CN109362529B - 应用于矿山高边坡的防护材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥50‑60份、粘土30‑40份、棉籽壳5‑15份、黄砂5‑10份、碎玉米粒10‑20份、玉米颗粒10‑20份、陶粒1‑10份、浮石1‑10份、聚苯颗粒1‑10份、活性碳粉4‑8份、纳米铁5‑10份、高分子复合材料5‑15份、改性中药渣6‑12份；具有与土壤相似的功能结构、物质基础和环境条件，存在大量贯通的微裂缝和非毛管孔隙，在颗粒或微团聚体间也含有大量的毛管孔隙因而具有持水力强和通气性好的特点，可与土壤相互作用，提供水、气、肥、热等植被生长要素的存储和迁移途径，有利于植被的生长发育，可有效提高边坡土壤的水土保持，防止或减缓边坡侵蚀。

Description

应用于矿山高边坡的防护材料
技术领域
本发明是涉及边坡治理领域，特别涉及一种应用于矿山高边坡的防护材料。
背景技术
边坡生态防护技术是基于生态工程学、工程力学、植物学、水力学等学科的基本原理，利用活性植被材料，结合其他工程材料在边坡上构建具生态功能的护坡系统，通过生态工程自支撑、自组织、与自我修复等功能来实现边坡的抗冲蚀、抗滑动和生态恢复，以达到减少水土流失、维持生态多样性和生态平衡及美化环境等目的。近年来，我国边坡生态防护技术方面得到了一定发展，它能弥补传统防护工程护坡的不足，并且可以满足人们对环境保护的要求，但由于起步较晚，技术和理论都还不是很成熟，还存在许多问题需要解决。中国专利CN1443439提供了一种岩石边坡生态防护植物生长基质，该基质由泥炭、黏土、农作物堆肥、土壤稳定剂、土壤改良剂、土壤营养剂、保水剂及植物种子构成。中国专利CN1669403公开了一种岩石边坡生物防护绿化基材，由褐煤、生物菌肥、基材调整改良剂、纤维、保水剂和粘结剂组成。中国专利CN1358685公开了一种绿化混凝土添加剂，属于边坡绿化用混凝土的添加成分，解决了在边坡绿化过程中在混凝土中植被生长的问题。相关报道主要侧重于植物种子与生长基材的复配，对边坡土壤的改性研究较少，致使边坡在生态防护处理后仍存在湿胀跨落、剥落、植被短期退化等现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于矿山高边坡的防护材料，具有与土壤相似的功能结构、物质基础和环境条件，可与土壤相互作用，提供水、气、肥、热等植被生长要素的存储和迁移途径，有利于植被的生长发育，可有效提高边坡土壤的水土保持，防止或减缓边坡侵蚀。
本发明的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥50-60份、粘土30-40份、棉籽壳5-15份、黄砂5-10份、碎玉米粒10-20份、玉米颗粒10-20份、陶粒1-10份、浮石1-10份、聚苯颗粒1-10份、活性碳粉4-8份、纳米铁5-10份、高分子复合材料5-15份、改性中药渣6-12份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至80-120目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为50-65℃糊化50-70分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至30-50℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应3.5-4.5小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于50-70℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于50-70℃的烘箱中烘24小时以上；
进一步，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥55份、粘土35份、棉籽壳10份、黄砂7份、碎玉米粒15份、玉米颗粒15份、陶粒6份、浮石6份、聚苯颗粒6份、活性碳粉6份、纳米铁7份、高分子复合材料10份、改性中药渣8份；
进一步，所述碎玉米粒粒径为10-20mm、玉米颗粒粒径20-30mm；
进一步，所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为80-100目，然后加入活化剂，按一定的固液比充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为80-90℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度500-600℃，然后恒温1-1.5小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡30-40min后，用温度为70℃～80℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为110-120℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为200-250目。
本发明的有益效果：本发明的应用于矿山高边坡的防护材料，所采用的碎玉米粒和玉米颗粒的复配既提高孔隙率，又提供足够的营养元素；陶粒、浮石、聚苯颗粒、活性碳粉和纳米铁等颗粒材料的复配提高净水能力和植物的形容性，形成三维多孔孔隙，同时又可去除重金属，改性中药渣起到修复土壤给植被提供营养基质的目的，高分子复合材料可增强土壤的吸水保水吸肥能力，各组分相互协同作用形成的防护材料，具有与土壤相似的功能结构、物质基础和环境条件，存在大量贯通的微裂缝和非毛管孔隙，在颗粒或微团聚体间也含有大量的毛管孔隙因而具有持水力强和通气性好的特点，可与土壤相互作用，提供水、气、肥、热等植被生长要素的存储和迁移途径，有利于植被的生长发育，可有效提高边坡土壤的水土保持，防止或减缓边坡侵蚀。
具体实施方式
实施例一
本实施例的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥50份、粘土30份、棉籽壳5份、黄砂5份、碎玉米粒10份、玉米颗粒10份、陶粒1份、浮石1份、聚苯颗粒1份、活性碳粉4份、纳米铁5份、高分子复合材料5份、改性中药渣6份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至80目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为50℃糊化50分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至30℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应3.5小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于50℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于50℃的烘箱中烘24小时以上；
