土壤固化剂简介

土壤固化剂简介

前 言

所谓固化土就是在土壤中掺入一定比例的固化剂，在最佳的含水量下经拌和、碾压，养生后所形成具有一定力学性能的混合料。

土壤固化剂在欧美、日、台等地应用比较早，并且取得了明显的经济效益、社会效益和环境效益。我国于上世纪九十年代初引进了该技术，已建成了数家固化剂生产厂，并在公路工程中进行了应用研究工作。我国的一些城市在如何将固化剂应用在市政工程上也作了大量的研究工作，这为固化技术在城市道路中的应用奠定了良好的基础。一九九五年建设部召开的推广应用固化剂工作会议和九六年建设部召开的固化土施工技术规范审查会，进一步推广了土壤固化技术的发展。 目前，国内的固化剂产品大致可以分为标准固化材料和非标准固化材料两类。在非标准固化剂中按其作用原理又可以分为物理类、化学类和生物类固化剂，而化学固化材料从其组成上应分为有机类和无机两大类：

1. 有机类：可分为单组分和多组分的液体,这里的单组分和多组分并不是以往概念上的组分，它是以固化材料原液的种类划分的。

2. 无机类：有固粉型和液粉型之分，而固粉类中多是以水泥和石灰为主的无机结合料，我国现行的土壤固化材料多是以这种固化形式为主。 分类形势可见下表:

我公司所生产的PSS系列产品正是无机固粉型土壤固化剂，其主要化学成分为氧化钙、三氧化二铝、氧化硅等活性物质。在与土拌和后在精料的催化下发生离子交换促使土颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使土壤凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度。

我们通过大量的试验，不断对现有的固化剂成分进行调整和修改，力求使我们的产品更为完善。我公司现有的PSS型固化剂稳定土拥有以下特点； ①强度、板体性、耐久性、水稳性好，适用于各种结构的路面基层和底基层。于整体强度高，可适当减少结构层厚度，缩短施工工期，一般可降低工程造价10%～20%。 ②抗冻融性能好，可以解决一直困扰公路建设的冻胀、翻浆等病害。

③抗干缩性能好。试体经28天养生后，干缩系数小于0.001，一般都有微膨胀。可以解决水泥稳定土干缩性、温缩性差的缺点。

④适用范围广。筑路时可以因地制宜、就地取材。对含泥量较大、级配不好的砂砾、碎石、粘性土、砂性土、粉性土、回填土、风积砂、粉煤灰、矿渣等均有较好的固化效果（腐植质含量超过10%的土和酸性土不宜使用）。既可以节省造价，又可以对废物进行利用，减少环境污染，同时也能避免乱采砂石对环境造成的破坏，有利于环保。 ⑤固化土的强度随龄期的增加而不断的增长，后期强度很高。这种特征适合公路交通发展的需要，它能科学有效地延长路面使用周期，减少维护费用。

⑥施工工艺简单，易控制。重交通，工程量较大的工程须厂拌；一般道路可路拌，但应严格控制拌合料含水量和均匀性能。

⑦凝结时间长，可延长施工时间。混合料加水拌合后可在8小时内完成碾压，压实后可部分开放交通。

一 试验数据验证 1.弯沉试验

固化土基层能形成板体结构，整体性好，承载能力大，水稳性好。试验路实测弯沉值检测结果如下表；

由表中的实测数据可以看出,固化土的路面弯沉值较未做固化土基层前有了较大的提高,且有随龄期的增长而不断减小的趋势。固化粘土基层的弯沉值在龄期为39天时，比未做基层前降低了68%，在第二年春融期，弯沉较未铺基层前降低了113%。固化砂作基层的路段也具有同样的特点，原路段在冻融期是翻浆路段，铺设固化砂基层后，第二年春融期未发生翻浆路段，铺设固化砂基层后，第二年春融期未发生翻浆，其路面弯沉值为33.9，较原来有了很大提高，由于固化土强度高，承载力大，可以减薄原来的结构层厚度，大连试验路经计算采用30cm固化剂稳定土代替原设计45cm二灰稳定砂砾。24小时后测定弯沉值，固化土为98.3/100㎜，而同时施工的二灰稳定砂砾为118.8/100㎜。清河、锦州电厂厂区道路，用25cm厚固化粉煤灰，代替原40cm厚天然砂砾基层，将水泥混凝土面层，从10㎝降到5㎝。经两年的行车使用，砂砾基层水泥混凝土路面已出现网状开裂，而固化粉煤灰基层水泥混凝土路面表面平整坚实，使用效果良好。

