CN111574842B - 道路边坡植物碎屑成型防护结构 - Google Patents

道路边坡植物碎屑成型防护结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种道路边坡植物碎屑成型防护结构，包括植物碎屑防护层，所述植物碎屑防护层由以下步骤制备而成：(1)将植物碎屑、胶粘剂、成膜剂、第一发泡剂和水均匀混合后铺设成层状，置于800‑1000W的功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层；(2)将菌糠、第二发泡剂和水均匀混合后铺设在所述植物碎屑发泡层的上方，置于200‑300w的功率条件下进行二次微波发泡成型，在所述植物碎屑发泡层上方形成菌糠发泡层，得到所述植物植物碎屑防护层。本发明中两层发泡结构在不同温度条件下进行微波成型，使得植物碎屑防护层在起到防护功能同时还可为植物长期生长提供营养。

Description

道路边坡植物碎屑成型防护结构
技术领域
本发明属于道路边坡生态防护技术领域，具体涉及一种道路边坡植物碎屑成型防护结构。
背景技术
交通基础建设的大规模发展过程中，会在一定程度上破坏原地面形态，加剧地表坡面的水土流失，为缓解道路建设对环境的破坏，改善基础建设形成的路侧边坡，现有技术出现了多种针对公路边坡的防护技术。近年来，从土壤保护和修复角度考虑，边坡生态防护技术在道路工程创面治理中逐渐得到了推行，其主要是利用植物与工程措施或非活性的植物材料相结合，提高边坡的稳定程度，减缓土壤的水力风力侵蚀危害。其中，植物纤维毯作为生态防护技术新型的覆盖物，以其良好的生态效益和低廉的施工成本，在国内外得到了广泛的关注，如现有技术中，中国专利文献CN108901648A公开了一种生态草毯，该草毯包括上定型网、天然植物纤维层和下定型网，其中所述上定型网、天然植物纤维层和下定型网依次层叠，由缝合线缝制在一起，且上定型网、下定型网均采用可降解材料制成。该生态草毯铺设于土质边坡及植物种子的上方，可有效防止边坡的破坏及水土流失，起到绿化与防护的功能。
现有技术中的植物纤维毯主要采用剑麻毯、黄麻毯、椰棕毯、秸秆草毯，以及竹纤维毯等多层或单层织编植物纤维毯结构。这些植物纤维毯均具有价格低廉、对环境友好的优点。但单一的植物纤维毯存在的问题在于：植物纤维毯铺设于边坡上，并不能提供植物生长所需要的足够营养，需要额外喷洒营养剂或者铺设营养土层，且虽然铺设了植物纤维毯的边坡相比于裸露土质边坡可在一定程度上减少水土的流失，但在大量雨水的冲刷下，位于植物纤维毯下方的土壤及其中的营养物质仍旧容易随水流失。如不定期施加营养物质，土壤本身的肥力很难维持植物的长期存活，尤其是灌木类或观赏性植物的长期存活，这使得植物纤维毯只能在边坡防护的初期阶段，用于供养草本类植物的存活；而当边坡自然过渡到更加能保持水土的灌木类植物或者人工在边坡上种植灌木类、观赏性植物时，则无法再满足植物的生长需求。并且，植物纤维毯本身并不具备蓄水功能，在少雨的季节，其水分流失后则需要定期进行人工灌溉，这无疑增加了边坡的维护成本。
发明内容
本发明解决的是现有技术中的植物纤维毯不能提供植物生长所需要的足够营养，难以满足植物长期存活且蓄水功能差、无法有效解决水土流失的技术问题，进而提供一种造价低廉、施工简单、能够维持植物长期存活的道路边坡植物碎屑成型防护结构。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
道路边坡植物碎屑成型防护结构，包括植物碎屑防护层，所述植物碎屑防护层由以下步骤制备而成：(1)将50-70重量份的植物碎屑、2-5重量份的胶粘剂、2-4重量份的成膜剂、2-7重量份的第一发泡剂和20-30重量份的水均匀混合后铺设成层状，置于800-1000W的功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层；其中，所述植物碎屑为树皮碎屑和椰丝纤维的混合物，所述植物碎屑中树皮碎屑和椰丝纤维的比例以重量计为(2-3):1；所述第一发泡剂为偶氮二甲酰胺发泡剂和碳酸氢钠的混合物；(2)将菌糠、第二发泡剂和水均匀混合后铺设在所述植物碎屑发泡层的上方，置于200-300w的功率条件下进行二次微波发泡成型，在所述植物碎屑发泡层上方形成菌糠发泡层，得到所述植物植物碎屑防护层；所述防护结构还包括用于将所述植物碎屑防护层固定安装在道路边坡上固定装置；当安装在所述道路边坡上时，所述植物碎屑防护层的菌糠发泡层贴合所述边坡的坡面设置。
