CN111662721A - 一种土壤结构稳定剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤结构稳定剂及其制备方法，属于土壤调理技术领域。本发明的土壤结构稳定剂，包括以下重量百分比的组分：粘合剂30％～50％、固化剂30％～50％、离子交换剂5％～30％。本发明的土壤结构稳定剂可以改变土石边坡的土壤结构，提高土壤力学强度、水稳定性、抗冲刷性、抗风蚀等性能，同时对植被的生长的影响较小。

Description

一种土壤结构稳定剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种土壤结构稳定剂及其制备方法，属于土壤调理技术领域。

背景技术

客土喷播技术是近年来兴起的一种边坡复绿技术，通过喷播机将各种基质和植物种子喷射到坡面上形成植被层，可以对边坡的稳定起到有效的保护，从而达到快速重建植被生态系统和生物护坡的目的。但客土喷播技术对边坡坡度要求较高，对于坡度大于45°的边坡，施工后客土层脱落现象严重，难以在边坡表面长期稳定存在。为了使喷播基质能较好的黏贴在坡面上，土壤稳定剂(固化剂)作为土壤稳定材料，开始在喷播基质中大量使用。传统的土壤稳定剂(固化剂)能够直接胶结土壤颗粒表面或与粘土矿物质反应生成胶凝物质，从而增加喷播基质的粘性，增加基质的强度和稳定性，并形成有效的抗水能力，有利于解决喷播后客土层不稳定或脱落的问题，但用量过多使土壤容易板结，进而影响植物生长。

随着喷播技术水平和要求的不断提高，对土壤稳定剂的要求也不断提高，因此，开发可以改变土壤的物理结构，提高土壤力学强度、水稳定性、抗冲刷性、抗风蚀性等性能，同时不影响植被生长的土壤结构稳定剂具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤结构稳定剂，该土壤结构稳定剂性能较好并且对植被生长影响较小。

本发明的目的还在于提供一种上述土壤结构稳定剂的制备方法，该制备方法利于工业化的生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种土壤结构稳定剂，包括以下重量百分比的组分：粘合剂30％～50％、固化剂30％～50％、离子交换剂5％～30％。

本发明的土壤结构稳定剂可以改变土壤的物理结构，提高土壤力学强度、水稳定性、抗冲刷性、抗风蚀性等性能，同时对植被的生长的影响较小，可以满足市场对于土壤结构稳定剂的要求。

上述粘合剂为改性淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的至少一种。粘合剂作为稳定剂的主要成分之一，具有增强土壤凝聚力、完善土壤结构的作用。

上述固化剂为高聚物类固化剂。固化剂作为稳定剂的另外一种主要成分，具有提高土壤颗粒的水稳定性、强度和抗冲刷性能的作用。

所述高聚物类固化剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯中的至少一种。上述高聚物具有较好的效果。

上述离子交换剂为沸石、膨润土、蛭石中的至少一种。离子交换剂在稳定剂中具有提高土壤离子交换率、增加土壤中阳离子的作用。

上述土壤结构稳定剂的制备方法所采用的技术方案包括以下步骤：

1)将粘合剂和固化剂混合均匀；

2)将混合后的粘合剂和固化剂加热至50～80℃并保温2～4h，得半成品；

3)将所得半成品、离子交换剂混合，得混合物；

4)将所得混合物进行干燥，然后粉碎过筛，得土壤结构稳定剂。

本发明的土壤结构稳定剂的制备过程简单，所用原材料价廉易得；原材料中的固化剂可以与土壤形成稳定的团粒结构，粘合剂可以快速分离出土壤中多余的水分，保持土壤团粒结构的稳定性，提供抗冲刷和侵蚀能力；本发明的土壤结构稳定剂易于工业化生产，可用于各种形式的边坡复绿、矿山生态修复、高盐碱地植被恢复等领域，可以广泛推广。

具体实施方式

一种土壤结构稳定剂，包括以下重量百分比的组分：粘合剂30％～50％、固化剂30％～50％、离子交换剂5％～30％。

上述粘合剂为改性淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的至少一种。其中羧甲基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的结构式分别如式(1)～(3)所示。