所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为80目，然后加入活化剂，按一定的固液比充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为80℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度500℃，然后恒温1小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡30min后，用温度为70℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为110℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为200目。
所述碎玉米粒粒径为10mm、玉米颗粒粒径20mm。
实施例二
本实施例的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥60份、粘土40份、棉籽壳15份、黄砂10份、碎玉米粒20份、玉米颗粒20份、陶粒10份、浮石10份、聚苯颗粒10份、活性碳粉8份、纳米铁10份、高分子复合材料15份、改性中药渣12份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至120目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为65℃糊化70分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至50℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应4.5小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于70℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于70℃的烘箱中烘24小时以上；
所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为100目，然后加入活化剂，按一定的固液比充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为90℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度600℃，然后恒温1.5小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡40min后，用温度为80℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为120℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为200目。
所述碎玉米粒粒径为20mm、玉米颗粒粒径20mm。
实施例三
本实施例的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥50份、粘土40份、棉籽壳5份、黄砂10份、碎玉米粒10份、玉米颗粒20份、陶粒1份、浮石10份、聚苯颗粒1份、活性碳粉8份、纳米铁5份、高分子复合材料15份、改性中药渣6份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至80目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为65℃糊化50分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至50℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应3.5小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于70℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于50℃的烘箱中烘24小时以上；
所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为100目，然后加入活化剂，按一定的固液比充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为80℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度600℃，然后恒温1小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡40min后，用温度为70℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为120℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为200目。
所述碎玉米粒粒径为20mm、玉米颗粒粒径20mm。
实施例四
本实施例的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥60份、粘土30份、棉籽壳10份、黄砂10份、碎玉米粒10份、玉米颗粒15份、陶粒10份、浮石1份、聚苯颗粒3份、活性碳粉8份、纳米铁5份、高分子复合材料10份、改性中药渣12份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至90目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为60℃糊化50分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至50℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应3.5小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于52℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于65℃的烘箱中烘24小时以上；
所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为95目，然后加入活化剂，按一定的固液(固液比为1：5)比充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为85下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度510℃，然后恒温1.2小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡30min后，用温度为80℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为115℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径240目。
所述碎玉米粒粒径为12mm、玉米颗粒粒径22mm。
实施例五
