CN106560500A - 一种建筑工程专用抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑工程专用抑尘剂及其制备方法，其由褐藻酸钠、硅酸钠、植物胶、交联剂、氯化钙及特殊工艺聚合的胶黏剂复配而成，主要应用于建筑工地施工、建筑拆迁等的抑尘，该产品不含重金属及甲醛，无毒副作用，能生物降解，成本低廉，安全方便。

Description

一种建筑工程专用抑尘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抑尘剂，特别是涉及一种建筑工程专用抑尘剂及其制备方法。

背景技术

我国各地大气中PM2.5污染研究、监测结果表明，施工扬尘在北方、南方地区城市PM2.5成分分别占有大约23％和13％的比例。为治理大气污染，解决施工扬尘问题，传统的网布覆盖已被证明效果有限，不能有效解决施工扬尘。洒水的方式效果延迟时间短，也导致水资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无毒副作用，能生物降解，成本低廉，安全方便、环保无污染、制备工艺简单的建筑工程专用抑尘剂及其制备方法。

为达上述目的，本发明一种建筑工程专用抑尘剂，其包括以下重量份的原料制得：

水41-56份，褐藻酸钠0.5-26份，硅酸钠3-16份，氯化钙0-6.98份，植物胶2-6份，硼砂0.1-0.6份，苯丙乳液1-26份；防腐杀菌剂0.1-0.2份，消泡剂0.1-0.2份。

其中所述苯丙乳液为苯乙烯-丙烯酸脂共聚苯丙乳液。

其中所述苯丙乳液为苯丙乳液RS-899。

其中所述褐藻酸钠替换为海藻酸钠。

其中所述植物胶为瓜尔胶或田菁胶。

其中所述防腐杀菌剂为防腐杀菌剂BNV2。

其中所述消泡剂为消泡剂B-688。

本发明还提供一种制备所述建筑工程专用抑尘剂的方法，其包括以下步骤：

于所述水中加入所述褐藻酸钠和所述氯化钙高速分散8-15分钟，然后加入所述植物胶、所述硼砂进行交联反应5-8分钟；

加入所述硅酸钠，分散5-10分钟；

加入所述苯丙乳液，分散8-10分钟；

加入所述防腐杀菌剂，搅拌均匀；

加入所述消泡剂，800-1000r/min中速消泡5-8分钟。

(一)采用化学固化稳定土壤原理：

成膜剂、粘接剂-褐藻酸钠：具有物料所需的稳定性、粘性，并具有凝胶和成膜的能力；褐藻酸钠的分子链上含有大量的羟基和羧基、其中游离的羧基，性质活波、具有较高的离子交换功能，极易与Ca²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺等离子发生交换，形成交联的水凝胶。

保湿剂、助剂-无水氯化钙：吸湿能力极强、能吸收大气中的水份，增加粉尘颗粒的单重，并能与褐藻酸钠发生交联反应，生成交联的三维网状的褐藻酸钙的聚合物，褐藻酸钠大分子结构经过协同相结合作用，中间形成了一定的亲水空间，这些空间会被钙离子占据，并与G上的多个原子发生螯合作用，从而使褐藻酸钠链间相互结合缠绕，最终形成三维网状结构的凝胶来稳定土体。

土壤中富含CaO、SiO₂及Al₂O₃等活性物质，当这些物质被激活，就会生成不溶于水的凝胶体，如CaO-Al₂O₃-H₂O和CaO-SiO₂-H₂O等水化结晶体，这种凝胶体与土颗粒之间互相搭接，填充在土体孔隙之中，形成了“空间网架结构”，提高了固化土的强度。同时，添加的外加剂与水作用，改变了原土体表面的附着水，大量自由水以结晶形式固定下来，土壤颗粒重新按两端正负荷相互吸引而紧密结合。

