CN102251517B

CN102251517B - 一种防尘固沙方法

Info

Publication number: CN102251517B
Application number: CN201110106794.6A
Authority: CN
Inventors: 施斌; 谌东中; 刘瑾; 顾凯; 沈征涛; 施泽华; 陈枫
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: CN102251517A

Abstract

本发明涉及一种防尘固沙方法，将聚氨酯型生态固沙剂用水稀释，聚氨酯预聚体的重量百分比浓度为0.5～5％；然后将固沙剂稀释液喷洒在沙土上，在沙土表层形成固化层；其中，所述聚氨酯型生态固沙剂的活性成分为聚氨酯预聚体，所述聚氨酯预聚体由聚合物多元醇和二异氰酸酯化合物缩聚反应得到，所述聚合物多元醇由聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯二元醇和易降解聚合物二醇组成，聚氧化丙烯二元醇与聚氧化乙烯二元醇的质量比为1∶3～5∶1，易降解聚合物二醇占聚合物多元醇总质量的13～23％；聚合物多元醇与二异氰酸酯化合物的质量比为4∶1～7∶1，所述易降解聚合物二醇为聚ε-己内酯二醇、聚乳酸二醇或其任意比例的混合物。

Description

一种防尘固沙方法

技术领域

本发明涉及一种防尘固沙方法，适用于土质边坡的坡面生态防护，防治水土流失，沙尘暴地区的沙漠化治理，还适用于城市、建筑施工和军队野营等场所的扬尘防治。

背景技术

随着社会经济的发展，人类工程活动对地表作用日益加剧，从而导致了一系列生态环境破坏，如水土流失、边坡坡面失稳、扬尘等生态环境问题。据报道，我国水土流失面积超过1.5×10⁶km²，每年流失土壤达五十多亿吨。美国作为当今世界水土保持技术最先进的国家，平均每年每亩流失土壤5800kg，特别是沙土地区。

在各种基础工程建设和人类经济活动过程中引起的扬尘，对城市和工程场区的大气常造成严重的污染。近年来，我国沙尘暴的发生频率增加、强度加大、范围扩展，危害程度加剧。沙漠化每年给国家造成的直接经济损失高达540亿元，严重制约了社会经济的发展，成为国家性甚至国际性重大生态环境问题。因此，必须采取有效的方法来防治沙土流失、沙漠化和扬尘等地质、生态环境问题。

目前，国内外用于固沙的化学材料主要有水泥浆、水玻璃类、石油产品类和高分子聚合物四大类。水泥浆硬化后易发生干缩、龟裂，失去固沙和保水作用，并且其含有的部分无机物会给环境带来污染，影响植被生长，达不到生态环保效果。水玻璃浆液的胶凝时间短，浸透性差，固化反应不完全，固结层强度不高，易为外力所破坏，而且受到较强的碱性影响时，使生成的SiO₂胶体逐渐溶出，抗水性变差，耐久性降低，并造成环境的二次碱污染。石油产品抗老化性能差，其中的有机物质和树脂易被氧、光、热、水分和微生物破坏，油分减少，这种变化逐渐加剧并导致其性能变坏，致使固结层慢慢变脆、发硬，发生老化，以至最后开裂被风淘蚀。高分子聚合物由于具有掺量较少、运输方便、施工简单、固化效果稳定、生态环保等优点，而将被广泛地应用于坡面生态防护，防治水土流失，沙漠化治理，防治扬尘等领域。

国外已开发的高分子聚合物类固沙产品有淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝聚丙烯酸类、纤维素类、聚丙烯酸盐类、醋酸乙烯类等。在国内也有几种固化剂如LD土工合成材料，聚乙烯醇(PVA)乳液，RY-1固沙剂，但这些固沙剂大部分是把几种聚合物进行简单的混合，未能同时具有良好固结强度、环境稳定性、吸湿保水性、抗风蚀性、低成本及生态环保等特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防尘固沙方法，可以有效解决水土流失、沙漠化和扬尘等问题。

本发明的技术方案是：一种防尘固沙方法将聚氨酯型生态固沙剂用水稀释后得到固沙剂稀释液，固沙剂稀释液中聚氨酯预聚体的重量百分比浓度为0.5～5％；然后将固沙剂稀释液喷洒在沙土上，在沙土表层形成固化层；其中，

所述聚氨酯型生态固沙剂的活性成分为聚氨酯预聚体，所述聚氨酯预聚体由聚合物多元醇和二异氰酸酯化合物缩聚反应得到，所述聚合物多元醇由聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯二元醇和易降解聚合物二醇组成，聚氧化丙烯二元醇与聚氧化乙烯二元醇的质量比为1∶3～5∶1，易降解聚合物二醇占聚合物多元醇总质量的13～23％；聚合物多元醇与二异氰酸酯化合物的质量比为4∶1～7∶1，所述易降解聚合物二醇为聚ε-己内酯二醇、聚乳酸二醇或其任意比例的混合物。

