在土木工程与环境岩土工程领域,经常会遇到软弱地基、膨胀土等不良土体,它们直接威胁工程安全与环境稳定。化学固化是改良这些土体的有效手段,其中,“生石灰”因其独特的水化反应与胶凝作用,在“地基处理”和“土壤稳定”中被广泛应用,其技术核心在于通过改变土体的物理化学性质,赋予其更高的工程性能和环境安全性。

生石灰改良土体的机理是一个复杂的物理化学过程。当生石灰掺入土中,首先与土孔隙中的水发生剧烈的水化反应,生成熟石灰并释放大量热量。这一过程带来立竿见影的工程效益:第一,大量消耗土中水分,迅速降低土壤的含水率,这对于处理高含水率的软粘土效果尤为显著;第二,反应放热使土体温度升高,进一步蒸发水分,并促进后续反应的进行;第三,体积膨胀约一倍,对周围土体产生挤密效应。
随后,进入长期的离子交换与胶结作用阶段。熟石灰解离出的Ca²⁺与粘土颗粒表面吸附的低价阳离子(如Na⁺, K⁺)发生交换,使扩散双电层变薄,土粒间的排斥力减小,引力增加,从而导致土粒絮凝聚团,这一“絮凝效应”显著降低了土的塑限、增大了塑限,提高了土的强度和水稳定性。长期来看,熟石灰与土中活性的二氧化硅和三氧化二铝发生缓慢的“火山灰反应”,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等不溶于水的胶凝物质。这些物质像水泥一样,将土颗粒牢固地胶结在一起,形成团粒结构,从而持久地、大幅度地提高土的抗压强度、抗剪强度和耐久性。
在工程实践中,生石灰处理技术形式多样。对于浅层处理,可采用路拌法,将生石灰粉直接与开挖翻松的土体拌和均匀后压实。对于深层软基,则可采用“生石灰桩”技术,通过成孔机械向软土中填入生石灰块,形成竖向增强体。石灰桩既通过吸水、膨胀和发热对桩间土起到挤密、脱水加固作用,其本身也形成一个高强度的桩体,与桩间土共同构成复合地基。
在环境工程中,该技术尤其适用于处理“膨胀土”。膨胀土遇水膨胀、失水收缩,对轻型构筑物和路基造成严重破坏。通过掺入生石灰,使其发生彻底的离子交换和胶结作用,可以永久性地抑制其胀缩性,变不稳定土为稳定土,避免了因路基变形导致的工程损毁和由此引发的环境破坏(如边坡失稳、路面开裂导致污染物下渗)。

综上所述,生石灰土壤稳定技术是一种将不良土体转化为优良工程材料的绿色技术。它充分利用了石灰的化学能,实现了土体的脱水、固结和强化,不仅保障了工程安全,也通过防止地质灾害和工程失效,间接保护了周边的生态环境,是岩土工程与环境科学交叉融合的典范。