化学固土的机理非常复杂，其加固稳定土壤的机理主要体现在两方面：一是化学试剂的添加，使得土粒表面发生了化学离子交换反应，打破了土体表面的电荷平衡，减小了土壤孔隙和土壤表面张力引起的吸水作用，提高了土壤的密实度，抗压强度得到显著提高；二是在土壤中加入试剂，会发生一系列水解、水化反应，生成胶结基质，土壤颗粒被完全黏结合包裹于其中。总的来说，化学固化稳定土壤的作用机理主要有以下几个方面：

(1)水化反应：添加的各种试剂与土壤中的物质发生化学反应生成硅酸钙、铝酸钙等凝胶性物质，填充了团粒之间的孔隙并使土壤颗粒结硬化，从而使土壤具有结构稳定和水稳定等良好的优点；

(2)水置换反应：各种添加剂与土壤混合后，可将土中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，并且水化反应生成的结晶体可填充土粒间的孔隙，使土体形成致密的结构。通过微观分析，土壤颗粒被C-S-H凝胶包覆，使土壤颗粒之间构成一个稳固的网状结构体，提高了土体的抗压、抗渗、抗侵蚀等性能。

(3)离子交换反应：部分化学添加剂含有的高价阳离子(如Al³⁺、Ca²⁺)能与土颗粒中的Na⁺、K⁺等进行离子交换作用：

Na⁺(K⁺)—黏土+Ca²⁺→Ca²⁺—黏土+Na⁺(K⁺)

Na⁺(K⁺)—黏土+Al³⁺(Fe³⁺)→Al³⁺(Fe³⁺)—黏土Na⁺(K⁺)

其中被置换出的一价阳离子进入土层中，加强了层与层间的连接，对土壤的固化起到了一定的填充作用。该离子交换反应形成的新土壤颗粒具有超薄的水化膜结构和较低的毛电位，从而促进土壤颗粒的凝聚，导致大量的土粒形成较大的土团，在一定程度上提高了土体的强度和改善了水稳性。

(4)与Cl^﹣的反应：添加剂中的Cl^-(如CaCl₂)可以与土中大量的可溶性Al₂O₃和CaO结合，迅速形成氯盐，从而提高了土体的早期强度。

本发明所用的化学添加剂，既能与土粒表面发生离子反应，又具有保湿，凝并及成膜性能，可以增加土体的抗压强度，显著提高土壤的憎水性。另外添加剂中含有能与土壤粒子表面阳离子反应的羧基、酰胺基等官能团，有较好的黏结力和成膜性，且大分子链上的羧基基团具有亲水性和螯合性，其形成的高分子链与土颗粒相互缠集，并且主链上的羧基可以与土粒表面的Si—OH、Ca²⁺、Mg²⁺等发生配合等物化作用，使得土壤颗粒黏结在一起，形成一个稳固的凝胶整体。氯化钙的憎水基团(-Cl)可以在土颗粒表面形成防水的保护层，将土体由亲水性变为憎水性，减小了水分对稳固土的浸润、破坏作用，保持了稳定土良好的承载强度、结构状态及水稳定性。总之化学添加剂和土壤颗粒之间的化学反应，使形成的化学稳定土具有不可逆的良好的耐久性。

(二)高分子类固化土壤原理

高分子类主要包括多种聚合物、纤维、表面活化剂。通常是高分子单体在土中发生聚合反应，它能够形成较致密的、水稳的、较高强度的和较稳定的网络空间骨架结构，这一结构可提高土颗粒间黏结强度，表现为土的抗拉、抗剪和单轴抗压强度的提高。根据有关研究可知，聚合物交联形成的立体结构可以包裹和胶结土粒；表面活性剂可改变土壤颗粒的表面亲水性，使其具有较强的抗水能力，最终使得土体具有较好的抗压强度。作用机理主要体现在：

a)表面活性剂可以降低土壤稳固剂水溶液的表面张力，使其比较容易在土粒表面铺展开来，达到润湿土壤表面的目的，且具有较强的渗透性，有利于进行离子交换，这样就降低了土粒之间的相互排斥能，提高了土粒自身的聚集力。

