预拌固化土的原理及工程应用前景
01固化土及预拌固化土的概念
土壤（岩土）固化指通过某种措施将散碎状的土壤固结为具有一定强度的整体性固体物质，经固化处理的土可以称为固化土，土壤固化的主要目的是获得比天然土更高的强度、更好的整体性和抗渗性。固化土与自然土的最大区别在于整体性与散碎性的区别。
从广义上讲，也可以把固化土视为一种低强度、低弹性模量的混凝土。而一般意义上的混凝土可以理解为：用以水泥为主的胶凝材料看作（含分散胶凝材料的化学物质）固化粗粒土（石、砂）；固化土则可以理解为：用特殊胶凝材料组合（含改善土颗粒界面和反应活性的化学物质）固化细粒土（粉土、黏土、淤泥质土等）。水泥特别是硅酸盐水泥用于固结表面性质为惰性的粗粒土（石、砂），其有效性毋庸置疑。但一般的硅酸盐水泥用于有表面活性的细粒土则效果一般，甚至没有效果，特别是在高含水率状态下或者固化类似盐渍土这样的特殊土壤时，更加不适用。因此，才需要开发特殊的胶凝材料体系（固化剂）用于土壤固化，以获得技术和经济上的可行性。
注：所用淤泥含水率为35%，固化剂掺量为湿土质量的20%，固化剂与水按照水灰比为1.2搅拌成浆液，加入淤泥搅拌。拌和水为海水，成型 3d后脱模，浸泡在海水中养护至规定龄期。
从施工方式看，土壤（岩土）固化常见的是原位处理，包括搅拌桩、粉喷桩、路拌法筑路等。土的原位处理最大问题是难以解决固化土的匀质性，这个问题对搅拌桩的成桩质量尤其突出。因此，采用类似生产混凝土的预拌方式，对土进行必要的预处理，并与固化材料进行充分搅拌混合，可以获得相对均质、性能稳定的固化土材料。
本项目引入一个新的概念——预拌固化土。预拌固化土的基本原理：根据工程需要，就地取土，掺入与岩土特性相适应的专用特殊胶凝材料（固化剂），以及必要的水和外加剂，通过特定的搅拌机进行拌合均匀，形成具有可施工性的混合料，经浇筑或填筑、养护后，固化成为具有一定强度、水稳定性、低渗透性和保持长期稳定的新型岩土工程材料。其流程如图所示。
与之前原位加固处理岩土的一个重大区别在于，预拌固化土成为一种可以通过材料、设备和工艺进行质量控制的、匀质稳定的岩土工程材料，可以独立进行生产、运输、使用和检测评价，具备与预拌混凝土相同的商品属性。
值得一提的是，以往的土壤加固更多属于工程概念，而预拌固化土概念的提出使得这个范围内的岩土加固具有了更明显的材料内涵，以及由此带来的技术方向和业务模式的变革。
02预拌流态固化土的基本性能
预拌固化土可以根据拌合物的施工性分为流态和非流态。一般而言，按照混凝土测试方法得到的拌合物坍落度大于90mm以上的预拌固化土可以称为预拌流态固化土。坍落度大于160mm以上的预拌流态固化土可泵送施工，浇筑时一般无需振捣或只需轻微振捣。
预拌流态固化土具有良好的施工便捷性，对于填筑工程，特别是狭窄空间的填筑具有特殊的技术优势。预拌流态固化土与传统碾压成型的路基水泥土或固化土，以及原位搅拌形成的搅拌桩，均有较大的差别。
预拌流态固化土具有如下基本特性：
（1）匀质性：通过土料或泥浆的前期预处理和质量控制，以及特殊的搅拌工艺，固化土拌合物和硬化体均具有良好的匀质性。
（2）无侧限抗压强度：根据需要和经济成本，无侧限抗压强度可以在0.5~10MPa 调整（见图2）；有早期强度要求的，可以实现12h即可达到进行下一步施工的强度。从经济性考虑，预拌流态固化土的抗压强度宜在0.3～3.0MPa。
（3）湿密度与干密度：预拌固化土因岩土性质、固化剂掺量以及用水量（工作性要求）的不同，拌合物湿密度和硬化后固化土的干密度均有较大区别。固化剂掺量为10%~15%，拌合物坍落度控制在180~200mm的固化土，湿密度一般在1600~2000kg/m3，干密度1200~1800kg/m3。
