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摘 要：利用淤泥土固化剂来稳定淤泥土是当前淤泥土处理技术中的热门技术本文从国内外专利申请量趋势、区域分布、申请人等角度，对淤泥土固化剂的专利申请进行总体分析，梳理了其技术路线和技术发展历程，并对今后淤泥土固化剂的发展方向提出了展望。
关键词：淤泥土；固化剂；发展
1.淤泥土固化剂的概况
淤泥土属于特殊的土，具有较高的含水率和有机质。淤泥土固化剂能够改善物理力学性能，满足不同的工程需求，由于利用固化剂处理的工艺简单、效率高、价格合理，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
2.淤泥土固化剂的分类
淤泥土固化剂的种类很多，按照主要成分可以分为无机化合物类、有机化合物类、生物酶类、复合型固化剂。
2.1 无机化合物类固化剂
无机化合物类固化剂一般为粉末状，采用石灰、水泥、粉煤灰、煤矸石和各种矿渣作为原料，在加固淤泥土时，固化剂颗粒表面的矿物与淤泥土中的水发生水化反应，生成Ca（OH）2、含水CaCO3以及水泥杆菌等混合物，其中部分产物为分散形态的胶体，能够把淤泥土中大量的自由水变成结晶水固定下来。
2.2 有机化合物类固化剂
有机化合物类固化剂多为液体状，通过离子交换作用将淤泥土水分中的电荷与淤泥颗粒电荷充分交换，产生化学离子交换反应，减少土壤毛细管、土壤孔隙以及表面张力所引起的吸水作用，使经过处理的淤泥土由“亲水性”变成“憎水性”，经过振动、夯实等作用，提高淤泥土密实度，形成新的淤泥土结构。
2.3 生物酶类固化剂
生物酶类固化剂主要为液体状，通过有机物质发酵而成，属于蛋白质多酶基产品。将该种固化剂加入到淤泥土中，通过生物酶素的催化和外力挤压共同作用，淤泥土变得密实，能使粒子之间的粘合性增强，形成牢固的不渗透性结构。
2.4 复合类固化剂
复合类固化剂包括固体和液体两种形态，是由两种或以上的化学物质通过一定比例配合形成。复合型固化剂从化学组成可分为主固化剂和激发剂两个部分，能够针对各种不同类型的淤泥土制定不同的配合方法。
3.淤泥土固化剂的发展路线
3.1 全球淤泥土固化剂技术发展情况
淤泥土固化剂的历史可追溯到5000年前，那时人类利用石灰和火山灰来固化淤泥土。20世纪初期，美国工程师利用廉价泥土来制备筑路材料，该材料被命名为“水泥土”。40年代，美国材料试验协会将水泥土的试验标准归入了工程土壤规程中，提供了水泥土的统一测试方法。从50年代到80年代，淤泥固化土在印度以及非洲用于筑路、护坡、防渗、修楼。而我国的发展比较落后，70年代初期才开始研究，早期的固化剂单纯以水泥为主，无法满足建设发展的需要。因此，人们提出了添加其他外加剂来弥补水泥的不足，并形成了淤泥土固化剂的概念。在水泥中添加了特殊材料的淤泥土固化剂不仅能有效的固化粘土、细砂、淤泥等各种土质，还能够用于固化生活垃圾和工业粉尘等废弃物，广泛用于交通、环保、水利、市政等领域。图1显示了淤泥土固化剂的发展历程。
3.2 全球专利申请分析
图2反映了全球淤泥土固化剂的专利申请，可以分成三个阶段，第一階段是1975年以前，全球范围内只有8篇专利申请，淤泥土固化剂尚处于摸索阶段，值得注意的是，其中四篇都来自于日本，最早的专利申请公开日为1974年，公开号为昭55-35200，该专利提到，利用了10-70份的生石灰、熟石灰或者煅烧白云土，和30-90份的红泥进行混合，得到抗压强度为0.2MP/㎡的固化产物。
第二阶段是从1975年至1994年，在这20年中，各国的技术日渐成熟，专利申请量也保持在稳定的水平，每五年都有50 件左右，各国对该技术持续关注，日本的专利申请量依旧处于绝对领先的地位，每年的申请量占到了全球的一半。
