土体固化剂——材料•作用机理•应用

本书基于作者研究成果及目前土体固化剂发展现状，以土体固化剂的种类为主线，系统阐述了各种土体固化剂的原材料来源、制备过程、生命周期评价、作用机理及其在土体加固、废土材料化、污染土修复、止水防渗和防水堵漏等方面的应用。涉及的土体固化剂包括水泥类、石灰类、水玻璃类、磷酸盐类、碱激发类、镁质、离子土类、环氧树脂类、丙烯酰胺类、聚氨酯类、无机无机复合类、无机有机复合类、生物酶类、生物菌类等。 本书可供从事岩土工程和环境工程及相关专业的科技人员、管理人员及相关专业学生阅读和参考。

武亚磊，中国海洋大学博士，主要研究方向：固废资源化利用及水泥基材料的应用研究。 杨俊杰，中国海洋大学教授，博士生导师。国际土力学及岩土工程协会（国际土协）会员、中国岩石力学与工程学会环境岩土工程分会理事、中国土木工程学会土力学与岩土工程分会土的本构关系及强度理论专业委员会委员。主要研究方向有：软基处理、土工结构长期稳定性评价、离心模型试验、加筋土的基本性质及其结构物的稳定性分析、各种工业固体废物在岩土工程中的应用、生态边坡工程、极限分析上限法在岩土工程中的应用。