（4）体积稳定性：预拌固化土在养护结束后，如暴露在空气中，会因失水而发生干缩。正常室温下干缩在30d以后趋于稳定。预拌固化土水量越大，干缩越大。在常温环境中，相对湿度60%左右，常见的干缩应变稳定在3000~6000με。处于地下环境中固化土（如基槽回填、桩基等），在没有失水的情况下，通常不会发生干缩。
（5）抗渗性：与天然土壤相比，预拌固化土的抗渗性大幅提高，渗透系数可比天然土壤降低2~3个数量级。固化土的渗透系数与土质、固化剂掺量（强度）有密切关系，固化土强度在0.5~2.0MPa时，其渗透系数一般在1×10-6～1×10-9cm/s，通常为1×10-7～1×10-8cm/s。
（6）长期稳定性：根据设计要求，固化土可以在1~2年强度持续增长，硬化体长期保持稳定，对于恒温恒湿的地下填筑环境，长期稳定性更好。
03预拌固化土的环保价值
预拌固化土可以就地规模化消纳渣土类建筑垃圾（包括工程泥浆），减少渣土的运输成本。在建筑垃圾当中，渣土类建筑垃圾（含工程泥浆）往往占60%以上，而且最难消纳利用。预拌固化土提供了将渣土变成岩土工程材料的高附加值技术途径。河湖清淤产生的废弃淤泥、污水处理厂的污泥，经过必要的技术处理，利用预拌固化土的性能控制技术，也可以得到消纳利用。
同时，预拌固化土所用的固化剂（特种胶凝材料）也能消纳当地的工业废渣，如各种冶炼渣、燃煤副产品、固硫副产品，甚至焚烧危废产生的飞灰、炉渣经过严格的检测和技术控制，也可以作为原材料使用。
另外，我国有大量的预拌混凝土搅拌站和混凝土预制构件厂，产生的废水余浆和废渣，虽然经过充分循环利用，但很难实现真正的零排放。这些剩余的废水余浆和废渣可以在预拌固化土中得到完全的消纳利用。
流态化的预拌固化土可以实现自密实浇筑，免振捣或只需轻微振捣即可，施工简便，人工和机械用量大大减少，对于未来劳动力紧缺的建筑市场，具有突出的经济优势。
与混凝土相比，预拌固化土是一个具有很大包容性和冗余度的体系，在产品性能上是混凝土的一个补充，不与混凝土争夺大宗原材料：不用砂石、不用水泥，还可以使用水泥混凝土难以利用的各种固体或液体废弃物。因此，预拌固化土是一种可以协同处置多种废弃物的绿色建材；同时，以预拌固化土为中心，可以形成一个上下游联动的绿色化产业链条，协同处置建筑垃圾、工业固废、城市污泥等目前城市亟需消纳处理的大宗低质固废，为“无废城市”提供一套新的解决方案。
04预拌固化土的应用前景
预拌固化土作为一种质量可控的低强度岩土工程材料，可以用于填筑工程，包括市政管廊的基槽回填、市政管网埋设的回填、建筑物深基坑的回填、市政工程对质量要求较高部位的回填、狭窄或异形空间的回填等，也包括矿山工程中的矿山充填。对于填筑工程，往往采用大流态的预拌固化土，可泵送或溜槽浇筑，无需振捣成型，减少了传统素土、灰土回填的压实（碾压、夯实）工序，特别是狭窄空间的填筑工程，更具有无可替代的技术优势。
预拌固化土也可以用于临时地坪硬化，临时或低等级道路、路基工程等，也可以用作地基材料，形成新的地基处理技术体系。
预拌固化土具有重要的工程价值和社会意义，具有广阔的应用空间。需要针对不同的工程需求，进行更加广泛而深入的研究，从材料体系、性能要求、施工作业、质量控制等多个环节进行系统性研究，以支撑这项创新技术的发展。中国建筑科学研究院牵头的国家“十三五”重点研发计划的子项目将预拌固化土作为重点研究内容，开展系统性研究，并致力于标准化工作，将有力推动该项技术的发展。