上述固化剂为高聚物类固化剂，所述高聚物类固化剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯中的至少一种。其中聚丙烯酸和聚醋酸乙烯酯的分子式如(4)～(5)所示。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

土壤结构稳定剂的实施例1

本实施例的土壤结构稳定剂，由以下重量百分比的组分组成：粘合剂44％、固化剂44％、离子交换剂12％。其中粘合剂为聚丙烯酰胺，固化剂为聚醋酸乙烯酯，离子交换剂为沸石。

土壤结构稳定剂的实施例2

本实施例的土壤结构稳定剂，由以下重量百分比的组分组成：粘合剂36％、固化剂36％、离子交换剂28％。其中粘合剂为羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺的混合物，二者质量比为1:1，固化剂为聚氨酯，离子交换剂为蛭石。

土壤结构稳定剂的实施例3

本实施例的土壤结构稳定剂，由以下重量百分比的组分组成：粘合剂47％、固化剂47％、离子交换剂6％。其中粘合剂为聚乙烯醇，固化剂为聚醋酸乙烯酯，离子交换剂为膨润土。

在本发明的其他实施例中，土壤结构稳定剂的各组分的质量百分比在以下范围内进行调整：粘合剂30％～50％、固化剂30％～50％、离子交换剂5％～30％，同样具有较好的效果。

土壤结构稳定剂的制备方法的实施例1

本实施例为土壤结构稳定剂的实施例1的制备方法，包括以下步骤：

1)预混：将粘合剂和固化剂混合均匀；

2)反应成型：将混合后的粘合剂和固化剂加热至50℃并保温4h，得半成品；

3)破碎混合：将所得半成品、离子交换剂混合，得混合物；

4)干燥过筛：将步骤3)所得混合物进行干燥，然后粉碎过100目筛，得土壤结构稳定剂。

土壤结构稳定剂的制备方法的实施例2

本实施例为土壤结构稳定剂的实施例2的制备方法，包括以下步骤：

1)预混：将粘合剂和固化剂混合均匀；

2)反应成型：将混合后的粘合剂和固化剂加热至70℃并保温3h，得半成品；

3)破碎混合：将所得半成品、离子交换剂混合，得混合物；

4)干燥过筛：将步骤3)所得混合物进行干燥，然后粉碎过150目筛，得土壤结构稳定剂。

土壤结构稳定剂的制备方法的实施例3

本实施例为土壤结构稳定剂的实施例3的制备方法，包括以下步骤：

1)预混：将粘合剂和固化剂混合均匀；

2)反应成型：将混合后的粘合剂和固化剂加热至80℃并保温2h，得半成品；

3)破碎混合：将所得半成品、离子交换剂混合，得混合物；

4)干燥过筛：将步骤3)所得混合物进行干燥，然后粉碎过200目筛，得土壤结构稳定剂。

上述土壤结构稳定剂的制备方法的实施例1～3中步骤3)中所述混合在混合破碎系统中进行，所述混合破碎系统设置有破碎装置和机械搅拌装置。

试验例1

将本发明的土壤结构稳定剂的实施例的1～3的土壤结构稳定剂与土壤混合均匀，所用土壤为普通农田中的表层土壤，土壤结构稳定剂的添加量为土壤质量的0.1％，放置1h，然后对土壤的粘结力和紧实度进行测试，并测定土壤的容重和pH值。并以未添加土壤结构稳定剂的土壤作为空白对照组。

土壤粘结力采用微型粘结力测试仪测定，具体测试方法为：先将地表喷湿，使地表充分湿润，然后将粘结力仪的叶轮垂直插入土壤，顺时针扭动粘结力仪，当扭矩足够大且达到土壤最大抗剪强度时，土壤开始转动，此时粘结力仪刻度盘上的数值即为土壤粘结力。土壤紧实度采用土壤紧实度测定仪测定，具体测试方法为：先将欲测量的土壤表面整平，然后将土壤紧实度测定仪测量杆均匀地慢速插入土壤至要求的深度，此时仪器上显示的数值即为土壤紧实度。所有样品的土壤粘结力和土壤紧实度均反复测量5次取其平均值。土壤容重采用环刀法测试；测定土壤的pH时土水比按照1:1进行稀释后测试，5次重复取平均值。测试结果如表1所示。