第三阶段是从1995至2014年，各国对环境污染的问题逐渐关注，纷纷加强针对淤泥土固化剂的研究，传统的技术强国日本保持了研发投入，其近邻美国和中国逐渐加入，出现了三分天下的局面，仅仅1995-2005年期间，专利的申请量就突破了之前的总和。日本在2000-2010年期间出现了关于淤泥土固化设备方面的专利申请。自从2005年开始，相关研究在中国走上了发展的高速路，科研院校、企业以及个人都纷纷针对该领域进行了研究，产生了大量的专利。2010年之后，中国成为了淤泥土固化剂的专利大国，各项技术也趋于成熟。
3.3 国内专利申请分析
图3反映了我国淤泥土固化剂的专利申请，中国从1985年开始出现关于固化淤泥的雏形专利申请， 如CN1030741公开了一种速成多功能“泥石木”建材。早期的专利数量不多，直到1996年，陈昌明、武汉工业大学分别申请了淤泥土固化稳定作用的材料，才正式标志我国进入了淤泥土固化剂的研究行业，之后每年都会出现几篇该方向的专利申请。随着可持续发展的意识深入人心，该技术已经不再是单纯的以固化为目的，而是出现了将固化好的淤泥用作建筑材料，节约能源和成本，用作淤泥固化的原料也逐渐引入建筑或工业垃圾。我国从2000年开始，出现了以矿渣或钢渣为主体原料的固化剂，有的还加入了纤维材料，配合适当的碱性激发剂和表面活性剂。作为淤泥固化的另一个分支，建筑垃圾固化剂也于2004年出现，北京国叶奥特赛特固化剂研究开发中心申请的专利CN1513798A，公开了用于土壤和建筑垃圾的固化剂，能够解决城市中大量建筑垃圾堆放形成的污染以及实心粘土烧结生产带来的耕地破坏和能源消耗等问题。从2010至2014年，用于石粉、重金属污染淤泥、海洋滩涂淤泥、软弱土等固化剂的专利申请也相继出现，具有高抗压强度、高抗腐蚀性能和高抗渗水性能的固化产品逐渐用于了各行各业。
图4显示了我国淤泥土固化剂申请人的类型，其中，高校申请占据了一半，其次是企事业单位，个人的专利申请量仅占18%，这可能和淤泥土固化剂的发展并不广泛，个人技术积累并不完善以及实验条件有关。高校的申请大多集中在有机化合物类固化剂，而企业的申请则以无机化合物类固化剂居多。
图5显示了国内主流淤泥土固化剂专利申请的类型，结合之前图4的分析可知，传统的水泥固化剂占据专利申请量的半壁江山，并且大多数申请人均为企业和个人，这是因为该技术成熟、成本低廉、操作工艺简单，能够大量的使用固体废弃物作为原料，因此，水泥固化剂仍然有着较大的市场份额，应用面非常广泛。而石灰固化剂和硅粉固化剂的效果还无法达到水泥固化剂的水平，而且存在使用环境，淤泥成分等某些不确定的因素干扰，因此上述两种固化剂目前还在研究和发展的阶段。至于水玻璃固化剂、离子交换固化剂尚处于起步阶段，国内只有部分高校对其进行研究，因此，该技术的发展前景还很巨大，可能会成为将来淤泥土固化剂的一个发展方向。
4.结语
综上所述，淤泥土固化剂的种类多种多样，通过对全球范围内的专利申请态势、专利技术演进和发展过程进行归纳总结可以得知，淤泥土固化技术在我国、日本和美国的发展较为突出，目前仍然是以传统的水泥固化材料作为主流固化剂，而水玻璃、离子交换固化剂正处于研究之中。
淤泥土固化技术属于新兴的领域，随着经济、环境、材料等学科的发展，在未来的工程领域中，这门技术将会得到更大的发展及应用。
参考文献
[1] 黄文熙.土的工程性质[M]，北京：水利水电出版社，1984。
[2] 中华人民共和国建设部.中国城镇建设行业标准-土壤固化剂（CJ/T3073-1998）[S]，北京：中国标准出版社，1998
[3] 王月香.污泥的固化稳定化技术综述[J]，四川建筑科学研究，2011.10.
[4] 徐艳.中国科学院研究生院硕士学位论文.2007.06.
