派酶土壤固化劑在我國應用的探討

李廣平，宿文姬

(1.廣州市市政工程設(shè)計研究院，廣東廣州 510060;2.華南理工大學土木與交通學院，廣東廣州 510640)

1 引言

土壤固化劑，是指添加到土壤中一種材料，該材料通過離子結(jié)合、水化反應、生物作用等，將對土體密實性、耐水性、彈性及強度等性能起到一定程度的改善作用。根據(jù)土壤固化劑作用機理，主要分為無機膠結(jié)類、離子類、有機類和生物酶類等四大類。目前，石灰、水泥、石灰+火山灰、石灰+粉煤灰、石灰+爐渣、石灰+粉煤灰+礦渣等作為最早使用的土壤固化劑，已廣泛應用于道路工程、建筑工程的土體加固、穩(wěn)定和防滲處理。而當前，有機類(高聚物類、表面活性劑類)和酶類(如派酶)物質(zhì)也開始應用于土體的加固處理。但我國對有機類和酶類固化劑的研究工作很少，尚處于起步階段［1］。

派酶(Permazyme)作為一種液態(tài)生物復合酶制劑，是從自然界生物中提取出來的多種酶類、菌類，經(jīng)過復雜的生物化學反應而研制成的純生物制品，對人、畜、水源及耕田不會造成危害，是無毒無害的環(huán)保型有機結(jié)合材料，對土體具有一定的固化效果，因此越來越受到工程技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)注。

本文將從派酶土壤固化劑(以下簡稱派酶)的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀出發(fā)，討論派酶加固與改良土體在我國的應用與發(fā)展前景。

2 派酶的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀

2.1 派酶的發(fā)展歷史

20世紀40年代，派酶技術(shù)首先由美國國際酶制品公司研制成功，并于20世紀50年代起首次應用于鄉(xiāng)村泥路的性能改良，結(jié)果顯示所鋪筑路面剛性大，防水性好。自此，派酶技術(shù)逐漸開始應用于道路工程、建筑物基礎(chǔ)加固等領(lǐng)域，其中，國外使用派酶修筑的道路已達數(shù)萬千米以上。

1995年，我國在北京市昌平修建了第一條派酶道路，隨后又在內(nèi)蒙古、青海、上海、河北、云南、江西、河南等地進行了派酶路基上加鋪瀝青面層的試驗和工程應用，修筑了不同等級的派酶基層路面達數(shù)千千米。［2］近年來，科研工作者通過對派酶與其他品種固化劑的試驗對比、派酶作用機理的研究，對土壤固化酶所體現(xiàn)的環(huán)保價值、經(jīng)濟效益和社會效益受到越來越廣泛的關(guān)注。

2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述

與相類似性能指標的傳統(tǒng)路基路面結(jié)構(gòu)相比，生物酶加固土技術(shù)以其明顯的價格優(yōu)勢和突出的環(huán)保價值，引起了人們越來越多的關(guān)注和更大的興趣。自1980年以來，人們不斷開發(fā)研制了多種土壤固化酶產(chǎn)品，如:CONAIDSUPER，TERRAZYME，PERMAZYME，ROADBOND，ENDURAZYME等。該類土壤酶由植物發(fā)酵而成，以溶解狀態(tài)摻入土中，使土體密實［3］，除應用于筑路、基礎(chǔ)加固領(lǐng)域外，并逐漸將其應用擴展到筑堤、筑壩、垃圾填埋處理等領(lǐng)域，取得了一些與傳統(tǒng)土壤固化材料(如石灰、水泥等)不同的效果，并且其應用在歐洲、美國、非洲、南美洲和南亞的一些國家和地區(qū)的應用已呈現(xiàn)不斷擴大的趨勢［4～11］。

目前，國內(nèi)學者對于派酶技術(shù)的研究多集中于路基加固處理領(lǐng)域，主要是針對派酶固化土的性能做了大量的試驗與筑路實踐應用研究:

(1)1999年，陳昌海、汪建國等人通過對青海、湖南不同地區(qū)成因的道路基層進行派酶試驗與比較，得出經(jīng)派酶處理后的基層穩(wěn)定性指標與經(jīng)濟指標，均優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰穩(wěn)定土［12～13］。

(2)2001年，朱建平等人通過從施工工藝、技術(shù)特點角度對路面基層使用派酶的試驗和鋪筑進行了總結(jié)、分析、比較，提出了推廣和應用派酶的可行性［14］。

(3)2002年，劉淑娟等人經(jīng)實踐驗證:經(jīng)派酶固化處理的基層，其各項指標均達到技術(shù)要求，具有較好的社會經(jīng)濟效益和推廣前景［15～17］。

