01固化土及預拌固化土的概念

土壤（巖土）固化指通過某種措施將散碎狀的土壤固結(jié)為具有一定強度的整體性固體物質(zhì)，經(jīng)固化處理的土可以稱為固化土，土壤固化的主要目的是獲得比天然土更高的強度、更好的整體性和抗?jié)B性。固化土與自然土的最大區(qū)別在于整體性與散碎性的區(qū)別。

從廣義上講，也可以把固化土視為一種低強度、低彈性模量的混凝土。而一般意義上的混凝土可以理解為：用以水泥為主的膠凝材料看作（含分散膠凝材料的化學物質(zhì)）固化粗粒土（石、砂）；固化土則可以理解為：用特殊膠凝材料組合（含改善土顆粒界面和反應(yīng)活性的化學物質(zhì)）固化細粒土（粉土、黏土、淤泥質(zhì)土等）。水泥特別是硅酸鹽水泥用于固結(jié)表面性質(zhì)為惰性的粗粒土（石、砂），其有效性毋庸置疑。但一般的硅酸鹽水泥用于有表面活性的細粒土則效果一般，甚至沒有效果，特別是在高含水率狀態(tài)下或者固化類似鹽漬土這樣的特殊土壤時，更加不適用。因此，才需要開發(fā)特殊的膠凝材料體系（固化劑）用于土壤固化，以獲得技術(shù)和經(jīng)濟上的可行性。

注：所用淤泥含水率為35%，固化劑摻量為濕土質(zhì)量的20%，固化劑與水按照水灰比為1.2攪拌成漿液，加入淤泥攪拌。拌和水為海水，成型 3d后脫模，浸泡在海水中養(yǎng)護至規(guī)定齡期。

從施工方式看，土壤（巖土）固化常見的是原位處理，包括攪拌樁、粉噴樁、路拌法筑路等。土的原位處理最大問題是難以解決固化土的勻質(zhì)性，這個問題對攪拌樁的成樁質(zhì)量尤其突出。因此，采用類似生產(chǎn)混凝土的預拌方式，對土進行必要的預處理，并與固化材料進行充分攪拌混合，可以獲得相對均質(zhì)、性能穩(wěn)定的固化土材料。

本項目引入一個新的概念——預拌固化土。預拌固化土的基本原理：根據(jù)工程需要，就地取土，摻入與巖土特性相適應(yīng)的專用特殊膠凝材料（固化劑），以及必要的水和外加劑，通過特定的攪拌機進行拌合均勻，形成具有可施工性的混合料，經(jīng)澆筑或填筑、養(yǎng)護后，固化成為具有一定強度、水穩(wěn)定性、低滲透性和保持長期穩(wěn)定的新型巖土工程材料。其流程如圖所示。

與之前原位加固處理巖土的一個重大區(qū)別在于，預拌固化土成為一種可以通過材料、設(shè)備和工藝進行質(zhì)量控制的、勻質(zhì)穩(wěn)定的巖土工程材料，可以獨立進行生產(chǎn)、運輸、使用和檢測評價，具備與預拌混凝土相同的商品屬性。

值得一提的是，以往的土壤加固更多屬于工程概念，而預拌固化土概念的提出使得這個范圍內(nèi)的巖土加固具有了更明顯的材料內(nèi)涵，以及由此帶來的技術(shù)方向和業(yè)務(wù)模式的變革。

02預拌流態(tài)固化土的基本性能

預拌固化土可以根據(jù)拌合物的施工性分為流態(tài)和非流態(tài)。一般而言，按照混凝土測試方法得到的拌合物坍落度大于90mm以上的預拌固化土可以稱為預拌流態(tài)固化土。坍落度大于160mm以上的預拌流態(tài)固化土可泵送施工，澆筑時一般無需振搗或只需輕微振搗。

預拌流態(tài)固化土具有良好的施工便捷性，對于填筑工程，特別是狹窄空間的填筑具有特殊的技術(shù)優(yōu)勢。預拌流態(tài)固化土與傳統(tǒng)碾壓成型的路基水泥土或固化土，以及原位攪拌形成的攪拌樁，均有較大的差別。

預拌流態(tài)固化土具有如下基本特性：

（1）勻質(zhì)性：通過土料或泥漿的前期預處理和質(zhì)量控制，以及特殊的攪拌工藝，固化土拌合物和硬化體均具有良好的勻質(zhì)性。

（2）無側(cè)限抗壓強度：根據(jù)需要和經(jīng)濟成本，無側(cè)限抗壓強度可以在0.5~10MPa 調(diào)整（見圖2）；有早期強度要求的，可以實現(xiàn)12h即可達到進行下一步施工的強度。從經(jīng)濟性考慮，預拌流態(tài)固化土的抗壓強度宜在0.3～3.0MPa。

（3）濕密度與干密度：預拌固化土因巖土性質(zhì)、固化劑摻量以及用水量（工作性要求）的不同，拌合物濕密度和硬化后固化土的干密度均有較大區(qū)別。固化劑摻量為10%~15%，拌合物坍落度控制在180~200mm的固化土，濕密度一般在1600~2000kg/m3，干密度1200~1800kg/m3。