作为优选方式，所述固沙剂稀释液中聚氨酯预聚体的重量百分比浓度优选为2～5％，喷洒量优选为3L/m²。

本发明还可以与植被防尘固沙相结合，固沙剂稀释液喷洒在撒播植被草种后的沙土上，在沙土表层形成固化层。

本发明防尘固沙机理是：将聚氨酯型生态固沙剂喷洒到沙土层后，随着水分的散失，固沙剂中活性成分聚氨酯预聚体快速在沙土表面以及内部形成空间网络结构，填充沙土中的孔隙并包裹沙土颗粒，从而在沙土颗粒与聚氨酯之间形成物理或化学联系，将土颗粒粘结成网络状的结构整体，在表层形成一定厚度的固化层。

本发明的有益效果是：采用本发明方法固沙后，所形成固化层具有良好的抗冲刷性、抗风性能，且保湿、透气，利于植被生长等功能；聚氨酯型生态固沙剂具有耐久性、高温固化剂性和抗冻性能；本发明方法能与植物固沙相结合，确保沙丘在实现“植被恢复”良性循环阶段之前不老化分解，一旦植被形成，聚氨酯型生态固沙剂固沙保水的使命完成后就降解掉，真正体现生态环保效益。此外，本发明施工简便，实用性强，可应用于坡面生态防护，防治水土流失，沙漠化治理，防治扬尘等领域，特别适用于大规模施工，具有良好的经济性能。

附图说明

图1是抗冲刷试验模拟装置示意图。

图2是风蚀试验模拟装置示意图。

图3是风蚀后沙土表面形貌图。

图4是沙土试样剖开后的形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该指出的是，所列举聚氨酯型生态固沙剂的制备方法和防尘固沙方法均为便于理解本发明的较佳方案，而不是对本发明的限定。

实施例1

在反应容器中加入30g数均分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇，60g数均分子量为1000的聚氧化乙烯二元醇和27g数均分子量为2000的聚ε-己内酯二醇，除水处理；在氮气保护条件下，向反应容器中加入23.4g甲苯二异氰酸酯，温度控制在85℃，反应2h。

冷却，向反应体系中加入200ml的乙酸乙酯，常温搅拌1.5h。出料，加入占聚氨酯预聚体质量5％的十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌后制得聚氨酯型生态固沙剂，密封保存。

对本实施例制得的固沙剂进行无侧限抗压强度和剪切试验。

(1)无侧限抗压强度试验

采用南京土壤仪器厂生产的YSH-2型石灰土压力仪对无侧限抗压强度进行测试，方法如下：首先，将下蜀土以及沙在自然状态下风干，分别过2mm标准筛，然后放进烘箱烘干24h，将沙和粘土按1∶3的质量比混合制样。试验土样的直径为39.1mm，高为80mm，设计含水率为10wt％，干密度为1.7g/cm³，固沙剂以水溶液形式加入，其中聚氨酯预聚体的浓度分别为3wt％和5wt％。

将固沙剂按土样的设计含水率进行稀释，然后与沙、粘土混合样拌合，搅拌均匀后立即压实制样。土样制备方法按《土工试验方法标准》(GBJ123-88)进行，在这里均采用静力压实法。制备好的试样放入保湿器中在室温下，湿度为60％下养护48h后测试，其结果如表1所示。

表1固沙剂的无侧限抗压强度数据

从表1中可以看出，添加本发明制备的固沙剂以后，土样的无侧限抗压强度有了大幅度是高，当固沙剂稀释液中聚氨酯预聚体浓度为3wt％时，无侧限抗压强度增幅为65％。

(2)剪切试验

将下蜀土以及沙在自然状态下风干，分别过2mm标准筛，然后放进烘箱烘干24h后，将沙和粘土按1∶3质量比混合制样。试验土样直径为91.8mm，高为20mm，设计含水率为15wt％，干密度1.7g/cm³，固沙剂以水溶液形式加入，其中聚氨酯预聚体的浓度分别为3wt％和5wt％。

将固沙剂按土样的设计含水率进行稀释，然后与沙、粘土混合样拌合，搅拌均匀后立即压实制样，制成直剪试验所需要的环刀试样，其中，土样制备方法按《土工试验方法标准》(GBJ123-88)进行，在这里均采用静力压实法。将试样放置在保湿皿内，室温养护，24h后将试样取出，放置在剪切盒内使用ZJ型应变控制式直剪仪便携式直剪仪进行直剪试验，其结果如表2所示。

表2固沙剂的抗剪切强度数据

从表2可以看出，添加本发明制备的固沙剂以后，土样的粘聚力和内摩擦角均有大幅度提高，当固沙剂稀释液中聚氨酯预聚体浓度为5wt％时，粘聚力增幅为40％。

实施例2

将340g(记为m0)现场取来的沙土装入尺寸为16cm×16cm×3cm的托盘，压实制样。按照表3配制不同浓度配比的固沙剂稀释液，均匀喷洒在沙土试样1表面，喷洒量按为3L/m²，在室温条件下放置24h。

表3聚氨酯型生态固沙剂稀释溶液配比

浓度(重量)％	0	0.5	1	1.5	2	3	5
								聚氨酯预聚体(g)	0	5	10	15	20	30	50
溶剂(g)	0	6.19	12.38	18.57	24.76	30.95	37.14
								水(g)	1000	988.81	977.62	966.43	955.24	939.05	912.86