[5] KamonM，Gu HD，I M.Improvement of mechanical properties of ferrum lime stabilized soil with the addition of aluminum sludge[J]，Materials Science Research International，2001.7.（1）：47 -53
关键词：淤泥土；固化剂；发展
1.淤泥土固化剂的概况
淤泥土属于特殊的土，具有较高的含水率和有机质。淤泥土固化剂能够改善物理力学性能，满足不同的工程需求，由于利用固化剂处理的工艺简单、效率高、价格合理，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
2.淤泥土固化剂的分类
淤泥土固化剂的种类很多，按照主要成分可以分为无机化合物类、有机化合物类、生物酶类、复合型固化剂。
2.1 无机化合物类固化剂
无机化合物类固化剂一般为粉末状，采用石灰、水泥、粉煤灰、煤矸石和各种矿渣作为原料，在加固淤泥土时，固化剂颗粒表面的矿物与淤泥土中的水发生水化反应，生成Ca（OH）2、含水CaCO3以及水泥杆菌等混合物，其中部分产物为分散形态的胶体，能够把淤泥土中大量的自由水变成结晶水固定下来。
2.2 有机化合物类固化剂
有机化合物类固化剂多为液体状，通过离子交换作用将淤泥土水分中的电荷与淤泥颗粒电荷充分交换，产生化学离子交换反应，减少土壤毛细管、土壤孔隙以及表面张力所引起的吸水作用，使经过处理的淤泥土由“亲水性”变成“憎水性”，经过振动、夯实等作用，提高淤泥土密实度，形成新的淤泥土结构。
2.3 生物酶类固化剂
生物酶类固化剂主要为液体状，通过有机物质发酵而成，属于蛋白质多酶基产品。将该种固化剂加入到淤泥土中，通过生物酶素的催化和外力挤压共同作用，淤泥土变得密实，能使粒子之间的粘合性增强，形成牢固的不渗透性结构。
2.4 复合类固化剂
复合类固化剂包括固体和液体两种形态，是由两种或以上的化学物质通过一定比例配合形成。复合型固化剂从化学组成可分为主固化剂和激发剂两个部分，能够针对各种不同类型的淤泥土制定不同的配合方法。
3.淤泥土固化剂的发展路线
3.1 全球淤泥土固化剂技术发展情况
淤泥土固化剂的历史可追溯到5000年前，那时人类利用石灰和火山灰来固化淤泥土。20世纪初期，美国工程师利用廉价泥土来制备筑路材料，该材料被命名为“水泥土”。40年代，美国材料试验协会将水泥土的试验标准归入了工程土壤规程中，提供了水泥土的统一测试方法。从50年代到80年代，淤泥固化土在印度以及非洲用于筑路、护坡、防渗、修楼。而我国的发展比较落后，70年代初期才开始研究，早期的固化剂单纯以水泥为主，无法满足建设发展的需要。因此，人们提出了添加其他外加剂来弥补水泥的不足，并形成了淤泥土固化剂的概念。在水泥中添加了特殊材料的淤泥土固化剂不仅能有效的固化粘土、细砂、淤泥等各种土质，还能够用于固化生活垃圾和工业粉尘等废弃物，广泛用于交通、环保、水利、市政等领域。图1显示了淤泥土固化剂的发展历程。
3.2 全球专利申请分析
图2反映了全球淤泥土固化剂的专利申请，可以分成三个阶段，第一階段是1975年以前，全球范围内只有8篇专利申请，淤泥土固化剂尚处于摸索阶段，值得注意的是，其中四篇都来自于日本，最早的专利申请公开日为1974年，公开号为昭55-35200，该专利提到，利用了10-70份的生石灰、熟石灰或者煅烧白云土，和30-90份的红泥进行混合，得到抗压强度为0.2MP/㎡的固化产物。
第二阶段是从1975年至1994年，在这20年中，各国的技术日渐成熟，专利申请量也保持在稳定的水平，每五年都有50 件左右，各国对该技术持续关注，日本的专利申请量依旧处于绝对领先的地位，每年的申请量占到了全球的一半。
