工业固废基固化土的技术研究与工程应用

宋军超

（深圳港创建材股份有限公司，广东 深圳 518101）

摘要：面向3060碳达峰碳中和的“双碳”目标，梳理了绿色低碳建材行业总体技术现状，分析关键行业和产业前沿技术的应用现状与发展趋势，围绕“双碳”目标重点阐述了固化土的相关技术研究及工程应用：结果表过随着固化剂掺量的增加，固化土强度有一定比例提升。助推绿色低碳建材技术以改造传统产业转型升级，助力建筑节能及交通节能领域节能减排，为实现“双碳”目标提供一定的技术发展方向。

关键词：双碳目标；绿色低碳建材；固化土；节能减排

0 引言

随着我国2020年提出“双碳”战略目标，突出了我国对“绿色发展”推进态度和决心。随后又将“双碳”目标纳进“十四五”规划及2023年远景目标。做为基建大国，绿色发展离不开绿色低碳建材的技术支持，绿色低碳建材技术主要是指通过某些技术手段实现低能耗及低碳排放的目的，目前主要体现为低碳混凝土技术、固碳混凝土技术和固化土技术等，其中固化土技术主要是指就地取材渣土，使粉质粘土、淤泥质土及粉砂土经一定技术处理固化后可作为公路路床、底基层铺筑材料以及地下狭窄空间大流态回填材料，具有广阔市场应用前景及一定社会、环境和经济效益。

1.固化土概述

固化土可分为流态固化土和压实固化土：流态固化土是在土中（土质可为淤泥质土、粉土、粘土、风化岩颗粒等，土料来源可充分利用基坑开挖等产生的弃土、渣土、尾矿等材料）加入一定比例的高效岩土固化剂、外加剂和水拌合均匀，形成具有大流动性，凝固后可达到一定强度的硬化土体，相当于广义上的“混凝土”。压实固化土是利用现场土质，就地取材，将渣土翻拌后摊铺一定比例的水泥基矿物，并加入一定量的固化剂后，再经过复拌、整平、碾压及养护等施工工序达到一定强度的硬化土体，亦相当于广义上的“混凝土”。

2 固化土技术现状

目前我国的无机类土壤固化剂基本都以水泥与石灰为主要原料，通过配合比优化设计掺入一定掺量的烧碱、水玻璃等激发剂制备高性能无机复合粉体固化剂，通过大批量试验结果建立该类固化剂中各组份掺量、固化土龄期与强度之间的函数关系，并通过实验研究结果得出作为稳定土的性能效果显著，可满足建设施工需要[1-2]。国外的堤坝、道路及桥梁等工程建设中，固化土技术已被广泛应用，做为固化土核心材料的固化剂应用研究也迅速得以发展。Baghabra[3]通过配比优化设计试验往水泥基中加入最佳掺量的石灰对软黏土进行了固化应用，试验结果表明水泥石灰复合土壤固化剂可有效提高土体强度。

3 固化土性能试验研究

3.1 试验原材料性能

3.1.1 土样原材料性能

室内试验取某工程工地土样进行原材料试验，土样物理性能为含水率10.4%，比重2.61g/cm3，密度为1.93g/cm3，界限含水率IP=10.1%。

3.1.2 水泥原材料性能

水泥采用华新P.O42.5R水泥，密度3.14g/cm3，比表面积3240cm2/g，标稠用水量27.0%,28d胶砂抗压强度为48.2MPa。

3.1.3 试验用土壤固化剂

试验固化剂采用自主研发的一种建筑固废和渣土资源化利用新型土壤固化剂产品SSA-II，该产品常温下为黑色粘稠状液体。

3.2 配合比设计及试验结果

3.2.1 配合比设计依据

路面结构中的基层主要承受面上车辆动荷载，固化土作为传统基层替代材料，既要保证自身稳定性能力，又要满足一定强度要求。本试验采用无机结合料7d无侧限抗压强度作为配合比设计依据，通过不同配比设计下7d无侧限抗压强度研究结合料、固化剂掺量对强度的影响。

3.2.2 试验配比和结果

同一土样不同配比下的固化土的7d无侧向抗压强度如表1所示:

表1不同配比下固化（渣）土的7d无侧限抗压强度

试验编号	结合料、固化剂类型	结合料、固化剂掺量	7d无侧限抗压强度（MPa）
1	水泥	5%，0.000%	0.532
2	水泥、SSA-II	5%，0.005%	0.684
3	水泥、SSA-II	5%，0.010%	0.935
4	水泥、SSA-II	5%，0.015%	1.314
5	水泥、SSA-II	5%，0.020%	1.458

