一种砂土边坡固化材料及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种砂土边坡固化材料及其制备方法和使用方法，属于边坡固化材料技术领域。本发明专利技术以纳米二氧化硅溶液、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和硅酸钾为原料制备固化材料，制备工艺和施工工艺简单方便，不需额外添加外加剂及辅助设备。采用本发明专利技术的固化材料加固砂土边坡，增强了砂土边坡坡面的抗冲蚀能力，提高了砂土边坡在水流冲刷作用下的稳定性。此外，植物生长素的加入为植被发育起到了积极有效的作用，又适用于植被生长的新型固化材料。

A Sand Slope Solidification Material and Its Preparation Method and Application Method

The invention discloses a sand slope solidifying material and a preparation method and a use method, belonging to the technical field of slope solidifying material. The curing material is prepared by using nano-silica solution, hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol and potassium silicate as raw materials. The preparation process and construction process are simple and convenient, and no additional additives and auxiliary equipment are needed. The solidifying material of the invention is used to reinforce the sand slope, which enhances the anti-erosion ability of the slope surface of the sand slope, and improves the stability of the sand slope under the action of flow erosion. In addition, the addition of plant auxin has played an active and effective role in vegetation development, and is also suitable for new solidifying materials for vegetation growth.

【技术实现步骤摘要】
一种砂土边坡固化材料及其制备方法和使用方法
本专利技术涉及边坡固化材料
，具体涉及一种砂土边坡固化材料及其制备方法和使用方法。
技术介绍
土壤的生态环境问题包括水土流失、污染、沙化、生物多样性减少等，其中最主要的是水土流失问题。我国是世界上水土流失最严重的国家之一，全国水土流失面积达356万km2，占国土面积的37％。如果不对这些生态脆弱区的砂土边坡进行治理，尤其是对于边坡坡面的砂土体物质进行防护，那么造成的水土流失对于生态环境的危害和土地资源的损失将是巨大的。对于砂土边坡加固的传统技术主要有框格梁、喷护、三维网、护面墙等工程防护技术，通过在边坡上形成支护骨架，减缓了坡面水流速度，这些防护技术的目的是防止边坡在水流冲刷作用下整体失稳，并且工程应用较为广泛。但在工程实践中，对于坡面自愈能力差的砂土边坡，出现不少因坡面防护材料裸露，在水流冲刷作用下导致防护措施发生局部垮塌或破坏的现象。传统防护技术对于边坡的防治往往只考虑到整个坡体是否稳定而忽视了坡面的抗水流冲蚀能力，同时传统工程材料与砂土质坡面的刚性结合在长期裸露情况下会引起结构脱落。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种砂土边坡固化材料及其制备方法和使用方法，以解决现有边坡防护技术抗冲刷、抗侵蚀能力差且防护结构易脱落、稳定性差的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种砂土边坡固化材料，包括：按重量份计，浓度为10wt％～35wt％的纳米二氧化硅溶液10～40份、羟丙基甲基纤维素5～10份、聚乙烯醇20～30份和硅酸钾10～20份。本专利技术以纳米二氧硅、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和硅酸钾制备砂土边坡固化材料黏结性好，结合能力强，还具有优良的抗冲刷和抗侵蚀能力，能够与砂土稳固结合，稳定性好。本专利技术选择纳米二氧化硅作为主体颗粒材料，其无毒无害，颗粒粒径均匀，由于表面存在大量羟基，其表面活性很高且易于团聚，十分利于聚集形成的凝胶体，且形成的胶凝体比表面积大、吸附性高且渗透性好。纳米硅的分子式为SiO2-nH2O，颗粒晶核是二氧化硅的多聚体，但是由于二氧化硅纳米粒子本身体积极小，所包含的原子数很少、质量很小，其团聚后的胶凝体还不足以满足边坡加固。因此，本专利技术添加羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇，通过与纳米二氧化硅反应生成可扩展的立体网状结构从而加固砂土颗粒。本专利技术选择的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇具有长链结构，有利于立体网络结构的生成，且羟丙基甲基纤维素含有大量的羟基和氢键，其中羟基基团沿着纤维素分子链均匀分布，羟基上的氧原子与硅原子结合形成[-Si-O-Si-]n结构体，形成过程中产生的化学能使得羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇中的氢键被破坏，被破坏的氢键和纳米硅材料中游离出来的氢键形成新的共价氢键，破坏氢键效应越强，形成新的共价氢键的能力越快，从而[-Si-O-Si-]n结构体和共价氢键相互搭接形成新的长链结构，以此构件形成三维立体的网络结构，提高材料内部的胶凝能力以及与砂土的结合能力，进而表现出优良的抗冲刷和抗侵蚀能力。此外，由于破坏氢键的过程中也阻碍了一部分[-Si-O-Si-]n结构体的形成，因此加入硅酸钾，其分子式为K2O·nSiO2，能够补充损失的硅离子和氧离子，弥补[-Si-O-Si-]n结构体。