(4)2008年，為了比較、分析派酶與傳統(tǒng)固化材料(石灰、水泥)對土的無側(cè)限抗壓強度的影響，張心平等人通過對比試驗分析，得出派酶作為土壤固化劑具有比石灰和水泥等傳統(tǒng)的固化劑明顯的優(yōu)點:①派酶土的抗壓強度高于灰土的抗壓強度;②派酶土對于土體固化所需的環(huán)境僅僅是自然狀態(tài)下的風干，而水泥則需要水的養(yǎng)護才能達到理想的效果。因此，派酶土壤固化劑有著更廣闊的前景［18～20］。

(5)2007年由建設(shè)部標準定額研究所主編的《土壤固化劑應用技術(shù)導則》(RISN－TG003－2007)中，對土壤固化劑產(chǎn)品在市政道路及公路、水利、建筑等各個可應用的行業(yè)中，土壤固化劑固化工程結(jié)構(gòu)的性能要求、設(shè)計、施工與檢驗等作了明確、統(tǒng)一規(guī)定，同時對生物酶類作為土壤固化劑的技術(shù)特點進行了闡述;2009年上海市建筑產(chǎn)品推薦性應用標準《派酶土壤固化劑應用技術(shù)規(guī)程》(DBJ/CT069－2009)的出現(xiàn)，為派酶土壤固化劑的進一步應用及推廣創(chuàng)造了可操作的指南［21］。

從目前的研究成果來看，派酶作為一種生物酶制劑，對土體具有一定的固化效果。通過對細砂土、粗砂土、中砂土、粉砂土及粘土的無側(cè)限抗壓強度的研究，發(fā)現(xiàn)派酶對含粘粒多的土體的固化效果優(yōu)于含砂粒和粉粒多的土體。

紅色教育是高校思想政治教育中不可或缺的環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)因其新鮮靈活的形式、不受現(xiàn)實條件的制約和開放的開發(fā)平臺，符合當代大學生的學習特點，提升了高校思想政治教育的承載力，豐富了校園紅色教育資源，成為高校開展紅色教育的有效途徑。

近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，各項基礎(chǔ)工程建設(shè)速度的加快，不斷有國外的固化劑產(chǎn)品向國內(nèi)推廣，我國也采用進口固化劑修筑了不同等級的公路，取得了一些經(jīng)驗和教訓，但由于我國地域廣闊、土質(zhì)差異、道路標準的不同、試驗手段的多樣化，使得這些進口固化劑在我國并沒有得到大規(guī)模的應用。因此，在大力推動加固土技術(shù)的發(fā)展，擴大其應用范圍、使用規(guī)模等方面，大力研究、開發(fā)和推廣適合我國土體性質(zhì)的新型固化劑加固土技術(shù)，對于資源優(yōu)化配置，節(jié)約投資，搞好基礎(chǔ)建設(shè)，促進經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)保都具有十分重要的意義，其必能帶來重大的經(jīng)濟與社會效益。

3 派酶的作用原理與優(yōu)越性

3.1 派酶的作用原理

派酶作為一種有機催化劑，僅需加入極少量的酶到土體中，就可以起到加快土體化學反應的媒介作用，促使土體中分子間或分子內(nèi)的排列組合加速改變，從而達到快速產(chǎn)生壓實致密的效果。同時，酶和大量有機分子結(jié)合產(chǎn)生的屏蔽作用，可進一步達到防止土體分子繼續(xù)吸附水分而導致土體密度降低的目的［22］。

3.2 派酶的優(yōu)越性

(1)環(huán)保性

盡管石灰、水泥、石灰+粉煤灰、石灰+爐渣、石灰+粉煤灰+礦渣等無機類土壤固化劑，都能大幅度提高土壤的強度、密實度和耐水性能，但這些無機類固化劑對土質(zhì)的副作用也很大，經(jīng)其固化后的土層不僅不再適宜植物生長，而且對于今后路面翻修、拆除后的如何處置影響也很大，多作為建筑垃圾處理。更為嚴重的是，經(jīng)過這類固化劑處理的土體中含有的大量堿性物將隨雨水、河水滲入到周邊田地中，會對農(nóng)作物的生長、河水的水質(zhì)產(chǎn)生極大危害作用。但派酶土壤固化劑是一種生物酶制品，派酶的作用在于催化，催化后的土壤只是密實度提高，不會對土壤和水質(zhì)造成污染，各項指標均能達到環(huán)保要求，具有無毒無害，綠色環(huán)保的特性。

(2)優(yōu)越的水理性——節(jié)水性與防水性

派酶具有良好的滲透性，它能夠迅速滲透到土壤顆粒中，與有機分子迅速結(jié)合，從而形成的屏蔽作用，能夠有效防止土壤表面水分蒸發(fā)，經(jīng)試驗研究證實，使土體達到最佳含水量所用水量可減少約25%。同時，經(jīng)派酶催化后的土壤，很快產(chǎn)生一致密的防水層，起到防滲抵侵的作用。經(jīng)前人研究測試，派酶處理過的路基，其滲透系數(shù)小于1×10－6cm/s。

