Chất kết dính vô cơ là những vật liệu dạng hạt mịn (bột) khi nhào trộn với nước hoặc dung môi thích hợp cho hỗn hợp dẻo có thể gắn kết các vật liệu rời lại với nhau. Thuộc dạng này gồm có xi măng, vôi (vôi nghiền) hoặc xi măng kết hợp tro bay, các phụ gia (nếu có).
- Đất gia cố chất kết dính vô cơ:
Đất gia cố chất kết dính vô cơ hình thành trên cơ sở trộn đều một tỷ lệ nhất
định chất kết dính vô cơ với đất đã đƣợc làm nhỏ ở một độ ẩm tốt nhất, san rải và lu lèn chặt được hỗn hợp có một cường độ nhất định. Chất kết dính vô cơ thường đƣợc sử dụng là các chất kết dính nhƣ xi măng, vôi, các phế liệu công nghiệp.
Thành phần chủ yếu thường có SiO2, Al2O3 và CaO dưới dạng tinh thể và vô định hình; các ôxít này quyết định các chỉ tiêu chính của chất kết dính, hỗn hợp vật liệu gia cố dùng biểu đồ tam giác ba cạnh Cao, SiO2, và Al2O3 để so sánh các chất kết dính vô cơ [39].
- Chất kết dính rắn trong nước:
Chất kết dính rắn trong nước (liên kết thủy hóa) là những khoáng vật kết hợp với nước tạo thành vữa ngưng kết, đông cứng; khi phản ứng với nước tạo thành những thành phần thủy hoá ổn định, ít tan trong nước, có lực liên kết tốt giữa chúng và giữa chúng với các hạt đất, hình thành cường độ của hỗn hợp gia cố chất kết dính vô cơ; để tăng cường liên kết có thể trộn thêm chất xúc tác thường là bazơ mạnh nhƣ xi măng, vôi thuỷ, tro bay sunfat – vôi, xỉ lò cao…
+ Chất phụ gia vô cơ hoạt tính: là những khoáng vật tác dụng với nước và vôi tạo thành những thành phần thuỷ hoá ổn định, ít tan trong nước, gồm Puzơlan tự nhiên, tro bay Silic –alumin, sét nung non, đá trầm tích điatômit…
+ Sự hình thành cường độ và tính ổn định nước của hỗn hợp vật liệu hạt gia cố chất liên kết vô cơ phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng của vật liệu hạt, phương pháp gia cố, các phản ứng xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa các chất kết dính với vật liệu khoáng và quá trình trao đổi ion giữa chúng…
+ Trong vật liệu hạt thường tồn tại khoáng vật nguyên sinh và khoáng vật thứ sinh, khoáng vật nguyên sinh hình thành do đá bị phong hóa vật lý, khoáng vật thứ sinh hình thành do khoáng vật nguyên sinh bị phong hóa hóa học, quá trình phong hóa tạo nên sản phẩm khoáng thứ sinh có tính chất khác so với khoáng nguyên sinh ban đầu nhƣ các khoáng vật sét, các ô xít nhôm, ô xít sắt…
Trong quá trình gia cố, các khoáng vật nguyên sinh chỉ đóng vai trò của khung cốt liệu, không tham gia vào quá trình trao đổi ion hay tương tác hóa học với các chất kết dính.
+ Ảnh hưởng về cường độ: các thành phần hữu cơ nguồn gốc từ động thực
vật bị mục ruỗng phân hủy nhƣ than bùn (phân hủy một phần), mùn hữu cơ (phân hủy hoàn toàn) ưa nước tạo nên hỗn hợp vật liệu có tính hút nước mạnh, tính ép co lớn và giảm tính thấm thoát nước của đất, gây bất lợi khi gia cố, do vậy để đảm bảo cường độ tốt, ổn định, phải được xử lý trước khi gia cố.
- Hạt sét – keo (hạt keo có kích cỡ dưới 10-4mm):
Hỗn hợp vật liệu hạt có tỷ lệ hạt sét – keo càng lớn (>30% khối lƣợng) thì quá trình hóa keo càng trở nên rõ rệt; ở trạng thái ẩm ƣớt, sét là hệ phân tán trong đó các hạt khoáng là pha phân tán, dung dịch chứa trong lỗ rỗng giữa các hạt là môi trường phân tán; bất kỳ một hệ hạt phân tán nào cũng có năng lượng bề mặt nhất định đo bằng tích số giữa sức căng bề mặt ở ranh giới hai pha (cứng và lỏng) với trị số tổng diện tích bề mặt của tất cả các hạt phân tán. Năng lƣợng bề mặt của hỗn hợp đƣợc tạo ra do tổng diện tích hay là tỷ diện của hạt; năng lƣợng này có thể hút và giữ chặt các phân tử và các hạt keo của những chất khác từ môi trường hoặc lỗ rỗng xung quanh. Hiện tƣợng hút bề mặt này gọi là sự hấp phụ và các vật chất đƣợc nghiền nhỏ trở thành có tính hấp phụ. Đất chứa nhiều hạt nhỏ (sét – keo) và đƣợc nghiền nhỏ sẽ có khả năng hấp phụ các phân tử liên kết đƣợc trộn thêm vào. Khả năng hấp phụ có thể gồm: khả năng hút cơ học, khả năng hút vật lý, khả năng hút hóa học [36].
Các hạt sét keo có cấu trúc mang điện phức tạp, có khả năng trao đổi ion với phân tử của các chất khác trong dung môi của hệ phân tán; lớp khuếch tán càng dày thì đất càng phân tán dẫn đến tính chất cơ lý của đất càng kém (tính dẻo, tính nở co và ép co của đất tăng nên). Tại lớp khuếch tán C, vùng càng xa bề mặt lực hút tĩnh điện từ lõi càng giảm tạo ra khả năng trao đổi ion+ với môi trường xung quanh, làm cho bề dày lớp khuếch tán thay đổi, thay đổi tính chất cơ lý của lớp vật liệu. Khả năng trao đổi ion xếp theo thứ tự sau: Fe+++> Al+++ > H+ > Ba++
> Ca++ > Mg++ > NH4+ > K+ > Na+.
Như vậy, để gia cố vật liệu đáp ứng các yêu cầu về cường độ, độ ổn định, sử dụng làm các lớp kết cấu móng, mặt đường, cần phải nghiên cứu cấu tạo lý hóa loại vật liệu gia cố, loại chất kết dính, phương pháp gia cố và thực hiện thí nghiệm phân tích.