步骤(1)中，先将胶粘剂、成膜剂与水置于模具中混合，搅拌制成混合液；再将第一发泡剂和植物碎屑依次添加到所述混合液模具中搅拌均匀，迅速置于800-1000W的功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层。
所述第一发泡剂中，所述偶氮二甲酰胺发泡剂与所述碳酸氢钠的添加比例以重量计为1：(2-3)。
所述胶粘剂为淀粉；所述成膜剂为树脂成膜剂。
步骤(2)中，将12-25重量份的菌糠和6-12重量份的水混合置于模具中，覆在所述植物碎屑发泡层的上方，再加入1-2重量份的第二发泡剂并搅拌均匀，置于400-600w的功率条件下进行二次微波发泡成型。
所述第二发泡剂为碳酸氢胺与偶氮二甲酰胺发泡剂的混合物。
所述第二发泡剂中碳酸氢胺与偶氮二甲酰胺发泡剂的重量比为1：(2-3)。
步骤(1)中进行一次微波发泡成型的微波加热时间为6-10分钟；步骤(2)中进行二次微波发泡成型的微波加热时间为6-8分钟。
步骤(1)中，将特定重量份的植物碎屑、胶粘剂、成膜剂、第一发泡剂和水均匀混合后铺设成厚度为8-10cm的层状，置于800-1000W的功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层。
步骤(2)中，将菌糠、第二发泡剂和水均匀混合后铺设在所述植物碎屑发泡层的上方，铺设厚度为2-3cm。
本发明所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，优点在于：
本发明所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，具有微波发泡制成的双层结构，其中第一层结构植物碎屑发泡层中具有树皮碎屑和椰丝纤维的混合物，这两种植物纤维相配合，可有效提高发泡层的强度，微波加热后形成的发泡层的内部具有孔隙结构，使得发泡层可储存一定的水分，起到保水的作用，从而提供植物生长所需的水分。第二层含有菌糠的发泡层在使用时直接与边坡的坡面接触，其中的菌糠含有氨基酸、多糖及微量元素，可提供植物生长所需的营养，满足植物的长期生长需求。本发明中两层发泡结构在不同温度条件下进行微波成型，其中植物碎屑发泡层在高功率条件下进行微波加热，可提高发泡层的发泡速度和发泡倍率，提高发泡层的孔隙率；第二层含有菌糠的发泡层在低功率下进行发泡，待发泡成型后即粘贴在所述构植物碎屑发泡层上，使得两层之间形成稳定连接，形成一个整体的防护结构层。低功率微波成型一方面可降低发泡温度，从而防止菌糠中的营养成分在高温下发生分解、碳化，避免营养物质的流失；另一方面也可避免植物碎屑发泡层在二次发泡过程中过度失水，导致坍塌、脆性过大的情况出现。
本发明所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，成分中的植物碎屑、胶粘剂、菌糠均为可降解物质，长期使用后大部分物质均自然降解，与边坡土壤融为一体，从而降低对环境的影响。
本发明所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，优选第一层结构植物碎屑发泡层中采用的发泡剂为碳酸氢钠与ADC发泡剂的混合物，第二层含有菌糠的发泡层中的发泡剂采用碳酸氢胺与ADC发泡剂的混合物，优点在于添加碳酸氢钠的ADC发泡剂在高功率下具有较高的发泡倍率，提高发泡层的孔隙结构；添加碳酸氢胺的ADC发泡剂在低功率条件下具有更好的发泡均匀性，可防止发泡层密度不均匀的情况发生。
为了使本发明所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构的技术方案更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步的说明。
具体实施方式
在以下实施方式中，每1重量份代表200g。
植物碎屑防护层的制备
实施例1
本实施方式提供了一种植物碎屑防护层，所述植物碎屑防护层的制备方法包括以下步骤：