0 绪论 1 水泥类固化剂 1.1 概述 5 1.1.1 原材料 5 1.1.2 生产过程与生命周期评价 8 1.1.3 反应机理与微观表征 13 1.2 水泥与土中成分的作用机理 32 1.2.1 水泥与矿物的作用机理及固化模型 32 1.2.2 水泥与水溶盐的作用机理 37 1.2.3 水泥与酸碱成分的作用机理 39 1.2.4 水泥与污染成分的作用机理 40 1.2.5 水泥与有机质的作用机理 44 1.2.6 小结 46 1.3 固化土 46 1.3.1 强度与变形 47 1.3.2 渗透特性 61 1.3.3 劣化特性与耐久性 62 1.3.4 微观特性 63 1.3.5 固化机理 65 1.4 半固化土 65 1.4.1 半固化土室内模拟试验方法 66 1.4.2 废土与固化剂拌和试验 67 1.4.3 半固化土的击实与性能试验 68 1.4.4 固化剂掺量界限范围的确定 72 1.5 固化/稳定化污染土 75 1.5.1 室内试验研究方法及评价标准 76 1.5.2 宏观力学特性 84 1.5.3 浸出特性 87 1.5.4 渗透特性 90 1.5.5 劣化特性与耐久性 91 1.5.6 微观特性 92 1.5.7 固化/稳定化机理 96 1.6 结语 97 参考文献 97 2 石灰类固化剂 2.1 概述 108 2.1.1 原材料 108 2.1.2 生产过程与生命周期评价 108 2.1.3 反应机理与微观特性 110 2.2 固化土 113 2.2.1 气硬性石灰固化土 113 2.2.2 天然水硬性石灰固化土 116 2.2.3 固化机理 118 2.3 半固化土 119 2.3.1 界限含水量 119 2.3.2 击实特性 120 2.3.3 强度特性 120 2.3.4 渗透特性 122 2.3.5 劣化特性与耐久性 123 2.3.6 微观特性 124 2.4 固化/稳定化污染土 124 2.4.1 强度特性 124 2.4.2 浸出特性 128 2.4.3 劣化特性与耐久性 128 2.4.4 微观特性 129 2.4.5 固化/稳定化机理 130 2.5 结语 131 参考文献 131 3 水玻璃类固化剂 3.1 概述 134 3.1.1 水玻璃的分类 134 3.1.2 原材料与改性材料 135 3.1.3 制备过程与生命周期评价 138 3.1.4 反应机理与微观特性 138 3.2 固化土 142 3.2.1 水玻璃固化剂 142 3.2.2 改性水玻璃固化剂 145 3.2.3 固化机理 149 3.3 半固化土 150 3.3.1 界限含水量 150 3.3.2 击实特性 150 3.4 结语 151 参考文献 152 4 磷酸盐类固化剂 4.1 概述 154 4.1.1 原材料 154 4.1.2 制备过程与生命周期评价 160 4.1.3 反应过程与微观特性 162 4.2 固化土与半固化土 174 4.3 固化/稳定化污染土 174 4.3.1 强度与变形 174 4.3.2 浸出特性和渗透特性 175 4.3.3 劣化特性与耐久性 175 4.3.4 固化/稳定化机理 175 4.4 结语 176 参考文献 177 5 碱激发类固化剂 5.1 概述 183 5.1.1 原材料 183 5.1.2 制备过程与生命周期评价 227 5.1.3 反应机理与微观特性 229 5.2 碱激发类固化剂设计方法 252 5.3 碱激发类固化剂与土中成分的作用机理 255 5.3.1 与矿物的作用机理 255 5.3.2 与水溶盐的作用机理 256 5.3.3 与酸碱成分的作用机理 257 5.3.4 与污染成分的作用机理 258 5.3.5 与有机质的作用机理 260 5.4 固化土 260 5.4.1 强度与变形 260 5.4.2 渗透特性 265 5.4.3 劣化特性与耐久性 266 5.4.4 微观特性 266 5.4.5 固化机理 270 5.5 固化/稳定化污染土 271 5.5.1 强度与变形 271 5.5.2 浸出特性 276 5.5.3 渗透特性 277 5.5.4 劣化特性与耐久性 278 5.5.5 微观特性 278 5.5.6 固化/稳定化机理 281 5.6 结语 281 参考文献 282 6 镁质类固化剂 6.1 概述 300 6.1.1 镁质水泥分类 300 6.1.2 原材料 301 6.1.3 制备过程与生命周期评价 304 6.1.4 反应机理与微观特性 307 6.2 配比设计方法 320 6.3 固化土 325 6.3.1 氯氧镁水泥固化土 325 6.3.2 硫氧镁水泥固化土 330 6.3.3 硅酸镁水泥固化土 332 6.3.4 活性氧化镁碳化水泥固化土 334 6.4 固化/稳定化污染土 336 6.4.1 氯氧镁水泥固化/稳定化市政污泥 336 6.4.2 硫氧镁水泥固化/稳定化电镀污泥 338 6.4.3 硅酸镁水泥固化/稳定化污染土 339 6.4.4 活性氧化镁碳化水泥固化/稳定化污染土 344 6.5 结语 351 参考文献 351 7 离子土类固化剂 7.1 概述 360 7.1.1 原材料 360 7.1.2 应用方法与生命周期评价 361 7.1.3 反应机理 361 7.2 离子土类固化剂与土中成分的反应机理 361 7.3 固化土 364 7.3.1 基本物理性质 364 7.3.2 强度特性 366 7.3.3 劣化特性与耐久性 367 7.3.4 微观特性 368 7.4 半固化土 371 7.5 结语 372 参考文献 372 8 环氧树脂类固化剂 8.1 概述 374 8.1.1 原材料 374 8.1.2 制备过程与生命周期评价 381 8.1.3 反应机理与凝胶生成 381 8.2 固化土 383 8.2.1 强度特性 383 8.2.2 微观特性 384 8.2.3 固化机理 387 8.3 结语 387 参考文献 388 9 丙烯酰胺类固化剂 9.1 概述 389 9.1.1 原材料 389 9.1.2 制备过程与生命周期评价 391 9.1.3 反应机理 392 9.2 固化土 393 9.2.1 强度特性 393 9.2.2 微观特性 395 9.2.3 固化机理 397 9.3 结语 397 参考文献 398 10 聚氨酯类固化剂 10.1 概述 399 10.1.1 原材料 399 10.1.2 制备过程与生命周期评价 408 10.1.3 反应机理与凝胶生成 408 10.2 固化土 411 10.2.1 强度特性 411 10.2.2 微观特性 412 10.2.3 固化机理 415 10.3 结语 415 参考文献 416 11 其他有机类固化剂 11.1 脲醛树脂类固化剂 418 11.2 木质素类固化剂 419 11.3 丙烯酸盐类固化剂 421 11.4 结语 423 参考文献 423 12 无机-无机复合类固化剂 12.1 概述 425 12.1.1 定义及要求 426 12.1.2 类型 426 12.2 净浆 427 12.3 固化土 427 12.3.1 水泥基复合固化剂 427 12.3.2 石灰基复合固化剂 430 12.3.3 碱激发基复合固化剂 430 12.4 半固化土 430 12.5 固化/稳定化污染土 431 12.6 结语 431 参考文献 432 13 无机-有机复合类固化剂 13.1 概述 434 13.2 净浆 435 13.2.1 水泥基有机复合固化剂净浆 435 13.2.2 水玻璃基有机复合固化剂净浆 436 13.3 固化土 438 13.3.1 水泥基有机复合固化剂固化土 438 13.3.2 石灰基有机复合固化剂固化土 440 13.3.3 水玻璃基有机复合固化剂固化土 440 13.4 半固化土 440 13.5 固化/稳定化污染土 441 13.6 结语 441 参考文献 441 14 生物酶类固化剂 14.1 概述 443 14.2 固化土 444 14.2.1 强度特性 444 14.2.2 渗透特性 445 14.2.3 劣化特性与耐久性 446 14.2.4 微观特性 446 14.2.5 固化机理 449 14.3 结语 451 参考文献 451 15 生物菌类固化剂 15.1 概述 453 15.1.1 原材料 453 15.1.2 制备过程与生命周期评价 458 15.1.3 沉淀机理与微观特性 459 15.2 生物菌类固化剂与土中成分的反应机理 470 15.2.1 生物菌类固化剂固化土中矿物的机理 471 15.2.2 生物菌类固化剂与重金属污染物的反应机理 473 15.3 固化土 475 15.3.1 微生物诱导碳酸盐沉淀固化土 475 15.3.2 微生物诱导磷酸盐沉淀固化土 485 15.3.3 固化机理 489 15.3.4 不同粒径土的固化效果对比 489 15.4 固化/稳定化污染土 489 15.4.1 固化/稳定化效果 490 15.4.2 微观特性 492 15.4.3 固化/稳定化机理 494 15.5 结语 494 参考文献 495