部分降解噴施固結復合材料的研究.pdf

1、黃河之害,源于泥沙。泥沙治理的關鍵在于其來源區(qū)的水土保持,正本清源則必須在泥沙來源區(qū)保持水、土、肥的基礎上形成良好的植被。在黃河中游泥沙來源區(qū)的泥沙治理和立體植被的恢復,對于緩解水土流失對黃河流域造成的壓力,改善日益惡化的生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)人與自然的和諧生存都具有重要的意義。
　　本文在國家自然科學基金“部分降解泥沙固結噴施復合材料及其作用機理的研究”(50772071)的資助下,旨在研制出一種新型的可部分降解的泥沙固結材料,既固結泥

2、沙又促進植被的生長,形成固結層固結泥沙防治泥沙流失與立體植被體系保水固土的有機交替,為治理黃河水土流失做前期的探索。
　　本論文的主要研究成果如下:
　　(1)首次構建了部分降解噴施固結復合材料三套網絡體系的結構模型,為其設計和制備奠定了基礎。三套網絡體系分別為無機材料,有機功能組分,植物纖維體系,其中無機材料為高水灰比的微膨脹水泥其作用是作為固結材料的基材形成強度結構;有機功能組分為水溶性的可生物降解材料,既具有改善材料韌

3、性、吸水、保水功能,又可后期緩慢降解提供土壤水肥;植物纖維既作為抗裂組分又具備后期降解提供肥力的作用。三套網絡具備不同的強度、韌性和耐久性特征,共同作用形成部分降解泥沙固結噴施復合材料。
　　(2)對構成三套網絡模型的材料進行了優(yōu)化選擇,確定了可部分降解噴施固結復合材料的原料配比,并就其對噴施固結材料物理力學性能的影響進行了詳細的研究。研究結果顯示:無機膠凝組分的配比為:普通硅酸鹽水泥熟料:高鋁水泥:粉煤灰:赤泥:石膏:石灰:激發(fā)

4、劑=20:10:40:13:10:6:1時,既能滿足強度的要求,又能滿足微膨脹的要求;水溶性的生物降解聚丙烯酰胺改善了噴施固結材料的工作性和韌性;吸水保水材料玉米淀粉能明顯的改善材料的吸水保水性質,阻止水份的蒸發(fā),改善噴旋固結材料的水分條件;秸稈纖維顯著的提高水泥基復合材料的韌性和抗裂性。通過各種組分對強度、吸水保水性能、韌性的影響的研究,得出聚合物水泥基噴施固結材料的最優(yōu)配合比為無機膠凝材料:聚內烯酰胺:玉米淀粉:纖維=94.5:0.

5、5:4.0:1.0。
　　(3)對部分降解噴施固結復合材料的微觀結構及其作用機理進行了深入研究。研究結果顯示:在自然養(yǎng)護條件下,聚丙烯酰胺與水泥水化產物發(fā)生鍵合,與水化水泥產物交織在一起形成互穿網絡,改善材料的物理組織結構,有效的改善水泥基材料的脆性,增強其韌性。秸稈纖維能在水泥漿內部形成三維交錯的網絡。雖然秸稈纖維的比表面積大,且使?jié){體的含氣量增大,導致抗壓強度略有下降,但由于秸稈纖維的彈性模量高于早期塑性的水泥基材,并且由于秸

6、稈纖維的直徑較細,使材料的折壓比提高,顯著的提高水泥基復合材料的韌性和抗裂性。
　　(4)對部分降解噴施固結復合材料的強度退化規(guī)律進行了初步研究,為其后期降解機理提供了參考資料。研究結果顯示:自然條件下噴施固結材料28d后力學性能開始下降;人工加速老化條件下,噴施固結材料的質量和強度損失很大,干濕循環(huán)6次后質量損失6％,強度損失52.5％,殘余強度為3.8MPa,凍融循環(huán)6次后質量損失4.3％,強度損失46％,殘余強度為2.9MP