(1)采用聚丙烯塑料制成的盘状容器作为模具，将2重量份的胶粘剂、2重量份的成膜剂、20重量份的水置于模具中并搅拌混合，然后在搅拌状态下再向模具中依次加入2重量份的第一发泡剂和50重量份的植物碎屑，搅拌均匀后铺设成厚度为8cm的混合材料层，然后迅速将模具置于微波装置中，在800W的功率条件下加热8分钟进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层。本实施例中所述植物碎屑为树皮碎屑和椰丝纤维的混合物，所述植物碎屑中树皮碎屑和椰丝纤维的比例以重量计为2:1，所述树皮碎屑的粒径范围为1.5-2mm；所述椰丝纤维的长度为3-6mm。所述胶粘剂采用植物淀粉，成膜剂采用丙烯酸树脂成膜剂，所述第一发泡剂为偶氮二甲酰胺发泡剂与碳酸氢钠固体的混合物，所述偶氮二甲酰胺发泡剂与所述碳酸氢钠的添加比例以重量计为1：2，其中所述碳酸氢钠固体的重量以NaHCO3计。
(2)将12重量份的菌糠、1重量份的第二发泡剂和6重量份的水混合并搅拌均匀后再加入到模具中，覆在所述植物碎屑发泡层的上方，铺设成厚度为2cm的混合材料层，再迅速将模具置于200w的功率条件下加热6分钟进行二次微波发泡成型，在所述植物碎屑发泡层上方形成菌糠发泡层，所述菌糠发泡层粘结在所述植物碎屑发泡层上。本实施例中所述第二发泡剂为碳酸氢胺固体与偶氮二甲酰胺发泡剂的混合物，其中所述第二发泡剂中碳酸氢胺固体与偶氮二甲酰胺发泡剂的重量比为1：2，所述碳酸氢胺固体的重量以NH4HCO3计。
本实施方式制备得到的植物碎屑防护层，所述植物碎屑发泡层在一次微波发泡成型过程中的发泡倍率为1.27，即微波发泡后形成的所述植物碎屑发泡层的厚度为原混合材料厚度的1.27倍。所述菌糠发泡层在二次微波发泡成型过程中的发泡倍率为1.21，本实施方式二次微波发泡采用低功率发泡，在二次发泡过程中所述植物碎屑发泡层的厚度基本不发生变化。
实施例2
本实施方式提供了一种植物碎屑防护层，其制备方法包括以下步骤：
(1)采用聚丙烯塑料制成的盘状容器作为模具，将5重量份的胶粘剂、4重量份的成膜剂、30重量份的水置于模具中并搅拌混合，然后在搅拌状态下再向模具中依次加入7重量份的第一发泡剂和70重量份的植物碎屑，搅拌均匀后铺设成厚度为10cm的混合材料层，然后迅速将模具置于微波装置中，在1000W的功率条件下加热8分钟进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层。本实施例中所述植物碎屑为树皮碎屑和椰丝纤维的混合物，所述植物碎屑中树皮碎屑和椰丝纤维的比例以重量计为3:1，所述树皮碎屑的粒径范围为1.5-2mm；所述椰丝纤维的长度为3-6mm。所述胶粘剂采用植物淀粉，成膜剂采用丙烯酸树脂成膜剂，所述第一发泡剂为偶氮二甲酰胺发泡剂与碳酸氢钠固体的混合物，所述偶氮二甲酰胺发泡剂与所述碳酸氢钠的添加比例以重量计为1：3，其中所述碳酸氢钠固体的重量以NaHCO3计。
(2)将25重量份的菌糠、2重量份的第二发泡剂和12重量份的水混合并搅拌均匀后再加入到模具中，覆在所述植物碎屑发泡层的上方，铺设成厚度为3cm的混合材料层，再迅速将模具置于600w的功率条件下加热6分钟进行二次微波发泡成型，在所述植物碎屑发泡层上方形成菌糠发泡层，所述菌糠发泡层粘结在所述植物碎屑发泡层上。本实施例中所述第二发泡剂为碳酸氢胺固体与偶氮二甲酰胺发泡剂的混合物，其中所述第二发泡剂中碳酸氢胺固体与偶氮二甲酰胺发泡剂的重量比为1：2，所述碳酸氢胺固体的重量以NH4HCO3计。
本实施方式制备得到的植物碎屑防护层，所述植物碎屑发泡层在一次微波发泡成型过程中的发泡倍率为1.35，即微波发泡后形成的所述植物碎屑发泡层的厚度为原混合材料厚度的1.35倍。所述菌糠发泡层在二次微波发泡成型过程中的发泡倍率为1.28，本实施方式二次微波发泡采用低功率发泡，在二次发泡过程中所述植物碎屑发泡层的厚度基本不发生变化。
道路边坡植物碎屑成型防护结构
将实施例1或实施例2中制备得到的植物碎屑防护层固定铺设在道路边坡上，即得到所述道路边坡植物碎屑成型防护结构。所述防护结构还包括固定装置，本实施方式中所述固定装置采用木制的固定桩，所述固定桩贯穿所述植物碎屑防护层并插入至所述道路边坡中，形成稳定固定。当安装在所述道路边坡上时，所述植物碎屑防护层的菌糠发泡层贴合所述边坡的坡面设置。