本专利技术通过加入羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和硅酸钾对纳米二氧化硅材料进行改性，微观结构上形成具有黏结性的三维立体网状层，外观上表现为一种凝胶体，这种凝胶体具有良好的黏结性，起到固结和充填的作用，可以对砂土中的颗粒进行胶结和包裹。此外，在添加纳米二氧化硅材料时，本专利技术以溶液的形式加入使之具有一定的黏结能力，同时本专利技术将纳米二氧化硅溶液的浓度现在10wt％～35wt％的范围内，以获得黏结能力和流动性俱佳的品质，从而避免因浓度过低而导致黏结性能较差以及浓度过高而流动性较差的问题。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述纳米二氧化硅溶液的浓度为15wt％～25wt％。优选地，纳米二氧化硅溶液的浓度为20wt％进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述砂土边坡固化材料包括：按重量份计，纳米二氧化硅溶液15～35份、羟丙基甲基纤维素6～9份、聚乙烯醇22～28份和硅酸钾12～18份。优选地，所述砂土边坡固化材料包括：按重量份计，所述纳米二氧化硅溶液15～35份、羟丙基甲基纤维素7～8份、聚乙烯醇24～26份和硅酸钾14～16份。更优选地，所述砂土边坡固化材料包括：按重量份计，所述纳米二氧化硅溶液40份、羟丙基甲基纤维素5份、聚乙烯醇20份和硅酸钾20份。更优选地，所述砂土边坡固化材料包括：按重量份计，所述纳米二氧化硅溶液40份、羟丙基甲基纤维素10份、聚乙烯醇20份和硅酸钾15份。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述纳米二氧化硅溶液中的纳米二氧化硅的平均粒径为70nm～90nm；羟丙基甲基纤维素的羟丙氧基含量为8wt％～12wt％，甲氧基含量为20wt％～30wt％；聚乙烯醇的粘度为15mPa·s～17mPa·s，平均聚合度为1450～1650。本专利技术现对纳米二氧化硅、羟丙基甲基纤维素以及聚乙烯醇进行上述限定，其表现出更加优良的水解性能，易于反应，反应活性高。羟丙氧基含量为8wt％～12wt％、甲氧基含量为20wt％～30wt％的羟丙基甲基纤维素保水性好，水化反应迅速，羟基和氧基含量高，化学离子易充分结合。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述砂土边坡固化材料还包括：按重量份计的抗分散剂1～5份。优选地，抗分散剂为2-5份，更有选为5份。本本专利技术通过添加抗分散剂进一步提高固化材料的絮凝能力，增加颗粒的胶结性能。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述抗分散剂为聚丙烯酰胺。在制备过程中，抗分散剂聚丙烯酰胺以溶液的形式加入，其浓度为8wt％-12wt％，在这个浓度范围内的聚丙烯酰胺溶液其能够在满足流动性的前提下具有较高的粘度，具有优良的絮凝能力。本专利技术选择聚丙烯酰胺作为抗分散剂，其是低聚合度、非离子型、遇水即溶、胶结性好的高分子聚合物，对有水浸润和冲蚀下会立即散落的水敏性地层具有良好的絮凝效果，可以增强颗粒间的胶结性能，加入后可以提高改性纳米硅固化液的抗水冲刷和溶蚀能力。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述砂土边坡固化材料还包括：按重量份计的植物生长素3～10份。优选地，植物生长素为5-10份，更有选为10份。本专利技术在固化材料中加入植物生长素，有利于植物在边坡上生长，通过植被避免边坡水土流失，更加绿色环保。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述植物生长素为磷酸钙或磷酸钾。本专利技术选择磷酸钙作为植物生长素，能够植物生长提供所需的磷和钙元素。上述的砂土边坡固化材料的制备方法，包括：将纳米二氧化硅溶液、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和硅酸钾混合，得到砂土边坡固化材料。在混合时，羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和硅酸钾均以溶液的形式加入，以便于原料充分混合，利于反应进行。在具体制备过程中，羟丙基甲基纤维素溶液、聚乙烯醇溶液和硅酸钾溶液的浓度按照常规方法配制即可。本专利技术对其溶液的浓度也不做特别限制。上述的砂土边坡固化材料的使用方法，包括：将砂土边坡固化材料按照占砂土总质量10wt％～30wt％的加量加入至砂土中混合搅拌后静置，然后铺设在砂土边坡表面，铺设厚度为5cm～10cm。本专利技术具有以下有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砂土边坡固化材料，其特征在于，包括：按重量份计，浓度为10wt％～35wt％的纳米二氧化硅溶液10～40份、羟丙基甲基纤维素5～10份、聚乙烯醇20～30份和硅酸钾10～20份。

【技术特征摘要】
1.一种砂土边坡固化材料，其特征在于，包括：按重量份计，浓度为10wt％～35wt％的纳米二氧化硅溶液10～40份、羟丙基甲基纤维素5～10份、聚乙烯醇20～30份和硅酸钾10～20份。2.根据权利要求1所述的砂土边坡固化材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶液的浓度为15wt％～25wt％。3.根据权利要求1或2所述的砂土边坡固化材料，其特征在于，所述砂土边坡固化材料包括：按重量份计，所述纳米二氧化硅溶液15～35份、羟丙基甲基纤维素6～9份、聚乙烯醇22～28份和硅酸钾12～18份。4.根据权利要求1所述的砂土边坡固化材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶液中的纳米二氧化硅的平均粒径为70nm～90nm；所述羟丙基甲基纤维素的羟丙氧基含量为8wt％～12wt％，甲氧基含量为20wt％～30wt％；所述聚乙烯醇的粘度为15mPa·s～17mPa·s，平均聚合度为1450～16...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁进科，裴向军，徐岗，陈杰，叶长文，温继伟，陈礼仪，霍宇翔，王胜，李之军，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51