2.强度试验

根据以上击实试验的结果，我们制做了不同配比，不同密实度的试件，并测其强度，结果如表

间接抗拉强度（Mpa）

无侧限抗压强度

由以上的强度试验可以看出,无论是无侧限抗压强度,还是间接抗拉强度都是随着配合比的增大,密实度的提高、龄期的增长而提高的。强度随龄期的增长非常明显，以10%PSS固化粉煤灰95%密实度的无侧限抗压强度为例，它7天强度较3天强度增长45%，28天较7天增长105%，3个月强度较28天强度增长116%，可见它的后期强度仍有很高的增长，鉴于固化粉煤灰的这种特点，参考《公路路面基层施工技术规范》中有关水泥稳定土的强度标准，10%PSS固化粉煤灰可作路面基层，用5%PSS固化粉煤灰作路面底基层。

3.固化土的强度与龄期的关系

我们将10%PSS固化粉煤灰；6%PSS-1固化砂砾；10%PSS-1固化中液限粘土；4%PSS固化低液限粘土和10%PSS-1固化粉质中液限粘土的强度随龄期的变化绘于图中。

从图中我们可以清楚地看到固化土的无侧限抗压强度是随龄期的增长的。或促使固化粉煤灰和固化砂砾的强度增长得最多，而固化低液限粘土和固化粉质中液限土的强度增长相对较少。固化土的间接抗拉强度也是随龄期增长而增长。

4.干缩试验

水泥稳定土、石灰稳定土的干缩性比较大，水分的变化往往会导致基层产生干缩裂缝，经过一段时间的交通荷载作用之后，这些裂缝就会反射到沥青面层上，称之为反射裂缝。 而固化剂稳定土拥有板体性强的特点，这就在一定程度上提高了路基的稳定性，抑制了反射裂缝的产生。同时，固化剂的水化反映相对于水泥和石灰来讲剧烈的程度差，时间长，促使了后期强度的增长，这就使固化土的稳定性明显优于水泥稳定土和石灰稳定土。其具体数据可见下表：

5.耐久性试验

简易道路的路面、高等级公路的路面基层、水土流失边坡、防洪堤坝以及软弱地基等盐土工程,PSS固化剂处理后,虽然交通车辆的长期运行或洪水侵蚀,其稳定性和承载能力较同样用水泥稳定沙砾作基层要耐久.

例如:吉林省浑江试验路,为山区道路,路基长期受洪水的侵蚀,原二灰稳定碎石基层修筑,半年后就出现严重的破坏,出现大面积坑槽,PSS固化剂稳定山皮土对翻浆路面进行补强度,大面积路段应用10㎝厚固化剂稳定山皮土进行补强,取得了良好的应用效果.试验路经半年多的行车和98年特大洪水的考验,路面稳定,未出现破坏现象.沈阳市虎石台区用固化剂稳定山皮土铺筑的厂区道路,路基铺筑后一个月即受洪水冲击,整个路基在水中浸泡近一

周,水排除后路基未出现松软、泥泞，经弯沉测定,平均弯沉值57／100㎝,仍满足强度要求,实践证明固化土具有良好的水稳性.

此外,北方地区受气温影响,冬季的最底气温可达零下30℃,因此要求经固化剂处理后,能经受住抗冻循环.下表是PSS固化剂与325R水泥稳定部分土 样抗冻融对比试验.

PSS固化剂与325R水泥稳定部分土样抗冻融对比试验结果

备注：抗冻融试验采用美国和日本对水泥稳定土进行冻融循环的试验方法，细粘土为Ø50×50mm，砂砾为Ø100×100mm。试件成型后在20℃±2℃的养生箱中保温养生7天后取出，放入托盘，在试件和托盘放一层6.4mm厚的用水饱和的吸水性材料，放入-23℃±2℃的恒温冰箱中冻结24小时后取出，一动一融为一个循环。 二,工程实例:

1. 工程名称：庄林线营口至盖州段 施工单位：营口市公路工程公司

施工日期：2002年7月 施工方法：厂拌法

工程简介：此路段为庄林线营口至盖州段，属标准二级路。该路曾于2001年进行过改造，基层为20cm厚的水泥稳定砂砾，当年即投入使用。但由于该路处于沈大高速公路的附线，是连接营口到盖州的重要通道，又加之沈大高速公路改造，交通量不断增大，以及基层强度不高等原因，2002年春融后，路面出现大面积的龟裂、坑槽等病害，严重影响了行车质量。鉴于该路的重要性，以及沈大高速的封闭通车，因此迫切需要对其进行重新补修。为了不影响正常行车，做到尽快施工，尽快通车，营口市公路工程公司决定采用我们公司的PSS-1型固化剂稳定砂砾代替原基层来进行补修。同时为了便于比较，又做了水泥稳定砂砾的基层，下表中是两种基层的试验段对比结果。从试验段的对比结果中可以看出，固化剂稳定砂砾基层明显好于水泥稳定砂砾基层，因此该路11公里的基层全部采用PSS-1型固化剂