实验例
实验例一拉伸试验
试验方法采用国标GB/T15788-2017中规定的土工合成材料宽条拉伸试验方法，进行拉伸试验时选取的实施例1和实施例2中制备得到的植物碎屑防护层作为样品，样品为长和宽均为100mm的正方形样品，实验时采用的伸长速率定为20mm/min。试验结果表明，实施例1和实施例2中制备得到的植物碎屑防护层的横向/纵向拉伸强度均大于0.9kN/m，证明本实施方式得到的植物碎屑防护层具有较大的强度，用作植物碎屑成型防护结构时不易断裂，符合边坡防护结构对于强度的要求。
实施例二降解试验
利用土埋法对所述植物碎屑防护层的降解性能进行测试，将长和宽均为100mm的正方形样品埋置于土壤中进行为期一年的降解试验，试验结果表明，实施例1中的所述植物碎屑防护层的菌糠发泡层的降解率为84％，植物碎屑发泡层的降解率为43％。实施例2中的所述植物碎屑防护层的菌糠发泡层的降解率为89％，植物碎屑发泡层的降解率为51％。菌糠发泡层降解速率高，快速降解后有利于为植物生长提供营养物质。植物碎屑发泡层降解速率低，有利于长期在边坡表面形成覆盖，为边坡提供蓄水和防护功能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，包括植物碎屑防护层，所述植物碎屑防护层由以下步骤制备而成：
（1）将50-70重量份的植物碎屑、2-5重量份的胶粘剂、2-4重量份的成膜剂、2-7重量份的第一发泡剂和20-30重量份的水均匀混合后铺设成层状，置于800-1000W的功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层；其中，所述植物碎屑为树皮碎屑和椰丝纤维的混合物，所述植物碎屑中树皮碎屑和椰丝纤维的比例以重量计为（2-3）:1；所述第一发泡剂为偶氮二甲酰胺发泡剂和碳酸氢钠的混合物；
（2）将12-25重量份的菌糠和6-12重量份的水混合置于模具中，覆在所述植物碎屑发泡层的上方，再加入1-2重量份的第二发泡剂并搅拌均匀，置于200-300w的功率条件下进行二次微波发泡成型，在所述植物碎屑发泡层上方形成菌糠发泡层，得到所述植物植物碎屑防护层；所述第二发泡剂为碳酸氢胺与偶氮二甲酰胺发泡剂的混合物，所述第二发泡剂中碳酸氢胺与偶氮二甲酰胺发泡剂的重量比为 1：（2-3）；
所述防护结构还包括用于将所述植物碎屑防护层固定安装在道路边坡上固定装置；当安装在所述道路边坡上时，所述植物碎屑防护层的菌糠发泡层贴合所述边坡的坡面设置。
2.根据权利要求 1 所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，步骤（1）中，先将胶粘剂、成膜剂与水置于模具中混合，搅拌制成混合液；再将第一发泡剂和植物碎屑依次添加到所述混合液模具中搅拌均匀，迅速置于800-1000W功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，所述第一发泡剂中，所述偶氮二甲酰胺发泡剂与所述碳酸氢钠的添加比例以重量计为1：（2-3）。
4.根据权利要求3所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，所述胶粘剂为淀粉；所述成膜剂为树脂成膜剂。
5.根据权利要求4 所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，步骤（1）中进行一次微波发泡成型的微波加热时间为6-10分钟；步骤（2）中进行二次微波发泡成型的微波加热时间为6-8分钟。
6.根据权利要求5所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，步骤（1）中，将特定重量份的植物碎屑、胶粘剂、成膜剂、第一发泡剂和水均匀混合后铺设成厚度为 8-10cm 的层状，置于800-1000W的功率条件下进行一次微波发泡成型，得到植物碎屑发泡层。
7.根据权利要求6所述的道路边坡植物碎屑成型防护结构，其特征在于，步骤（2）中，将菌糠、第二发泡剂和水均匀混合后铺设在所述植物碎屑发泡层的上方，铺设厚度为2-3cm。
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