CN109456574B - 用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料 - Google Patents

用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，包括复合树脂、三聚氰胺、改性羧甲基纤维素钠、玉米秸秆、聚丙烯酸、木质素磺酸钠、聚乙醇胺、聚氧化乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚天冬门酸、硫酸铵、固化助剂；粘结性、固化性、流动性以及和易性好，土体接触后，高分子链相互扩散、渗透、缠绕在土颗粒表面及孔隙内形成网状膜结构，同时高分子链上含的大量官能团通过化学键作用与土颗粒结合，增强了土颗粒的水稳性，同时改变土粒表面亲水性质，形成有效的抗水能力，提高土体的抗冲刷能力和抗风蚀能力，该防护材料可与土壤相互作用，有利于植被的生长发育，可以在固化沙土边坡的基础之上，进行生态保护。

Description

用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料
技术领域
本发明涉及边坡防护领域。特别涉及一种用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料。
背景技术
降雨冲刷土质边坡导致水土流失严重，泥沙堵塞排水沟，甚至掩埋道路，影响公路运营。事实表明，各类土质边坡失稳破坏大多是由于雨滴溅蚀、地表径流侵蚀及雨水下渗软化作用引起的。传统边坡防护技术如框格、护面墙及喷浆防护等，多采用浆砌块(片)石和混凝土等无机结合料砌筑，材料与土质坡面的刚性结合长期暴露会脱落、变形，且不适合植被生长。考虑到土壤作为冲刷产生的物质基础，其自身性质如渗透性、遇水崩解性和抗冲刷性首要决定冲刷破坏程度。从加固土壤结构、增强土壤抗崩解性、削弱坡面土体受侵蚀发生运移的物质条件，以及提高抗雨水侵蚀能力的土体化学加固角度出发，进行边坡防治新手段的探索。特别是针对沙土土质的边坡，由于沙土本身胶结力较弱，存在加固效果差，持久性短，无法承受强降雨和径流侵蚀，且持水性差，无法在边坡加固的基础之上，保护植被生长。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，可以在固化沙土边坡的基础之上，进行生态保护。
本发明的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂30-40份、三聚氰胺10-20份、改性羧甲基纤维素钠5-15份、玉米秸秆5-10份、聚丙烯酸5-10份、木质素磺酸钠4-8份、聚乙醇胺4-8份、聚氧化乙烯4-8份、聚醋酸乙烯酯2-6份、聚天冬门酸2-6份、硫酸铵1-3份、固化助剂1-3份；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为20-30℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为20-30℃下搅拌30min,然后升温至65-75℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为80-100℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为55％～75％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至100～200目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到50～90℃反应2～6h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为45～55℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为75～85℃糊化30～40min，然后降温至55～65℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应2～3h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤2～3次后于温度为40～60℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离8～16小时，去除均聚物后于温度为50～70℃下干燥，粉碎；
进一步，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1；
进一步，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂35份、三聚氰胺15份、改性羧甲基纤维素钠10份、玉米秸秆7份、聚丙烯酸7份、聚乙醇胺6份、聚氧化乙烯6份、木质素磺酸钠6份、聚醋酸乙烯酯4份、聚天冬门酸4份、硫酸铵2份、固化助剂2份。
本发明的有益效果：本发明的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，粘结性、固化性、流动性以及和易性好，土体接触后，高分子链相互扩散、渗透、缠绕在土颗粒表面及孔隙内形成网状膜结构，同时高分子链上含的大量官能团通过化学键作用与土颗粒结合，增强了土颗粒的水稳性，土体透水性降低、抗剪强度增强，抗冻融破坏能力增强，能有效防止坡面冲沟发育，减缓边坡水土流失，能有效减小土壤侵蚀，改善边坡表层抗水冲蚀能力，另外，该防护材料可与土壤相互作用，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，可以在固化沙土边坡的基础之上，进行生态保护。
具体实施方式
实施例一
本实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂30份、三聚氰胺10份、改性羧甲基纤维素钠5份、玉米秸秆5份、聚丙烯酸5份、木质素磺酸钠4份、聚乙醇胺4份、聚氧化乙烯4份、聚醋酸乙烯酯2份、聚天冬门酸2份、硫酸铵1份、固化助剂1份；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为20℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为20℃下搅拌30min,然后升温至65℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为80℃下干燥；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为55％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至100目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到50℃反应2h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为45℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为75℃糊化30min，然后降温至55℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应2h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤2次后于温度为40℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离8小时，去除均聚物后于温度为50℃下干燥，粉碎；
本实施例中，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1。
实施例二
本实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂40份、三聚氰胺20份、改性羧甲基纤维素钠15份、玉米秸秆10份、聚丙烯酸10份、木质素磺酸钠8份、聚乙醇胺8份、聚氧化乙烯8份、聚醋酸乙烯酯6份、聚天冬门酸6份、硫酸铵3份、固化助剂3份；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为30℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为30℃下搅拌30min,然后升温至75℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为100℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为75％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至200目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到90℃反应6h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为55℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为85℃糊化40min，然后降温至65℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应3h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤3次后于温度为60℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离16小时，去除均聚物后于温度为70℃下干燥，粉碎；
本实施例中，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1。
实施例三
本实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂30份、三聚氰胺20份、改性羧甲基纤维素钠6份、玉米秸秆5份、聚丙烯酸10份、木质素磺酸钠4份、聚乙醇胺8份、聚氧化乙烯4份、聚醋酸乙烯酯6份、聚天冬门酸2份、硫酸铵3份、固化助剂1份；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为20℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为30℃下搅拌30min,然后升温至65℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为100℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为55％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至200目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到50℃反应6h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为45℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为85℃糊化30min，然后降温至65℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应2后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤3次后于温度为40℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离16小时，去除均聚物后于温度为50℃下干燥，粉碎；
本实施例中，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1。
实施例四
本实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂40份、三聚氰胺10份、改性羧甲基纤维素钠13份、玉米秸秆10份、聚丙烯酸5份、木质素磺酸钠8份、聚乙醇胺4份、聚氧化乙烯8份、聚醋酸乙烯酯2份、聚天冬门酸6份、硫酸铵1份、固化助剂3份；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为30℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为20℃下搅拌30min,然后升温至75℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为80℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为75％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至100目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到90℃反应2h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为55℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为75℃糊化40min，然后降温至55℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应3h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤2次后于温度为60℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离8小时，去除均聚物后于温度为70℃下干燥，粉碎；
本实施例中，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1。
实施例五
本实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂35份、三聚氰胺12份、改性羧甲基纤维素钠8份、玉米秸秆9份、聚丙烯酸6份、木质素磺酸钠7份、聚乙醇胺5份、聚氧化乙烯4份、聚醋酸乙烯酯6份、聚天冬门酸5份、硫酸铵2份、固化助剂1份；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为25℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为28℃下搅拌30min,然后升温至72℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为90℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为60％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至180目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到80℃反应5h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为53℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为80℃糊化38min，然后降温至60℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应2h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤2次后于温度为45℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离15小时，去除均聚物后于温度为55℃下干燥，粉碎；
本实施例中，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1。
实施例六
本实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂35份、三聚氰胺15份、改性羧甲基纤维素钠10份、玉米秸秆7份、聚丙烯酸7份、聚乙醇胺6份、聚氧化乙烯6份、木质素磺酸钠6份、聚醋酸乙烯酯4份、聚天冬门酸4份、硫酸铵2份、固化助剂2份；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇(589g)和烧碱(136g)溶解于水(143g)中，冷却至20℃以下后加入纤维素(200g)，在温度为25℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯(216g)与异丙醇(150g)混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为25℃下搅拌30min,然后升温至70℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为90℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为65％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至150目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到70℃反应4h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为50℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为80℃糊化35min，然后降温至60℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应2h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤2次后于温度为50℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离12小时，去除均聚物后于温度为60℃下干燥，粉碎；
本实施例中，所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1。
将上述实施例的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡，经冲刷后土体结构基本完整，表面冲沟发育不明显，冲蚀量较少，为0.5-3％；而未采用防护措施的软岩表面冲烛破坏现象明显，冲沟发育，冲刷率高达70.2％。
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 (2)