由上表可以看出，SAA-II固化剂对该土样的加固效果较为明显，掺加0.005%的SAA-II固化剂的7d无侧限抗压强度较未掺加该固化剂情况提高了28.6%，随着固化剂掺量提高，7d无侧限抗压强度相应提高，但固化剂掺量超过一定值后，其强度提升效果逐渐减弱。

4固化土工程应用及优势

4.1 流态固化土工程应用及优势

在建设工程中回填施工时，经常会遇到回填区域作业空间狭窄且深度较大的难题，传统施工工艺多采用素土分层使用挖机拍实或小型振动夯实机人工夯实，但此种工艺施工作业难度大、危险系数高、施工周期长、人工成本高且回填土的夯实质量和压实系数难以得到保障，这给施工企业带来较大困扰，而部分施工企业为确保回填质量采用低标素混凝土进行回填，但施工成本很高，且后期维护困难。

针对以上难题，一种绿色低碳环保建材流态固化土应运而生，此技术产品充分利用施工现场开挖出来的渣土或弃土，掺入一定掺量的固化剂与水，利用特殊设备均匀搅拌后制备而成的具有可泵送和自密实性能的新型绿色低碳建材，可应用于各类狭窄且较深的肥槽、基坑和矿坑回填浇筑。

流态固化土具有早期强度较高和可泵送的良好性能，且固化时间短，施工工期快，按照目前的回填要求只需12小时即可达到上人进行下一步施工的强度。此外，流态固化土所需要的回填施工作业面小、可多个作业面同时施工、施工周期短、成本较低，施工回填质量及压实度均可得到有效保障，是一种环境友好型的绿色低碳施工材料。

图2 天府国际机场综合管廊回填

4.2 压实固化土应用及优势

压实固化土是由土料、土壤固化剂和适量的水按一定比例拌和均匀后经压实、养护达到一定强度，具有良好水稳性的新型绿色低碳建材。压实固化土土料适应性广泛，可对多类土质材料进行固化，土料来源包括基坑开挖等产生的弃土、路基及广场原位土、盾构土等。做为“广义混凝土”，具有类似于混凝土的性能，可作为传统混凝土或沥青混凝土的替代材料做为施工垫层材料使用，还可做为固化地面以及市政道路或者道路的基层材料使用，以及城市步道、园林步道及乡村道路等。固化土路面与沥青和水泥路面相比，使用寿命长、循环利用率高、与周边景观相容性好。固化后的土体可使原土体的抗压强度提高20%以上，筑路综合成本至少降低20%。

5展望

随着我国经济飞速发展及“双碳”目标的快速推进，建设工程领域对绿色低碳建材的需求和要求日益增高，鉴于固化土的良好物理力学性能、水稳性等优势，可充分利用原地土料，减少开山采石挖沙，可有效节约资源保护环境，实现可持续发展的生态优势；就地取材，减少挖方弃土，施工效益高，维护成本低的经济优势；环保优势，无毒、无害、无污染、可再生、能复垦的环保优势，固化（渣）土的发展应用具有广大前景，须以重点技术为突破，构建绿色低碳建材生产技术体系，加快制造业绿色低碳转型和高质发展，尤其以下方向还需进行深一步的研究：

（1）基于大宗固废（建筑固废和工业固废）的固化土应用技术研究：一方面解决我国大宗固废堆积引发的环境等问题，一方面优化配比进一步提高固化土力学性能；

（2）基于不同地质层土质（粉土、黏土、沙土、淤泥土等）的固化土应用研究，主要解决针对不同土质情况下的固化土生产工艺及设备相关问题。

参考文献：

[1]陶君军.工业废渣复合固化疏浚淤泥及路基分层填筑技术路线[D].浙江：浙江工业大学2016.

[2]周乃武.利用工业固体废物制备高强度土壤固化剂的实验研究[D].北京：中国地质大学2006.

[3] Mar Saeed Baghabra Al-Amoudi.Characterization and Chemical Stabilization of AI-Qurayyah Sabkha Soil [J].Journal of materials in civilengineering,2020,14(6):478-484.

作者简介：宋军超（1986-），男，汉族，四川眉山人，硕士，工程师，研究方向：渣土固废利用、混凝土及水泥制品工艺，