(3)高強度

根據(jù)加入派酶的路基固化土的自然狀態(tài)下7天齡期試驗(派酶稀釋比1∶1 000)，測得路基固化土的平均表觀密度約為2 300 kg/m3，無側(cè)限抗壓強度約為3 MPa。派酶的高強度加固效果，從而使得土體僅需要較小的壓力就可以得到較好的壓實效果。

(4)受氣候條件影響小

經(jīng)派酶處理的路面或道路基底層受溫度的影響很小，研究表明:當環(huán)境溫度為－40℃ ～40℃時，溫度對派酶固化土幾乎無影響，同時，經(jīng)多次霜凍－解凍循環(huán)試驗后，派酶固化土的性能變化甚微。

(5)工藝簡單，工期短

與傳統(tǒng)的石灰土、灰渣層等路基固化土類型相比，派酶固化土路基的施工工藝較為簡單，其既可廠拌也可路拌，將派酶按1∶1 000～1∶2 000的比例用水稀釋，然后噴灑在土體中壓實即可，所用的機械設(shè)備也較少。養(yǎng)護期很短，每千米派酶固化土路基養(yǎng)護期僅需72小時，較傳統(tǒng)固化土路基施工期大大縮短，且強度增長較為迅速，養(yǎng)護好后即可進行路面的施工。

(6)就地取材，造價低廉

派酶對拌和料的材質(zhì)要求并不高，如在浙江衢州高速公路試驗段上，拌和料就直接采用了修路的原地雜土。在派酶固化土路基中，即可充分利用當?shù)氐乃槭?、粘土進行拌和后，分層攤鋪，也可利用路基原有土體直接進行拌和使用。從而使得派酶固化土路基造價與傳統(tǒng)工藝設(shè)計道路路基相比，具備了價格低廉的絕對優(yōu)勢。

4 派酶土壤固化劑的研究展望

通過對派酶開展的應用和研究可知，派酶最大的特點表現(xiàn)為:在一定壓力下，能夠加速土體的固化，使土體強度迅速提高。目前我國市場上的土壤固化劑多以無機材料如水泥、灰土、礦渣為主，其對環(huán)境均存在不同程度的影響，且為未來發(fā)展空間留下障礙。而派酶技術(shù)的異軍突起，為道路施工、地基加固處理提供了一種較為新穎的技術(shù)方法。目前市場上使用的派酶技術(shù)正在不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

但任何類型的土壤固化劑都有其一定的局限性。如:不同土壤固化劑的針對性和兼容性、作用原理、技術(shù)標準及施工技術(shù)問題等等。因此，對派酶固化劑未來發(fā)展尚需進一步研究和解決以下問題:

(1)目前，我國對于將土壤固化酶應用于道路建設(shè)方面，已經(jīng)取得了一些經(jīng)驗和成效。但國外的土壤固化酶還可應用于筑堤、筑壩、垃圾填埋場處理等其他領(lǐng)域，而我國鮮見此方面的研究與應用，在這方面，仍將需要中國科研與技術(shù)人員的不斷研究與探索。

(2)我國地域廣闊，不同地區(qū)的巖土地質(zhì)條件差異較大，針對不同類型、不同成因、不同環(huán)境及不同工況下的土質(zhì)情況，如何更好地將派酶應用于具體工程，尚需要進一步的研究、實踐和總結(jié)。

(3)目前，國內(nèi)外學者對派酶固化土的研究一方面對其穩(wěn)定作用機理的研究文獻較少，未能形成較為完善的系統(tǒng)理論對其進行理論支持，另一方面也缺乏運用有效的科學研究手段加以驗證。因此，土壤固化酶的穩(wěn)定作用機理還需要進一步研究、完善與實踐檢驗。

(4)派酶作為一種生物制劑，既不會像水泥、灰土和礦渣那樣發(fā)生一系列的化學反應，也不需要水的養(yǎng)護就可達到理想的效果。因而必將受到越來越廣泛的關(guān)注，由此可以看出，派酶土壤固化劑有著更廣闊的前景，但國內(nèi)工程領(lǐng)域?qū)ε擅腹袒瘎┑恼J識與推廣應用尚需一個過程。

(5)但目前國內(nèi)企業(yè)尚未掌握該類產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，不能生產(chǎn)土壤固化酶，要想推廣和使用派酶技術(shù)，則需要盡快完成從產(chǎn)品引進到技術(shù)引進，自主生產(chǎn)、降低成本的過程。

5 結(jié)語

派酶作為一種土壤固化生物制劑，自出現(xiàn)以來，就表現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢、環(huán)保價值和經(jīng)濟與社會效益，顯示出廣闊的發(fā)展前景。雖然國內(nèi)起步較晚，但隨著我國各項建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境保護的呼聲越來越高，這種環(huán)保型的技術(shù)產(chǎn)品必將受到越來越廣泛的重視與歡迎，尤其是對垃圾填埋場的處理、污染物的處置等領(lǐng)域的推廣使用。盡快掌握派酶土壤固化劑的生產(chǎn)技術(shù)，是推廣使用派酶的必要條件。

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