1.一种用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，其特征在于：所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂30-40份、三聚氰胺10-20份、改性羧甲基纤维素钠5-15份、玉米秸秆5-10份、聚丙烯酸5-10份、木质素磺酸钠4-8份、聚乙醇胺4-8份、聚氧化乙烯4-8份、聚醋酸乙烯酯2-6份、聚天冬门酸2-6份、硫酸铵1-3份、固化助剂1-3份；所述固化助剂为马来酸、氟化钠、和硫酸氢钾的混合物，按重量比马来酸：氟化钠：硫酸氢钾＝3：2：1；
所述复合树脂为环氧树脂和脲醛树脂的混合物，按重量比环氧树脂：脲醛树脂＝3：1；
所述改性羧甲基纤维素钠通过下述方式制备：
(1)将异丙醇和烧碱溶解于水中，冷却至20℃以下后加入纤维素，在温度为20-30℃下搅拌1小时；
(2)将氯乙酸异丙酯与异丙醇混合冷却至室温后与步骤(1)中的产物混合，在温度为20-30℃下搅拌30min,然后升温至65-75℃反应2小时，然后用乙酸中和烧碱，将反应物经离心分离除去异丙醇，通过洗涤去除副产物，最后在温度为80-100℃下干燥；
所述玉米秸秆通过下述方式处理：
a.将衣康酸溶于去离子水配制成浓度为20％的衣康酸水溶液，然后缓慢滴加浓度为20％的NaOH溶液得到中和度为55％～75％的衣康酸溶液后加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解；
b.将玉米秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎至100～200目，然后与N，N-二亚甲基甲酰胺混合后以40kHz、300W的超声预处理，然后加入植酸和尿素升温到50～90℃反应2～6h，将反应后的产物冷却至室温经过滤后于温度为45～55℃下烘干；
c.将步骤b中所得产物加热至温度为75～85℃糊化30～40min，然后降温至55～65℃与步骤a中的产物混合，然后加入浓度为20％的(NH4)2S2O8-NaHSO3聚合反应2～3h后将聚合物凝胶倒用乙醇沉淀，洗涤2～3次后于温度为40～60℃下干燥，然后用粉碎机粉碎，用丙酮在索氏抽提器中抽提分离8～16小时，去除均聚物后于温度为50～70℃下干燥，粉碎。
2.根据权利要求1所述的用于加固高寒地区公路粉沙土边坡的防护材料，其特征在于：所述防护材料原料按重量份包括以下组分：复合树脂35份、三聚氰胺15份、改性羧甲基纤维素钠10份、玉米秸秆7份、聚丙烯酸7份、聚乙醇胺6份、聚氧化乙烯6份、木质素磺酸钠6份、聚醋酸乙烯酯4份、聚天冬门酸4份、硫酸铵2份、固化助剂2份。
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