稳定砂砾。现在该路已完工近一年，路面完好无损，效果十分良好。今年固化仍将在营口地区的一些道路中大量使用。

2. 锦阜公路义县段

试验路检测结果

来自施工单位的总结：

①通过试验路段的施工，发现土壤固化剂具有终凝时间长的特点，一般在8～10小时之间，比普通水泥要长3～5小时。这样在施工中，每天的作业段可达400～500延米（以前是200～300延米），而且有充足的时间完善基层的质量。

②土壤固化剂稳定砂砾基层具有早强的特点，在半侧通车半侧施工中工作效率大大提高（轻型车一般单侧通车需7天以后，而试验段只需3天即可通车）。 ③土壤固化剂稳定砂砾做半刚性基层质量稳定可靠。

④施工工艺比较简单，施工人员容易掌握，只要砂砾质量满足要求，控制好最佳含水量、固化剂用量、拌和深度，就能达到要求。

⑤土壤固化剂的价格与水泥相当，但它具有日施工进度快，开放交通时间提前，质量可靠等优点，所以，它的整体经济效益和社会效益是显著的，因而，具有十分广阔的应用前景。 工程现状：

该路全长38.95公里，其中基层80%采用了PSS-2型的固化剂稳定砂砾，面层完工后即开放交通。现工程已完工2年，路面一直完好无损，经锦州市公路质检站公路工程科检查，各项指标全部合格，现在固化剂仍在锦州地区大量使用。 三、效益分析 1.直接效益

PSS土壤固化剂主要优势在于它的简便性和经济性，由于土壤固化剂可以就地取材、施工方便，对于水泥稳定砂砾相对比节约了大量的工作量，尤其是经济方面优势更为明显。 土壤固化剂与水泥稳定土或砂砾比，材料成本如下：

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固化剂稳定土（就地取土）3元／m,固化剂掺量5%~10%，固化剂价格为250元／吨（含30

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㎞运距，特殊土质及运距价格可上下调整）。水泥（32.5R）稳定砂砾，价格6元／m，运距为1㎞～40㎞，水泥掺量为5，水泥价格为280元／吨。

这样按压实方计算，每立方米混合料的成本如下表：

从上表可以看出：用掺量为5%，而砂砾运距为1㎞的情况下，固化剂节省费用20.33%；如果固化剂掺量为10%，砂砾运距为40㎞，则固化剂节约费用为30.10%。

2.间接效益

砂砾资源的减少衍生出了成本增加、拌站出料少、浪费施工时间等诸多问题。恰恰我们的PSS系列固化剂的主要优势就在于就地取材、施工方便、造价经济、同时更节省了运输成本，减少了对环境的破坏，随着经济的发展，砂砾的短缺，固化剂必然会得到广泛的应用。 随之带来的料场占地、水土保持、环境影响等费用的增加，例如：开采砂砾86791立方米，按2米深取料，则将占地86.7亩，料场占地费，按2400元／亩计算，则20.81万元／年；所需柴油3298吨，按柴油4012元／吨，则需1323.18万元／年。

所以采用PSS固化剂稳定土，不但带来巨大的直接经济效益，而且带来显著的间接效益。 3.生态环境效益

采用PSS土壤固化剂稳定基层减少了生态环境影响，带来的生态效益是十分显著的。 ⑴ 合我国产业生态化的战略要求。产业生态化的本质目标就是在生产中大力推广那些节约能源、环境负面影响小和经济效益高的技术。实现产业生态化是我国经济可持续发展的战略选择。公路工程建设中应用土壤固化剂新技术，符合我国产业生态化化的战略要求。 ⑵ 保护有限的土地资源。公路市政道路工程建设中采用土壤固化剂新技术，可以在原地处理材料，解决了采料占用耕地的问题，这对于保护有限的土地资源、促进农业生产的发展和保护农业生产环境都具有十分重要的意义。

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⑶ 减少了水土流失量，节省了水保投资。如果取砂砾料86791m，按2m深取料，则将占地

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86.7亩，施工期料场占地侵蚀模数按3000t/km.a计算，则每年减少水土流失量约为173.49t，相应节省水土流失工程措施费为30901元，节省水土流失补偿费28375元。 ⑷ SS系列土壤固化剂中以工业废料为主要成分，减小了占地费用和堆放污染，变废为宝，利在当代，功在千秋。