土壤穩定機制

因飛灰與波特蘭水泥含有鈣之成分等穩定材料中是改善黏土質土壤良好 穩定劑之一，穩定處理過程分為下列四點機制：

1. 陽離子交換 (Cation Exchange)

亦稱膠凝作用；黏土顆粒一般呈片狀，均帶負電荷(Negative Charge)，在 乾燥環境下，黏土顆粒環繞一層水膜為吸附水層(Absorbed Layer)。當環境中 水充足時，此吸附水層逐漸向外擴展，形成厚度大於陽離子濃度較低的雙重 水層(Double Layer)。熟石灰成份 Ca(OH)2，在水中亦分解為鈣離子(Ca++)及 氫氧根離子(OH-)，其中鈣離子會取代擴散雙層之氫離子(H+)，而吸附於黏土 片上，致使雙層水膜厚度變薄抑制膨脹行為，而土壤之離子交換順序(Lyotropic Series)為 Na+＜Li+＜K+＜＜Rb+＜Ca2+＜Mg2+＜Fe3+＜Th4+ Petry(2001)，

右邊之高價離子會取代左邊之低價離子，而同電價位電荷則以活性大小作為 吸引力之區隔。黏土片表層複水層(Double Layer water)常帶有 Na+和 K+等低 價離子，石灰加入潮濕的土壤後其釋出高價 Ca++離子會取代黏土之低價離子，

由於黏土顆粒表面帶負電，當高價 Ca2+離子附著其上時，可限制黏土顆粒表 面複水層變薄(吸力大)平衡電荷的發展，相對地使顆粒間排斥力減少，吸引力 增加，如圖 2.1 所示。

11 2. 密族附聚作用( Flocculation-Agglomeration)

石灰加水溶解後兩價鈣離子會取代黏土顆粒表面複水層(Double Layer)之 大部分一價氫離子與 Xat，抑制擴散雙層擴張，降低土壤吸水能力，使黏土顆 粒間斥力減小結合成為較大尺寸的粒料。此效應除改良土壤結構外，更使黏 土顆粒凝聚成較低塑性行為如沉泥等，其主要使改善土壤之塑性、工作性、

立即未養治強度和荷重變形性質。

3. 膠結水化(Cementitious Hydration)：

由於卜作嵐反應與波特蘭水泥在膠結硬化過程中產生的矽酸鈣或鋁酸鈣 等水化物在組成型態上相似，因此飛灰-石灰混合料與波特嵐水泥的硬化機制 (Hydration Mechanisms)，一般均被認為有相同效果。

提出卜作嵐物反應由下列方程式說明 Little[14]：

Ca++ + OH- + 可溶性矽化鹽類→矽鈣水合物 Ca++ + OH- + 可溶性鋁化鹽類→鋁鈣水合物

其化學方程式亦為(Little 1995、Evans 1997、Prusinski 1999) Ca(OH)2+SiO2→C-S-H gel

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Ca(OH)2+Al2O3→C-A-H gel

4. 土壤-石灰卜作嵐作用(Pozzolanic Reaction)：

石灰、水、和土壤中之矽與鋁間產生作用行成膠結型材(Cement–type materials)，稱為土壤-石灰卜若蘭作用。土壤和石灰作用結果對形成矽鈣膠體 (Calcium Aluminates Hydrated)，此種膠體均具膠結作用，隨時間逐漸硬化，

將土粒膠結固定。因而增加土壤強度和耐久性。

Shenbaga 等人[17]將飛灰、水泥與粉土、砂混合，飛灰含量從 0%~100%，

水泥含量從 3%~9%，以不同混合比例添加於土壤中。試驗結果顯示，改良後

13 強度為 57.8kg/cm2，範圍約在 18.2 kg/cm2 到 110.6kg/cm2 之間，而添加一般 水泥之攪拌樁體的取樣試體，其平均無圍壓縮強度為 54.0kg/cm2，範圍約在

14 CNS13465 所規定氯離子含量上限值 0.3kg/m3 之一半。此外，爐石粉和飛灰 增加，則吸水率減少；CFBC 灰量增加，則膨脹量增加；硫酸鹽侵蝕下，抗

依據Gouy-chapman 擴散雙層理論，擴散雙層厚度應會隨溶液中電解質濃 度而改變，從理論中得以下幾點結論：

(1) 回脹行為與擴散雙層的電解質濃度有關。

(2) 在單價擴散層中加入少量二價及三價陽離子可以明顯影響黏土的物理性 質。

(3) 擴散雙層厚度(Thickness of double layer)控制凝聚的趨勢並影響黏土礦物