（4）體積穩(wěn)定性：預拌固化土在養(yǎng)護結(jié)束后，如暴露在空氣中，會因失水而發(fā)生干縮。正常室溫下干縮在30d以后趨于穩(wěn)定。預拌固化土水量越大，干縮越大。在常溫環(huán)境中，相對濕度60%左右，常見的干縮應(yīng)變穩(wěn)定在3000~6000με。處于地下環(huán)境中固化土（如基槽回填、樁基等），在沒有失水的情況下，通常不會發(fā)生干縮。

（5）抗?jié)B性：與天然土壤相比，預拌固化土的抗?jié)B性大幅提高，滲透系數(shù)可比天然土壤降低2~3個數(shù)量級。固化土的滲透系數(shù)與土質(zhì)、固化劑摻量（強度）有密切關(guān)系，固化土強度在0.5~2.0MPa時，其滲透系數(shù)一般在1×10-6～1×10-9cm/s，通常為1×10-7～1×10-8cm/s。

（6）長期穩(wěn)定性：根據(jù)設(shè)計要求，固化土可以在1~2年強度持續(xù)增長，硬化體長期保持穩(wěn)定，對于恒溫恒濕的地下填筑環(huán)境，長期穩(wěn)定性更好。

03預拌固化土的環(huán)保價值

預拌固化土可以就地規(guī)?；{渣土類建筑垃圾（包括工程泥漿），減少渣土的運輸成本。在建筑垃圾當中，渣土類建筑垃圾（含工程泥漿）往往占60%以上，而且最難消納利用。預拌固化土提供了將渣土變成巖土工程材料的高附加值技術(shù)途徑。河湖清淤產(chǎn)生的廢棄淤泥、污水處理廠的污泥，經(jīng)過必要的技術(shù)處理，利用預拌固化土的性能控制技術(shù)，也可以得到消納利用。

同時，預拌固化土所用的固化劑（特種膠凝材料）也能消納當?shù)氐墓I(yè)廢渣，如各種冶煉渣、燃煤副產(chǎn)品、固硫副產(chǎn)品，甚至焚燒危廢產(chǎn)生的飛灰、爐渣經(jīng)過嚴格的檢測和技術(shù)控制，也可以作為原材料使用。

另外，我國有大量的預拌混凝土攪拌站和混凝土預制構(gòu)件廠，產(chǎn)生的廢水余漿和廢渣，雖然經(jīng)過充分循環(huán)利用，但很難實現(xiàn)真正的零排放。這些剩余的廢水余漿和廢渣可以在預拌固化土中得到完全的消納利用。

流態(tài)化的預拌固化土可以實現(xiàn)自密實澆筑，免振搗或只需輕微振搗即可，施工簡便，人工和機械用量大大減少，對于未來勞動力緊缺的建筑市場，具有突出的經(jīng)濟優(yōu)勢。

與混凝土相比，預拌固化土是一個具有很大包容性和冗余度的體系，在產(chǎn)品性能上是混凝土的一個補充，不與混凝土爭奪大宗原材料：不用砂石、不用水泥，還可以使用水泥混凝土難以利用的各種固體或液體廢棄物。因此，預拌固化土是一種可以協(xié)同處置多種廢棄物的綠色建材；同時，以預拌固化土為中心，可以形成一個上下游聯(lián)動的綠色化產(chǎn)業(yè)鏈條，協(xié)同處置建筑垃圾、工業(yè)固廢、城市污泥等目前城市亟需消納處理的大宗低質(zhì)固廢，為“無廢城市”提供一套新的解決方案。

04預拌固化土的應(yīng)用前景

預拌固化土作為一種質(zhì)量可控的低強度巖土工程材料，可以用于填筑工程，包括市政管廊的基槽回填、市政管網(wǎng)埋設(shè)的回填、建筑物深基坑的回填、市政工程對質(zhì)量要求較高部位的回填、狹窄或異形空間的回填等，也包括礦山工程中的礦山充填。對于填筑工程，往往采用大流態(tài)的預拌固化土，可泵送或溜槽澆筑，無需振搗成型，減少了傳統(tǒng)素土、灰土回填的壓實（碾壓、夯實）工序，特別是狹窄空間的填筑工程，更具有無可替代的技術(shù)優(yōu)勢。

預拌固化土也可以用于臨時地坪硬化，臨時或低等級道路、路基工程等，也可以用作地基材料，形成新的地基處理技術(shù)體系。

預拌固化土具有重要的工程價值和社會意義，具有廣闊的應(yīng)用空間。需要針對不同的工程需求，進行更加廣泛而深入的研究，從材料體系、性能要求、施工作業(yè)、質(zhì)量控制等多個環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)性研究，以支撐這項創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展。中國建筑科學研究院牽頭的國家“十三五”重點研發(fā)計劃的子項目將預拌固化土作為重點研究內(nèi)容，開展系統(tǒng)性研究，并致力于標準化工作，將有力推動該項技術(shù)的發(fā)展。