CN1766237A - 硅酸钠水溶液作为固沙剂的用途及其固沙方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅酸钠水溶液作为固沙剂的用途以及使用硅酸钠水溶液作为固沙剂的固沙方法，该方法是在硅酸钠水溶液中加入硬化剂并搅拌均匀，然后将其喷洒于沙表面，然后固化。与已有技术相比，本发明的固沙剂硅酸钠水溶液价格低，原料来源广泛，污染小，固沙操作方便，而且可以通过调整硬化剂的种类、硅酸钠水溶液的浓度来控制固化的时间和固化的程度。

Description

硅酸钠水溶液作为固沙剂的用途及其固沙方法

技术领域

本发明涉及防沙治沙领域，特别是涉及硅酸钠水溶液(俗称水玻璃)作为固沙剂的用途及固沙方法。

背景技术

我国是世界上沙漠、沙地、沙化土地分布最多、风沙危害最严重的国家之一。目前，我国有沙漠50万平方公里，戈壁54.3万平方公里，。这些沙漠沙地当中，有流沙面积44.9万平方公里，另有沙化土地(截止1990年底)32.8万平方公里。虽经几十年防沙治沙，取得了巨大成就，但至今未能遏制住沙化的发展。从50年代到70年代每年扩展1560平方公里，80年代扩展2100平方公里，90年代扩展2460平方公里，土地沙化还在迅速蔓延，形势十分严峻。

目前国内外防沙治沙方法可概括为：“工程治理”和“植物治理”二大类。工程治理，主要包括沙障固沙、水力治沙、风力治沙、化学固沙四种措施。沙障固沙，顾名思义就是用障碍物固定流沙，它也称为机械沙障固沙，它的作用原理就是采用柴、草、树枝、粘土、卵石、板条等材料，在沙面上设置各种形式的障碍物，达到防风阻沙，固沙等目的。其优点是立即奏效，但成本高、工程量大，不能长期保存。水力治沙主要是引水拉沙，是以水为动力，按照需要使沙子转移，消除沙害。风力治沙技术，是以风为动力，人为地干扰控制风沙的蚀积搬运，变害为利的一种治沙方法。因沙漠地区严重缺水，风力难以控制，故水力和风力治沙在现实中难以实现。化学固沙是一项新技术，近几年发展很快，它通常是利用稀释了的具有一定胶结性的化学物质喷洒于流沙表面，水分迅速渗到沙层以下，而化学胶结物质则滞留于一定厚度，就是1-5毫米的沙层间隙中，将单粒沙子胶结成一层保护壳，以此隔开气流与沙面的直接接触。我国主要试验沥青乳液和沥青化合物固沙。但沥青资源有限且有后期环境污染问题。南京林业大学研制了一种名为“工业木质素制备植被用可降解固沙材料”，该材料是利用造纸纸浆废液制备的，将其喷洒到流沙表面很快形成0.5-1厘米厚的沙结皮，从而起到固沙效果，该种固沙材料虽然是用纸浆废料制成，具有处理造纸污染与固沙治沙效果，但其原料来源有限，也难以满足大范围治沙所需。由于化学固沙成本通常比较昂贵，限制了在固沙治沙上的推广应用。植物治沙主要是封沙育林草、恢复沙地植被、飞播造林种草治沙，还有人工造林种草治沙等。植物治沙是根本的办法，但因缺水和流沙侵蚀掩埋以及植物生长缓慢等因素，植物治沙耗时耗资，赶不上沙化速度。

发明的内容

本发明的目的就是克服上述现有治沙方法所存在的技术缺陷或不足，提出一种原料价格便宜、来源广泛、污染小、使用方便的固沙剂。

本发明是采用硅酸钠水溶液作为固沙剂，将其喷洒在沙子的表面，硅酸钠水溶液从沙子表面渗入一定深度，待硅酸钠固化后就可以形成一个固化的沙层，该固化沙层隔离其下面的流动沙与风力的接触，起到固沙的作用。

硅酸钠水溶液是硅酸钠在水中以离子、分子和硅酸胶粒并存的分散体系，其在一定的条件下(如加热烘干、接触CO2气体、加入硅铁粉、β硅酸二钙、有机酯)硬化。硅酸钠水溶液的制备采用公知的方法。

利用硅酸钠水溶液作为固沙剂来实施固沙的方法包括：(1)在硅酸钠水溶液中加入硬化剂并搅拌均匀；(2)将混有硬化剂的硅酸钠水溶液喷洒在沙表面，然后固化。

与已有技术相比，本发明的固沙剂硅酸钠水溶液价格低，原料来源广泛，污染小，固沙操作方便。此外，本发明的固沙机理是用硬化剂使硅酸钠水溶液固化，从而可以通过调整硬化剂的种类、硅酸钠水溶液的浓度来控制固化的时间和固化的程度。