第三阶段是从1995至2014年，各国对环境污染的问题逐渐关注，纷纷加强针对淤泥土固化剂的研究，传统的技术强国日本保持了研发投入，其近邻美国和中国逐渐加入，出现了三分天下的局面，仅仅1995-2005年期间，专利的申请量就突破了之前的总和。日本在2000-2010年期间出现了关于淤泥土固化设备方面的专利申请。自从2005年开始，相关研究在中国走上了发展的高速路，科研院校、企业以及个人都纷纷针对该领域进行了研究，产生了大量的专利。2010年之后，中国成为了淤泥土固化剂的专利大国，各项技术也趋于成熟。
3.3 国内专利申请分析
图3反映了我国淤泥土固化剂的专利申请，中国从1985年开始出现关于固化淤泥的雏形专利申请， 如CN1030741公开了一种速成多功能“泥石木”建材。早期的专利数量不多，直到1996年，陈昌明、武汉工业大学分别申请了淤泥土固化稳定作用的材料，才正式标志我国进入了淤泥土固化剂的研究行业，之后每年都会出现几篇该方向的专利申请。随着可持续发展的意识深入人心，该技术已经不再是单纯的以固化为目的，而是出现了将固化好的淤泥用作建筑材料，节约能源和成本，用作淤泥固化的原料也逐渐引入建筑或工业垃圾。我国从2000年开始，出现了以矿渣或钢渣为主体原料的固化剂，有的还加入了纤维材料，配合适当的碱性激发剂和表面活性剂。作为淤泥固化的另一个分支，建筑垃圾固化剂也于2004年出现，北京国叶奥特赛特固化剂研究开发中心申请的专利CN1513798A，公开了用于土壤和建筑垃圾的固化剂，能够解决城市中大量建筑垃圾堆放形成的污染以及实心粘土烧结生产带来的耕地破坏和能源消耗等问题。从2010至2014年，用于石粉、重金属污染淤泥、海洋滩涂淤泥、软弱土等固化剂的专利申请也相继出现，具有高抗压强度、高抗腐蚀性能和高抗渗水性能的固化产品逐渐用于了各行各业。
图4显示了我国淤泥土固化剂申请人的类型，其中，高校申请占据了一半，其次是企事业单位，个人的专利申请量仅占18%，这可能和淤泥土固化剂的发展并不广泛，个人技术积累并不完善以及实验条件有关。高校的申请大多集中在有机化合物类固化剂，而企业的申请则以无机化合物类固化剂居多。
图5显示了国内主流淤泥土固化剂专利申请的类型，结合之前图4的分析可知，传统的水泥固化剂占据专利申请量的半壁江山，并且大多数申请人均为企业和个人，这是因为该技术成熟、成本低廉、操作工艺简单，能够大量的使用固体废弃物作为原料，因此，水泥固化剂仍然有着较大的市场份额，应用面非常广泛。而石灰固化剂和硅粉固化剂的效果还无法达到水泥固化剂的水平，而且存在使用环境，淤泥成分等某些不确定的因素干扰，因此上述两种固化剂目前还在研究和发展的阶段。至于水玻璃固化剂、离子交换固化剂尚处于起步阶段，国内只有部分高校对其进行研究，因此，该技术的发展前景还很巨大，可能会成为将来淤泥土固化剂的一个发展方向。
4.结语
综上所述，淤泥土固化剂的种类多种多样，通过对全球范围内的专利申请态势、专利技术演进和发展过程进行归纳总结可以得知，淤泥土固化技术在我国、日本和美国的发展较为突出，目前仍然是以传统的水泥固化材料作为主流固化剂，而水玻璃、离子交换固化剂正处于研究之中。
淤泥土固化技术属于新兴的领域，随着经济、环境、材料等学科的发展，在未来的工程领域中，这门技术将会得到更大的发展及应用。
参考文献
[1] 黄文熙.土的工程性质[M]，北京：水利水电出版社，1984。
[2] 中华人民共和国建设部.中国城镇建设行业标准-土壤固化剂（CJ/T3073-1998）[S]，北京：中国标准出版社，1998
[3] 王月香.污泥的固化稳定化技术综述[J]，四川建筑科学研究，2011.10.
[4] 徐艳.中国科学院研究生院硕士学位论文.2007.06.
[5] KamonM，Gu HD，I M.Improvement of mechanical properties of ferrum lime stabilized soil with the addition of aluminum sludge[J]，Materials Science Research International，2001.7.（1）：47 -53