如图1所示，将沙土试样1放置于坡度为30°的坡架上进行冲刷试验，通过模拟降雨装置2进行冲刷，模拟降雨的强度为2.7L/min，降雨时间为5分钟，同时，通过收集器3收集冲刷下的沙土。冲刷完后的试样放入烘箱烘干24h，称其剩余土重量记为(记为m1)，求Δm＝m₀-m₁，土样的冲刷率EP＝Δm/m₀。

土样的冲刷结果如表4所示，从表中可以看出聚氨酯型生态固沙剂在很大程度上提高了改性土的抗冲刷能力，其抗冲刷性能随着聚氨酯预聚体浓度升高而不断提高。在聚氨酯预聚体浓度为3％和5％，喷洒量为3L/m²，降雨强度为2.7L/min条件下，冲刷5分钟后，土样质量损失率仅为0.6％和0.3％。试验结果表明，聚氨酯型生态固沙剂稀释溶液中聚氨酯预聚体浓度在2～5％的范围内，可以有效的防止土质边坡坡面冲刷，减少水土流失。

表4聚氨酯型生态固沙剂改性土样冲刷试验结果

编号	浓度(％)	土样初始重量m₀(g)	冲刷的土样重量Δm(g)	冲刷率EP(％)
					T-0	0	340	270.3	79.5
T-1	0.5	340	202.98	59.7
					T-2	1	340	103.02	30.3
T-3	1.5	340	68	20
					T-4	2	340	25.16	7.4
T-5	3	340	2.04	0.6
					T-6	5	340	1.02	0.3

实施例3

在30cm×30cm×2cm的托盘内均匀铺满细沙，按照表5配制不同浓度配比的固沙剂稀释液，均匀喷洒在沙土试样表面，喷洒量按为3L/m²，在室温条件下放置24h。

表5聚氨酯型生态固沙剂稀释溶液配比

浓度(重量)％	0	0.5	1	1.5	2	3
							聚氨酯预聚体(g)	0	15	30	45	60	90
溶剂(g)	0	18.57	37.14	55.71	74.28	111.42
							水(g)	3000	2966.43	2932.86	2899.29	2865.72	2798.58

如图2所示，采用模拟箱11进行抗风蚀模拟试验，将托盘15放入模拟箱11中，启动开关13，可调风速的鼓风机12进行鼓风，模拟风速为5m/s，吹风时间为2h。并通过吸尘器14除去细沙。根据托盘15中沙土表面在风蚀后保持的完整程度来判断沙土的抗风蚀性能。

表6聚氨酯改性土风蚀试验结果

浓度(重量)％	0	0.5	1	1.5	2	3
							表面破坏	破坏严重	无	无	无	无	无

试验结果如表6所示，实验结果表明聚氨酯型生态固沙剂处理后的试样表面均没有明显的风蚀痕迹，具有良好的抗风蚀性能。图3是聚氨酯预聚体浓度为0.5％的试样图片，无明显风蚀痕迹。图4是该试样风蚀后进行剖解后的图片，从图中可以看出，喷洒聚氨酯型生态固沙剂后，在沙土表层形成了一层固化层，以起到防尘固沙作用。

此外，可以在播种植被草种后的沙土上喷洒聚氨酯型生态固沙剂，操作相同，由于固沙剂作用，草种不易吹走，并且透气性好，利于植被生长。

Claims

1.一种防尘固沙方法，其特征在于：将聚氨酯型生态固沙剂用水稀释后得到固沙剂稀释液，固沙剂稀释液中聚氨酯预聚体的重量百分比浓度为0.5～5%；然后将固沙剂稀释液喷洒在沙土上，在沙土表层形成固化层；其中，

所述聚氨酯型生态固沙剂的活性成分为聚氨酯预聚体，所述聚氨酯预聚体由聚合物多元醇和二异氰酸酯化合物缩聚反应得到，所述聚合物多元醇由聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯二元醇和易降解聚合物二醇组成，聚氧化丙烯二元醇与聚氧化乙烯二元醇的质量比为1:3～5:1，易降解聚合物二醇占聚合物多元醇总质量的13～23%；聚合物多元醇与二异氰酸酯化合物的质量比为4:1～7:1，所述易降解聚合物二醇为聚ε-己内酯二醇；

前述聚氧化丙烯二元醇的数均分子量为2000，聚氧化乙烯二元醇的数均分子量为1000，聚ε-己内酯二醇的数均分子量为2000。

2.按权利要求1所述的防尘固沙方法，其特征在于：所述固沙剂稀释液中聚氨酯预聚体的重量百分比浓度为2～5%。

3.按权利要求1所述的防尘固沙方法，其特征在于：所述固沙剂稀释液的喷洒量为3L/m²。

4.按权利要求1～3任意一项所述的防尘固沙方法，其特征在于：固沙剂稀释液喷洒在撒播植被草种后的沙土上，在沙土表层形成固化层。