b)当高分子添加剂施用在土粒表面时，它会通过高分子链桥的形式将相邻的土颗粒搭接起来，形成的长链与土粒在电引力作用下，并通过高分子链之间的互相交叉缠结，使得土体获得一定的结构强度而成为一个牢固的整体。

c)在交换作用下，高分子长链与土颗粒作用后，整个长链变成了不溶于水的大分子，其形成的保护膜堵塞了土壤中的毛细孔，使之不易被水侵蚀。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

1.本发明采用褐藻酸钠及氯化钙产生凝胶的机理与土壤的钙离子等缠绕螯合，再加入可生物降解的乳液型胶粘剂加强三维网状结构的强度，增加了乳液在抑尘剂领域的应用；比市场在使用的抑尘剂强度及韧性明显提高；

2.本发明抑尘剂环保无污染，不会对环境造成危害；可逐渐被土壤的生物分解，不会长期滞留于土壤中；

3.本发明抑尘剂在保护期内，对土壤颗粒粘接能力强，具有良好的固定作用；

4.本发明抑尘剂由于加入了苯丙乳液，抑尘剂喷洒后会在松散土壤表面结壳，并形成有韧性带孔隙高强度固化层，耐候时效长(3-6个月)，市场一般的抑尘剂一般抑尘时效只有1-2个月；

5.本发明抑尘剂制备工艺简单，无需加热加压，材料成本低，生产过程对环境无任何污染；

6.本发明抑尘剂加入硅酸钠，提高结壳成膜的强度及耐水性，该抑尘剂用水稀释喷洒在建筑工地堆积方土，散堆料场上后，能形成有韧性的壳，耐水、耐雨与风吹。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

于45kg水中加入褐藻酸钠1kg和氯化钙2kg高速分散8分钟，然后加入2kg瓜尔胶、200g硼砂进行交联反应；

加入4kg硅酸钠，分散6分钟；

加入10kg苯丙乳液RS-899，分散9分钟；

加入100g防腐杀菌剂BNV2，搅拌均匀；

加入100g消泡剂B-688，中速消泡5分钟后制得。

实施例2

于55kg水中加入海藻酸钠25kg和氯化钙6.5kg高速分散15分钟，然后加入4kg瓜尔胶、400g硼砂进行交联反应；

加入10kg硅酸钠，分散8分钟；

加入20kg苯丙乳液RS-899，分散10分钟；

加入150g防腐杀菌剂BNV2，搅拌均匀；

加入150g消泡剂B-688，中速消泡8分钟后制得。

实施例3

于50kg水中加入海藻酸钠15kg和氯化钙4kg高速分散12分钟，然后加入6kg田菁胶、600g硼砂进行交联反应；

加入15kg硅酸钠，分散10分钟；

加入5kg苯丙乳液RS-899，分散8分钟；

加入200g防腐杀菌剂BNV2，搅拌均匀；

加入200g消泡剂B-688，中速消泡7分钟后制得。

使用时根据需要抑尘时间的长短按照1：3～1:5的比例用自来水进行稀释，然后用喷水车或是转用的喷淋设备，喷洒在建筑工地堆积方土，散堆料场，煤堆，矿区及港口各种容易产生粉尘的作业区。

本产品抑尘剂通过在联想集团项目施工现场(具体实验如下)进行工地抑尘效果试验。该产品在现场根据施工现场土壤干湿度情况用水稀释3-5倍，喷洒土壤表面，经6-24小时水分蒸发后，在土壤表面形成一层纳米膜，从而能够达到抑制扬尘的目的，达到12级风时堆场表面2米内无可视扬尘产生的抑尘效果。静态堆放90天的土堆使用结壳剂的剂量设计为0.33公斤/平方米，成本为1.15元/月.m²。90天后结壳剂在环境中自然降解，从而在环保、健康、安全方面具有良好的综合效应，优于国内防尘标准。结壳剂抑尘比传统洒水方法至少每个月可以节水98％。