本实施例的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥50份、粘土40份、棉籽壳8份、黄砂5份、碎玉米粒20份、玉米颗粒15份、陶粒1份、浮石10份、聚苯颗粒2份、活性碳粉7份、纳米铁7份、高分子复合材料5份、改性中药渣12份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至85目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为65℃糊化50分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至45℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应4.2小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于65℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于55℃的烘箱中烘24小时以上；
所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为80目，然后加入活化剂，按一定的固液比(1：10)充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为80-90℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度500℃，然后恒温1.2小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡35min后，用温度为75℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为120℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为200目。
所述碎玉米粒粒径为10mm、玉米颗粒粒径25mm。
实施例六
本实施例的应用于矿山高边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥55份、粘土35份、棉籽壳10份、黄砂7份、碎玉米粒15份、玉米颗粒15份、陶粒6份、浮石6份、聚苯颗粒6份、活性碳粉6份、纳米铁7份、高分子复合材料10份、改性中药渣8份；
所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至100目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为60℃糊化60分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至40℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应4小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于60℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于60℃的烘箱中烘24小时以上；
所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为90目，然后加入活化剂，按一定的固液比(1:8)充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为85℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度550℃，然后恒温1.2小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡35min后，用温度为75℃的蒸馏水反复洗涤，直至p H值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为115℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为230目。
所述碎玉米粒粒径为15mm、玉米颗粒粒径25mm。
上述实施例中，丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为3：2。
将上述实施例的防护材料与草种和植物纤维等通过搅拌机加水均匀混合，输送至高压喷射机向边坡喷射，然后洒水养护，养护后的边坡可抵御降雨量大于800mm的暴雨长时间冲刷，在播种40d后坡面植被覆盖率达到80％以上，60天后坡面基本被植被覆盖，可实现绿化和护坡的一次性完成。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种应用于矿山高边坡的防护材料，其特征在于：所述防护材料原料按重量份包括以下组分：普通硅酸盐水泥50-60份、粘土30-40份、棉籽壳5-15份、黄砂5-10份、碎玉米粒10-20份、玉米颗粒10-20份、陶粒1-10份、浮石1-10份、聚苯颗粒1-10份、活性碳粉4-8份、纳米铁5-10份、高分子复合材料5-15份、改性中药渣6-12份，所述高分子复合材料通过下述方式制备：
a.将质量比为4：1的去离子水和丙烯酸充分混合配置成20％的丙烯酸水溶液；将质量比为4：1的去离子水和氢氧化钠混合配置成20％的氢氧化钠水溶液；然后将氢氧化钠水溶液和丙烯酸水溶液混合后加入丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯制得混合液；
b.将玉米秸秆烘干粉碎至80-120目，然后加入去离子水在搅拌器转速为250rpm/min的条件下搅拌加热至温度为50-65℃糊化50-70分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和步骤a中制得的混合液充分搅拌后降温至30-50℃，然后加入浓度为20％的亚硫酸氢钠溶液和浓度为20％的过硫酸铵溶液反应3.5-4.5小时；
c.将步骤b中的反应物用无水乙醇进行洗涤，浸泡24小时以上，经纯化处理后置于50-70℃的烘箱中烘24小时以上，粉碎后再次置于50-70℃的烘箱中烘24小时以上。
2.根据权利要求1所述的应用于矿山高边坡的防护材料，其特征在于：普通硅酸盐水泥55份、粘土35份、棉籽壳10份、黄砂7份、碎玉米粒15份、玉米颗粒15份、陶粒6份、浮石6份、聚苯颗粒6份、活性碳粉6份、纳米铁7份、高分子复合材料10份、改性中药渣8份。
3.根据权利要求1所述的应用于矿山高边坡的防护材料，其特征在于：所述碎玉米粒粒径为10-20mm、玉米颗粒粒径20-30mm。
4.根据权利要求3所述的应用于矿山高边坡的防护材料，其特征在于：所述改性中药渣经过下述方式制备：
d.将麦冬、甘草和板蓝根的混合药渣洗净、烘干、粉碎至粒径为80-100目，然后加入活化剂，充分搅拌混匀，于室温下静置24h；
e.将浸渍好的料液于温度为80-90℃下干燥，烘干至含水率＜15％，然后将其放入通有氮气的管式炉中，从室温以10℃/min的升温速率升至活化温度500-600℃，然后恒温1-1.5小时；
f.将活化好的样品冷却后，用浓度为3mol/L的HCl溶液酸洗，浸泡30-40min后，用温度为70℃～80℃的蒸馏水反复洗涤，直至pH值在中性范围；
g.将洗涤好的样品放入干燥箱中，于温度为110-120℃下烘干后冷却并研磨粉碎至粒径为200-250目。
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