MBER土壤固化剂固土机理及成型技术研究

我中心2006届博士研究生樊恒辉同学，在导师吴普特研究员的指导下，经过三年努力完成了MBER土壤固化剂固土机理及成型技术研究

                                摘要

    土壤固化剂作为一种能够充分利用当地水土资源且性能价格比较高的新型建筑材料，在生态环境建设和社会主义新农村建设中具有广阔的应用前景。本文针对土壤固化剂应用中存在的若干理论与技术问题，以自主研发的MBER土壤固化剂作为研究对象，采用理论分析、室内试验和工程实践相结合的方法，重点研究固化剂的土质适宜性、固土机理、固化土性能和固化土的成型技术，得出如下主要结论：
    1、基于土壤固化剂加固效果因土而异的问题，在分析不同区域黄土的物理化学性质和矿物成分差异的基础上，对固化剂土质适宜性的影响因素及其与固化剂各组分之间的关系进行研究，提出了适合不同区域黄土的MBER配方组成。
    2、基于黄土中粘土矿物和离子交换的特性，提出了“解聚－胶结”反应及其作用原理，即在强碱性条件下铝硅酸盐粘土矿物表面的 [Si2O5]2-、[Al2O6]6-逐渐溶蚀形成[SiO4]4-、[AlO6]9-，其可与钙离子和石膏反应，形成具有胶结作用的水化硅酸钙和填充致密作用的三硫型水化硫铝酸钙。这是不同地区不同土质固化土性质差异较大的重要原因。
    3、提出MBER固土机理模型。结构体构件的微观结构研究表明， MBER水化产物中纤维状Ⅰ型水化硅酸钙和六方棱柱状三硫型水化硫铝酸钙的填充致密作用与其它类型水化硅酸钙的胶结作用构成固化土强度的主体。在外部机械功压实和各种物质的水化水解、解聚－胶结、碳酸化、火山灰等反应下，通过各类生成物的填充、挤密、胶结等作用，内部结构呈分散状态的土颗粒逐渐形成一个较紧密的整体，宏观上表现为通过相的转变使得固化土的孔隙率降低、密度增大、强度增强，进而使土体的工程技术性能得以改善。
    4、推荐MBER固化土集流面的干硬性成型技术施工参数及耐久性增强措施。研究结果表明，黄土高原Ⅰ区MBER剂量在15～18％之间为宜，Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区剂量控制在9～12％；固化土集流面施工结束后进行覆盖防蒸发处理，24h后进行洒水或浸水养护为宜；通过提高固化土的力学强度、纤维加筋作用、表面处理及管理维护等措施，可增强集流面的耐久性。
    5、提出修建固化土集流面的不同成型技术及适用范围。研究结果表明，对于较平整的集流面和施工条件较好的地区，宜采用干硬性成型技术；对于坡度较大，施工条件较差的地区，可采用塑性成型技术；砌块成型技术简单易行，应在大面积的集流面建设中作为首选技术；采用固化剂浆液抹面收光处理，能够在集流面形成一层光滑致密的保护层，具有较高的集流效率和耐久性，可作为一项重点施工技术进行推广。