具体实施方式

本发明尤其是改变现有的化学固砂方式——它是利用稀释了的具有一定胶结性的化学物质喷洒于流沙表面，水分迅速渗到沙层以下，而化学胶结物质则滞留于一定厚度，就是1-5毫米的沙层间隙中，将单粒沙子胶结成一层保护壳，以此隔开气流与沙面的直接接触——而是在稀释了的具有一定粘结性的化学物质里加入一定量的相适应的硬化剂并使两者互溶形成一种能自行硬化的混合溶液，将该混合溶液喷洒到流沙表面，它能渗透多深便能固结多厚。这样做的优点是：对沙层表面固结层的厚度、强度和耐久性均能人为控制，需要厚实之处只需多喷洒一些固沙剂让其渗透深一些即达到增大固结层的厚度；如需固结层的强度高些，只需将粘接剂的浓度配制高一些即可达到；如需固结层耐久或不耐久只需通过调整改良固沙剂和硬化剂的性能即可达到。如果对固结层还有其他要求如保暖性或含有肥料性等均可通过调整改善固沙剂的性能来实现。

本发明的固沙剂体系包括固沙剂和硬化剂，固沙剂为硅酸钠水溶液(水玻璃)，采用硅沙制备而成，或者直接采用购买来的水玻璃(固体或液体)配制而成，根据酸碱固化原理，采用酸作为硬化剂，酸可以是有机酸也可以是无机酸，可以是无机酸盐或有机酯，凡是能水解生成酸根离子、金属离子和醇的物质均可作为本发明固沙剂的硬化剂。临施工时：将硅酸钠水溶液和配好的硬化剂混合均匀即可喷洒施工，其硬化速度可通过调整固化剂的浓度、加入量以及控制硅酸钠水溶液的浓度来实现，一般可使其在喷洒后半小时开始固结，固结层的厚度与喷洒液体的量相关，即喷洒量大渗透层厚即固结层厚，如一般厚度在3-10mm，固结层的强度也可以通过调整硅酸钠水溶液的浓度来实现，浓度高即强度高。

本发明固沙剂具有价格低廉环保，施工快速方便，固沙迅速耐久，固结后渗水性好且保湿性还好，无后期环境污染等特点，便于人工、机械或飞机喷洒，能迅速大面积固住流沙，有利于后期植物防治沙，利于植被生长等特点。因制备硅酸钠水溶液的原料主要是砂子(硅沙)，不仅来源广而且是以沙治沙，一举两得，因而能迅速推广。

本发明固沙剂也可用于城市基建施工和架桥修路施工等产生的浮沙土的固结，以防止扬尘对城市环境的污染。。

本发明具有如下优点：

1、原料来源广

该固沙剂的主要成分硅酸钠的原料就是硅沙，由于对固沙无特殊要求，完全可以采用沙漠的沙子作为原料来生产硅酸钠水溶液以做粘接剂。因此可以就地取材生产，达到用沙治沙，变废为宝。

2、渗水

由于该固沙剂粘稠度适中，喷洒到沙子表面自然渗透固结后，沙子间的间隙虽然有所减小，但仍有一定的间隙，故仍有一定的透气性和渗透性。试验表明，向固结好的沙表面浇水仍能产生很好的渗透，下小雨时观察，其对于水的渗透性也很好，无流淌现象。

3、保湿与吸湿性

由于该固沙剂里的含有大量的亲水基，使得喷洒该固沙剂固结后的沙地具有较好的保湿性。

在室外对比试验：人工铺设25平方米的沙地，厚约300毫米，一半喷洒该固沙剂，另一半未喷洒固沙剂，而喷洒同样重量的清水，在摄氏32度晴天阳光下观察，喷洒过该固沙剂的水份明显蒸发得慢，经过3周后分别在表层、深20毫米和深30毫米处取样测试水份，结果如下表。

喷洒本发明固沙剂沙地与未喷洒的沙地PH值与含水量测试结果

水玻璃：125g		PH值	起始重量		烘干重量(g)	含水量(g)	含水率(％)
								毛重(g)	净重(g)
			喷洒	表面						10	10.66	2.0	10.61	0.05	2.5
中层(2cm)	9-10	10.43			2.0	10.40	0.03	1.5
				下层(3cm)					6-7	9.88	2.0	9.81	0.07	3.5
未喷洒	表面	6-7			7.99	2.0	7.98	0.01							0.5
			中层(2cm)	6-7					9.61	2.0	9.59	0.02	1.0
	下层(3cm)	6-7			9.62	2.0	9.57	0.05						2.5

