土凝岩一詞由專利（ZL 2015 1 0119590.4）發明人朱建華提出並命名。土凝岩是根據地球化學作用或地質礦化成岩作用而研製出的以無機聚合物為機體的新型材料，它具有天然岩石一樣的強度、耐久性和體積穩定性。土凝岩是充分利用鋼渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石等固體廢棄物為原料，經過特殊製備工藝處理，基於地質成岩原理，在常溫下條件下通過化學反應得到的一種新型無機聚合材料，兼有有機、無機膠凝材料的特點，又具有獨特優異性能的新型膠凝材料。廣泛適用於公路、鐵路、機場、水利、港口、填海等工程建設套用的綠色材料。土凝岩不僅可用於穩定細粒土作為公路路面基層，而且可固結各種工業固體廢棄物和尾礦，實現大宗固廢資源化利用。
基本介紹
- 中文名：土凝岩
- 所屬學科：環保材料
定義,原理,特點,套用,
定義
土凝岩是根據地球化學作用或地質礦化成岩作用而研製出的以無機聚合物為機體的新型材料，它具有天然岩石一樣的強度、耐久性和體積穩定性。土凝岩是充分利用鋼渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石等固體廢棄物為原料，經過特殊製備工藝處理，基於地質成岩原理，在常溫下條件下通過化學反應得到的一種新型無機聚合材料，兼有有機、無機膠凝材料的特點，又具有獨特優異性能的新型膠凝材料。
原理
土凝岩是基於土壤的物質來源基礎及其理化性質，以使土壤重新凝結硬化並逐漸岩化，達到一定的工程力學強度為目的，根據岩石力學理論和岩石學地質原理，以地質成岩作用的化學元素構成需求和地質礦化成岩的條件與規律為依據，運用地球化學工程學的凝聚與礦化技術進行化學和礦物組成設計的化學劑。土壤來源於岩石，是岩石經歷漫長的風化作用過程所形成的產物。在風化作用下，岩石中原有的K、Na、Ca、Mg、Fe、Al等水可溶元素的大量流失，以及原有礦物發生了分解、流失與結構轉化，最終留下的比較惰性的鬆散狀態殘留物便是土壤。
土凝岩不是通過簡單的“物理膠結”作用實現土壤的硬化，其工作原理是通過設計的土凝岩中成岩元素與土壤具有合理配伍，促進土壤發生地球化學反應和地質成岩作用的方法來實現土壤的凝結與岩化，使其在機械力的作用下成為具備合適工程力學強度的基礎結構材料，並且在後續過程中不斷進一步形成化學一體化的、具有穩定晶格結構的材料，使其工程力學強度越來越大。
因土壤土質不同，其物理化學性質有著較大差異，土凝岩針對不同土質的化學結構和礦物組成採用不同的技術方案，從而構建一個可適合各種土質的產品系列。
特點
其機理形成過程可分為三個階段：
第一階段：成型凝聚階段
這是一個最低層次的初始階段。將土凝岩材料與土壤混勻，加入適量水並通過機械壓實及成型後，在水及相關化學成分的作用及外力作用下，土凝岩與土壤中的Al、Fe、Si 等組分之間通過O元素，以離子鍵、配位鍵為主要結合方式進行連結，實現土壤的凝聚。這一階段主要是通過化學反應凝結土壤顆粒，搭接成網狀結構，從而使土壤硬化，形成緻密的、對水穩定的土壤凝聚體，並具有較高的早期工程力學強度。
第二階段：化學結構調整階段
在這一階段，土壤凝聚體的整體化學組成基本保持不變，但土凝岩材料中的成岩元素在水的溶劑作用下，通過土壤凝聚體內土壤顆粒間的微孔通道運移，進行複雜的內部精細化學配伍與最佳化調整，並最終以共價鍵和離子鍵等穩定化學鍵為主要連線方式結合於土壤凝聚體中。在這一階段，土壤凝聚體的化學穩定性得到加強，為下一階段的岩化作用奠定基礎；同時，土壤凝聚體中的粒間空隙也在這一階段得到一定程度的改善，其結構更加穩定，抗水浸、抗乾縮、抗溫縮龜裂的能力得到提高。
第三階段：整體岩化階段
這是最高層次的最後階段，隨著土壤凝聚體化學結構的不斷穩固，在外部溫度和壓力的持續物理作用下，土壤凝聚體不斷縮聚與礦化，排出多餘的水等可運移的化學成分，氧化物摩爾比Na2O/Al2O3、SiO2/Al2O3、 Na2O/SiO2均逐步下降，更多的矽氧四面體及鋁氧四面體參與聚合，使土壤凝聚體的聚合度增加；進一步，土壤凝聚體中膠凝材料的無定形結構逐步晶格化，穩定礦物逐步形成，土壤逐步岩化，穩定性不斷提高。在這一階段，土壤的岩化產生很強的後期工程力學強度和水穩定性，最終形成優良的工程結構材料。
土凝岩具有優異的力學性能、水穩定性和抗凍性，耐高溫特性及耐腐蝕性能，在重金屬廢棄物及核廢料的固封處理，多孔質吸附材料，高性能複合材料等領域中也有著良好表現。
套用
凝岩™產品可以取代水泥、石灰、碎石廣泛套用於公路、鐵路、水利、機場、填海、港口碼頭、礦山採空區充填等工程建設；大宗固廢治理。
