工程建设更高的要求，就成为近年来国内外争相进行研究的热点问题。但是由于对土壤、结构强度、稳定性、压实标准和耐久性要求的不同，对固化剂的品质和技术要求也不同于常用的石灰、水泥等一般无机结合料，因此只有在理解固化剂基本原理、特性和技术标准的基础上，才能正确和有效地使用固化剂。

固化剂作为一种新型的筑路材料，其适应性相当广泛。对粉性土、黏性土、砂砾、风化沙、软土和湿土都可以成功地进行固化。实验表明，固化剂固化土壤的强度较高、水稳性好、抗干缩性能好，土壤经固化后形成板体，成为半刚性路面基层或底基层。由于固化后良好的整体受力性能，能提高道路质量，延长道路使用寿命，是一种具有综合稳定性能的优质筑路材料。早在20世纪三四十年代，欧美国家等便开始大量使用水泥土材料。20世纪80年代初开始，美国和日本利用固化剂固化路基，所建高速公路取得了良好的效果，使固化路基的技术得到迅速发展。我国研究固化剂和固化路基的技术尚处于起步阶段，目前只生产少数固化剂，而且配制固化剂所用的精料大部分从国外引进，价格昂贵。

固化剂作为一种特殊的建筑材料，其不同的物理性质和化学组成成分决定不同的类别、特点和固化方法。路用材料固化剂从形态上看，可分为固态和液态两大类；从化学构成上看，可分为主固化剂和助固化剂两大部分。其中固体粉状固化剂中的主固化剂以石灰、石膏、水泥为主；助固化剂采用高聚物（如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸）或含有活性基团的有机化合物；液体状固化剂中主固化剂多采用水玻璃，助固化剂则采用各种无机盐，如碳酸镁、碳酸钙等。前者与土混合后加压，适用于表层或浅层土的固化；后者使用时，采用特殊工艺将浆液注入土中使土固结，适用于深层土的固化。

固态固化剂是由水泥、石灰以及各种可溶性无机盐类组成的多组分复合体。当固化剂与黏土拌和后，在水的影响下，通过各种化学反应（如水泥的水解和水化反应、石灰的碳化反应、黏土矿物离子的交换反应、沉淀反应、絮凝和凝聚反应以及催化反应），使混合集料形成链状和网状结构，从而实现稳定固化土壤的作用。

水泥在水化过程中各种组分与水反应，生成硅酸盐、铝酸盐和氢氧化钙。两种类型的硅酸钙水化作用产生新的化合物，即石灰与硅钙石凝胶，后者在强度方面起着主要作用，因为黏结强度和体积变化主要由它来控制。当与黏土反应时，在水的作用下，空隙水能够从水泥中抽提氧化钙，以减少土的含水量。水泥的水化作用使得各种矿物之间产生很强的结合力，并构成一种有效的包围着非结合土粒的基质，体现出具有较高强度的多孔结构。(www.xing528.com)

氧化钙与黏土矿物之间也发生相互作用，一类是快速的离子交换反应，另一类是较慢的碳化反应。反应开始产生絮凝和凝聚，随后黏土颗粒就形成粗粉粒状的大颗粒。由于游离的钙离子占据着吸附在黏土矿物组合物周围的钠离子的位置而产生了絮凝作用。石灰将增加土的pH值，提高了黏土矿物中硅酸盐和铝酸盐的溶解度，从而加速了其水化反应。最细的土颗粒的絮凝以及凝胶物质的形成将矿物颗粒连接和胶结起来，从而改变了整个土粒的空隙结构。

固化剂中可溶性无机盐具有催化水化反应能力，同时又是碱性刺激剂，在它的激发下，反应产生的新生态物质具有相当高的活性和分散性，容易相互胶结，因而提高了稳定土早期强度。活性剂的加入改善了水和土之间的相互作用，使土颗粒表面活性、表面极性和吸附性都发生了变化，能使水分子排挤出土粒表面，并使水不重新侵入土颗粒中，因而使土不受潮。有土颗粒表面吸附大量离子而成电性粒子，在静电作用下发生颗粒积聚，使土变成具有互不连通的多孔性并能保持不渗水性的稳定结构。

固化剂在稳定土的过程中改善了水和土之间的各类化学反应，不仅Ca2+与黏土粒子产生离子交换，同时固化剂的某些离子也能与黏土离子产生高速率的离子交换反应，使稳定土形成链状和网状骨架结构，并消除了土壤内的液相和气相，抑制了有机质的不利影响，促进了稳定土的硬化。土粒因静电作用相互吸引而紧密结合，经过碾压增大了路基强度、耐水性和抗冻性，同时基层材料在各种交通和气候条件影响下，其强度和机械能始终保持良好状态。