浅谈 ISS固化剂的原理及特点

滕维民,李明宇

(通河县公路管理站)

1 ISS固化剂的作用机理

ISS固化剂全称为电离子土壤强化剂(Ionic Soil Stabilizer),是一种有多个强离子组合而成的水溶剂。该剂是一种复合的化学配方,其中含有活性成分的磺化油,由植物油或鱼油与硫酸作用,再经中和而得。

磺化油是一种阴离子型表面活性剂,它由一磺基(-SO3H)和烃基(R-H)的碳原子直接相连而成的有机物(RSO3H)磺酸的“亲水头”与一由碳及氢的原子组成的“疏水尾”所构成。

“亲水头”可完全溶解于水,或与水相混溶,但是不溶解于大部分的非极性的有机溶剂。当磺化油在水中扩散时,“亲水头”这部分的分子则产生离解作用,并产生一个离子SO2-3。通过硫原子,SO2-3与另一部分—“疏水尾”相连结。“疏水尾”完全不溶于(或混溶于)水,却具有亲液的特性,并能与油以及非极性溶剂相混溶。这样,ISS中的“亲水头”与“疏水尾”的“二元性”,与粘土等土壤相拌和后就能除去其泥质矿物的水分并使其 ISS与土壤的质点之间产生永久的结合固化。这种固化主要依靠ISS“亲水头”与粘土质点表面(平面的和外部的)所形成的化学链。

(2)ISS侵占在粘土表面上空出的离子位置;

(3)ISS的“亲水头”,在一很薄层的“因湿土所衍生的水”中溶解,并吸附在粘土泥质矿物的表面。

由此产生如下结果。

(1)原本是很机动的阳离子,现在已固定在它们的位置上。这是由于 ISS的分子“封闭”所致,它可以防止离子与水形成媒合复体;

(2)一旦 ISS的分子与粘土质点结合,“疏水尾”则从平面表面脱离而形成一保护油层围绕着粘土(包括在内部层之表面上)。自然水将被“疏水尾”挤出,其挤出的力量相当于未经 ISS处理的粘土需要 42MPa以上的机械压力的效果。换句话说,经ISS处理的粘土之压实可藉助最小机械力即达到粘土质点结合的相当密实目的。

正是由于 ISS为一种带高密电荷的磺化油树脂,是一种电解质,能溶于水,在水中离解出带正电荷的阳离子[X]n+和带负电荷的阴离子[Y]n-,离解出来的阳离子与土壤胶体颗粒表面的阳离子[M]n+产生交换作用,赶走吸附在土壤胶体表面的、非常容易亲水的阳离子,取而代之的是亲水性较低、粘结力较强的铝离子及其水化合物。而 ISS本身只是一种催化剂,与土壤反应前、后,其化学性质亦未改变,其量也未减少。因此,在土壤中只要有ISS存在,在外部压力作用下,会具有结晶作用,土壤就会变得越来越密实,越来越坚硬,越来越岩石化。

2 ISS固化土的功能及特点

通过课题调研,根据澳大利亚生产厂家提供的资料,ISS固化土的主要功能和特点如下:

(1)用于固化粘土,可以提高路基的强度,也可以用作底基层、基层材料;

(2)适用于 ISS的土壤:塑性指数 6～30,粘土颗粒含量10%以上;

(3)ISS固化土施工后 1～2 a可达到最佳固化效果;

(4)ISS固化土既非绝对刚性材料,又非绝对柔性材料,而是介于二者之间,具有韧性材料的特征,这一点与其他固化剂有所不同;

(5)ISS土随着时间的增长,逐渐固化,形成类似于岩石的结构,使水分不易侵入,从而提高稳定性、耐久性和抗冻性;

(6)将ISS固化剂用水稀释后,直接喷洒在旧砂石路表面,或将路表翻开后喷洒、拌和、碾压,可用作路面,能够减少沙尘,降低砂石路的养护费用;

(7)ISS固化土施工后 2 h即可开放交通,必要时可进行少量洒水养生,以防表面开裂;

(8)ISS固化土施工时不需要专用机械,常规路用设备即可满足要求。

3 中路固化土的功能及特点

根据厂家提供的资料,中路固化剂的功能与ISS固化剂的功能相似,都能显著提高土体的强度。与ISS固化剂原理的不同之处在于,该固化剂是一种高分子有机物,呈液态,深褐色,pH值为小于 1.0,密度为 1.3～1.35 g/cm3。该材料能将土壤中的矿物质和土壤的分子分解,使其重新结晶,形成新的化学链,其材料无毒、无害,防火、防爆,对人类、动物、植物及环境均无污染。中路固化剂在使用时必须掺加 4%～8%的石灰或水泥,用以提高土体的水稳定性。

根据厂家提供的资料,中路固化剂的功能与ISS固化剂的功能相似,都能显著提高土体的强度。与ISS固化剂原理的不同之处在于,该固化剂是一种高分子有机物,呈液态,深褐色,pH值为小于 1.0,密度为 1.3～1.35 g/cm3。该材料能将土壤中的矿物质和土壤的分子分解,使其重新结晶,形成新的化学链,其材料无毒、无害,防火、防爆,对人类、动物、植物及环境均无污染。中路固化剂在使用时必须掺加 4%～8%的石灰或水泥,用以提高土体的水稳定性。