效果实验：

1.本发明抑尘剂对露天工地的抑尘效果

试验时间：2015-9-1、2015-9-2

产品提供：中能润邦科技(北京)有限公司

试验地点：海淀区联想总部工地

2.1、试验内容及主要设备

2.2试验结果分析

结壳效果

喷洒结壳剂时，泥土表面呈现乳白色，60-180分钟后白色消失；完成喷洒6-24h之后，发现土壤表面结成一层“软膜”；该软膜不会因下雨、阴天等因素发生改变，与未喷洒结壳剂的土地有明显区别。

2.3抑尘效果

风力是影响起尘量的重要因素，一般把自然风速4.5m/s作为堆场洒水抑尘的工作点。本试验吹风速度达到九级风力，结壳剂处理后的泥土表面无可视粉尘产生，优于欧盟及荷兰法规要求的“自然风速4.5m/s时距离尘源2米内无可视粉尘”。

3、经济分析

3.1结壳剂费用对比

本次试验土地9平米，一进口结壳剂市场售价98元/公斤，90天抑尘，设计剂量为0.09公斤/平方米，则成本为：2.94元/平米·月；本发明建筑工程专用抑尘剂市场售价10.5元/公斤，90天抑尘，设计剂量为0.33公斤/平方米，则成本为：1.15元/平米·月。

4、结论

喷洒结壳剂后，12-24h后在土壤上形成固化层及表层纳米软膜。本试验抑尘效果能达到模拟九级风时堆场表面2米内无可视扬尘产生，优于欧洲防尘标准，结壳剂抑尘比传统洒水方法至少每个月可以节水98％联想集团总部工地使用的剂量设计为0.33公斤/平方米，抑尘90天，成本为1.15元/平米·月与防尘网使用成本相当；每平方米比进口的抑尘剂节约成本1.8元左右，结壳剂在环保、健康、安全方面具有良好的综合效应，是治理露天工地扬尘污染的先进技术和未来几年的发展趋势。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种建筑工程专用抑尘剂，其特征在于其包括以下重量份的原料制得：

水41-56份，褐藻酸钠0.5-26份，硅酸钠3-16份，氯化钙0-6.98份，植物胶2-6份，硼砂0.1-0.6份，苯丙乳液1-26份；防腐杀菌剂0.1-0.2份，消泡剂0.1-0.2份。

2.根据权利要求1所述的建筑工程专用抑尘剂，其特征在于：所述苯丙乳液为苯乙烯-丙烯酸脂共聚苯丙乳液。

3.根据权利要求2所述的建筑工程专用抑尘剂，其特征在于：所述苯丙乳液为苯丙乳液RS-899。

4.根据权利要求1所述的建筑工程专用抑尘剂，其特征在于：所述褐藻酸钠替换为海藻酸钠。

5.根据权利要求1所述的建筑工程专用抑尘剂，其特征在于：所述植物胶为瓜尔胶或田菁胶。

6.根据权利要求1所述的建筑工程专用抑尘剂，其特征在于：所述防腐杀菌剂为防腐杀菌剂BNV2。

7.根据权利要求1所述的建筑工程专用抑尘剂，其特征在于：所述消泡剂为消泡剂B-688。

8.一种制备如权利要求1-7中任一项所述建筑工程专用抑尘剂的方法，其特征在于包括以下步骤：

于所述水中加入所述褐藻酸钠和所述氯化钙高速分散8-15分钟，然后加入所述植物胶、所述硼砂进行交联反应5-8分钟；

加入所述硅酸钠，分散5-10分钟；

加入所述苯丙乳液，分散8-10分钟；

加入所述防腐杀菌剂，搅拌均匀；

加入所述消泡剂，800-1000r/min中速消泡5-8分钟。