从表中数据证明其具有较好的保湿性；另外清晨观察，喷洒过该固沙剂的沙的表面其潮湿度明显超过未喷洒的沙面，证明其具有一定的吸湿性。

4固化速度、固化层厚度和强度可以人为控制

该固沙剂使用时和硬化剂溶液混合后，从开始混合到开始固结硬化的时间可以根据施工时限的需要，通过调整硅酸钠溶液的浓度和硬化剂的浓度人为任意调整，如可从5分钟到3个小时；固化层的厚度可根据需要通过加入该固沙剂的量的大小来控制，加入量大，渗透深则固化层深。该固沙剂的特点是能渗透多深则固结多深，一般厚度为3-10毫米；固化层的强度可通过调整硅酸钠溶液的浓度和固化剂的种类来实现

4、固结层保持时间长

室外试验已达90天之久，风吹雨淋仍完好。将固结试块经激冷激热试验，反复30次仍完好(实验条件为：摄氏40度的烘箱，零下20度的冰柜)。理论推断，硅酸钠固结后在空气中可长时间保持其强度与稳定性。

5环保：无色、无味、无毒性，对土壤污染小

该固沙剂的化学成分为硅酸钠水溶液，无色无味无毒性，显碱性，PH值一般为13-14，硬化剂水溶液显酸性，如PH值4-5，两种溶液混合喷洒到沙地后所固结的沙层的颜色可以为沙地原色，固结层呈碱性，但与固沙剂的相比有所降低，PH值一般从13-14降到10-11，如有要求碱性更低，可在后期于固化层表面喷洒如磷酸等之类的酸性水溶液中和其碱性，经试验可将PH值降到7-8，且对固结强度有增强趋势。对固结后经受70天时间，经受过20多次雨水浇灌后的实验沙地，在固化层表面取沙样测试其PH值为10，下10毫米处取砂样测试其PH值为9，下20毫米处取砂样测试其PH值为8，30毫米处PH值为6-7，与未喷洒该固沙剂的沙子的PH值6-7相同，证明该固化剂固结后其碱性迁移很小。

6不妨害植被生长

该固沙剂喷洒流沙表面后使流沙表层固结，从而使得流沙稳固，有利于后期种草栽树，还由于该固沙剂固结后的沙层具有较好的渗水性和保湿性，使得草籽易于发芽生长、树苗易于成活生长，且使得浇水施肥的效能增强。

试验：(1)在沙地表面先播种红豆和绿豆种，然后喷洒该固沙剂，一周后发芽，从未浇水，两种禾苗生长旺盛。

(2)在喷洒过该固沙剂固结后的沙地，在固结层上打洞播种红豆和绿豆，也同样能够很好发芽与生长。

(3)将该固沙剂喷洒到绿化草地的草上和菜地的萝卜苗上，经观察对绿草和萝卜苗的生长无影响。

7、便于施工

由于该固沙剂在和硬化剂混合后至开始固化时间(即可使用施工时间)可人为控制，从而能够实现人工喷洒、机械喷洒或飞机喷洒，并由于其无味无任何毒性，施工时无需任何防护，对喷洒工具只要求耐碱腐蚀即可。

8、便于保存

该固沙剂的粘接剂和硬化剂分别防止时刻长期保存，无需特殊防护。

9、价格低廉

用本固沙剂喷洒一平方米沙地仅需3公斤，平均固结层厚可达3-7毫米，其原料费用约一元人民币，一亩沙地仅需667元人民币的材料费用，一平方公里即100万元，如果以我国约50万平方公里的流沙面积全部用该固沙剂喷洒一遍来计算其材料费约为5千亿元人民币。随着用量增大，生成的增加，一定也可以使使用成本大大降低。

10、固沙剂的性能可根据需要调整

如果对固结层还有其他要求如保暖性或含有肥料性等均可通过调整改善固沙剂的性能来实现。如在固沙剂里加入适量的发泡剂，增加固结后的空隙率，能有效提高固结层的保温性；加入磷肥等化肥，可使得固结层有肥料性。

上述试验所用粘接剂为从市场购买的水玻璃，其模数为3.3，加50％的水稀释成水溶液，硬化剂为有机酯加50％水稀释而成，硬化剂加入量为粘接剂水溶液的5％。

上述参照具体实施方式对发明的描述只是说明性的，而不构成对它的限定。显然，在本发明的基础上可以对发明进行许多改进或变型，但并不脱离用硅酸钠水溶液作为固沙剂的本质。

Claims (3)

1、硅酸钠水溶液作为固沙剂的用途。

2、一种固沙方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在硅酸钠水溶液中加入硬化剂并搅拌均匀；

(2)将上述混有硬化剂的硅酸钠水溶液喷洒于沙表面，然后固化。

3、根据权利要求2的固沙方法，其特征在于，所述的硅酸钠水溶液中加有发泡剂。