表1土壤测试结果

由表1可知，本发明的土壤结构稳定剂使土壤的粘结力和紧实度均得到提高。同时对土壤的容重和pH值影响不大，不会对植物生长和根系发育造成不良影响。

试验例2

对本发明的土壤结构稳定剂的实施例的1～3的土壤结构稳定剂进行稳定时间测试。将土壤和水按照体积比为1:1的比例混合后形成泥浆，然后在泥浆中加入土壤结构稳定剂的实施例1～3的土壤结构稳定剂，添加量为土壤质量的0.1％。并以未添加土壤结构稳定剂的泥浆作为空白对照组。然后将泥浆喷播到不同坡度的斜面上，喷播厚度为8cm，当坡面上的泥浆不再随时间的推移而产生位移或滑落即为稳定状态，记录下达到稳定状态所用的时间和滑落的距离。不同实施例的土壤结构稳定剂在不同坡面上达到稳定状态所用的时间和位移如表2所示。

表2土壤稳定性测试结果

由表2可知，本发明的土壤结构稳定剂具有较好的稳定作用。

试验例3

对使用本发明的土壤结构稳定剂的实施例的1～3的土壤进行抗侵蚀能力测试。将土壤和水按照体积比为3:1的比例混合后形成喷播土壤泥浆，然后在喷播土壤中加入的土壤结构稳定剂的实施例1～3的土壤结构稳定剂，添加量为土壤质量的0.1％。并以未添加土壤结构稳定剂的泥浆作为空白对照组。然后将泥浆喷播到相同的60°坡度的室外斜面上，喷播厚度为8cm，喷播面积S为10m²，并根据含水量计算出喷播斜面的土壤干重m₁，在室外裸露的自然条件情况下，经过一年后收集斜面剩余土壤，烘干称重得出剩余土壤干重m₂，由以下公式计算得出土壤流失率，确定土壤抗侵蚀能力。

土壤流失率A＝(m₁-m₂)/S

土壤流失率A的数值越小，表明土壤抗侵蚀能力越强。

表3土壤抗侵蚀能力测试结果

样品	土壤流失率kg/(m<sup>2</sup>·年)
		空白对照组	108
实施例1	67
		实施例2	62
实施例3	54

由表3可知，本发明的土壤结构稳定剂在不种植植物的情况下，可以使土壤具有较好的抗侵蚀能力；在种植植物后，土壤的抗侵蚀能力会更强。

试验例4

在使用本发明的土壤结构稳定剂的实施例1～3的稳定剂的土壤基质上分别播种(土壤基质中土壤结构稳定剂的添加量为土壤质量的0.1％)，并以未使用土壤结构稳定剂的土壤基质为空白对照组，计算植物种子的发芽率。种子为高羊茅、苜蓿、狗牙根等混合草种(草种购自江苏绿友种业有限公司)，种植面积为40cm×40cm，种植密度为2500个/m²，统计方法如下：从播种后的次日开始逐日对各组发芽的植物数量进行统计，直至植物发芽数量趋于稳定，统计各组的发芽率。出芽3个月后，按照现有技术测定不同处理的植株地上部分的生物量。统计结果如表4所示。

表4种子发芽实验结果

由表4可知，本发明的土壤稳定剂对植被生长的影响较小。

Claims (6)

1.一种土壤结构稳定剂，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：粘合剂30％～50％、固化剂30％～50％、离子交换剂5％～30％。

2.根据权利要求1所述的土壤结构稳定剂，其特征在于，所述粘合剂为改性淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的土壤结构稳定剂，其特征在于，所述固化剂为高聚物类固化剂。

4.根据权利要求3所述的土壤结构稳定剂，其特征在于，所述高聚物类固化剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的土壤结构稳定剂，其特征在于，所述离子交换剂为沸石、膨润土、蛭石中的一种或几种的组合。

6.一种如权利要求1所述的土壤结构稳定剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将粘合剂和固化剂混合均匀；

2)将混合后的粘合剂和固化剂加热至50～80℃并保温2～4h，得半成品；

3)将所得半成品、离子交换剂混合，得混合物；

4)将所得混合物进行干燥，然后粉碎过筛，得土壤结构稳定剂。