文摘

提高煤矸石斜坡的生态保护,这项工作开发出一种聚合物固化剂使用纯丙烯酸乳液和水泥为主要原材料。通过测试的可加工性、防水、耐用性和附着力的固化剂polymer-to-cement比率不同,聚合物固化剂的最佳混合比,和保护机制进行分析的基础上,测试结果和通过扫描电子显微镜(SEM)。然后,模拟边坡和实际工程进行了应用。结果表明,纯丙烯酸乳液固化剂polymer-to-cement比6:5是最适合煤矸石斜坡的生态保护。聚合物固化剂可以形成一个网络结构薄膜层与煤矸石表面良好的防水效果。同时,网络结构膜层可以减少煤矸石风化和淋溶的影响,防止煤矸石中重金属元素进入周围的土壤,提高植物的生长环境,提高生态修复的效果。本研究可以应用于煤矸石斜坡的生态保护。

1。介绍

煤矸石的固体废物在煤矿和洗涤的过程。黑色,灰色岩石碳含量较低,难度比煤炭和结构与煤层煤的过程中形成。风化作用下,煤矸石的物理和化学性质积累在地上不断变化;风化程度的增加,煤矸石的导电性和pH值降低,其分解的趋势逐渐增加(1]。煤矸石堆放在露天容易自燃,产生有害气体和重金属,导致严重的地质灾害和环境污染(2,3]。风化和淋溶作用下,煤矸石中重金属元素进入周围的土壤和水,降低生态环境,阻碍植物生长和生态修复4- - - - - -6]。煤矸石的斜坡是一个特殊的煤矸石堆积形成的岩石山坡上,保护更为复杂和困难。煤矸石山坡上往往不稳定由于煤矸石的风化和解体。由于煤矸石的不利特性的影响,植物不能正常生长在这些斜坡上,很难达到预期的理想护坡效果使用传统的生态保护方法(7- - - - - -10]。

目前,砂浆抹面、混凝土墙保护,其他方法通常用于保护煤矸石的斜坡。虽然这些方法有很好的保护效果,砂浆和混凝土等材料阻碍植物的生长,这是难以实现的目标边坡保护和生态修复(11- - - - - -14]。生态保护主要依赖于加强植物根系对土壤的影响达到护坡的效果。常用的方法包括土壤喷洒,植物纤维毯子,种植带。护坡的效果的关键,这些方法是植物的正常生长的斜率(15- - - - - -20.]。煤矸石自燃后显示弱酸性和较高的重金属含量不利于植物的生长。许多研究者研究了煤炭矿区的复垦。例如,Sydnor et al。21)发现,添加有机物质表面土壤可能增加生物量和植物生长所需要的营养元素在矿业领域,促进矿区植被恢复。刘等人。22)改善植物的生长环境与黄土覆盖矿区的煤矸石,取得了良好的生态修复效果。杜et al。23)煤矸石用作种植基质的组件,配置了种植基质适合煤矿矿区生态修复,并证明了新基质配置是通过实验有效的。虽然这些研究已经取得了一些进展在煤矿矿区的复垦,他们的应用程序是有限的,由于不同性质的煤矸石在不同的地区,和现有的植被恢复方法不能解决煤矸石的问题是容易风化和解体。

聚合物固化剂化学加固材料主要由高分子材料,辅以其他材料。有许多聚合物固化剂,他们已经广泛应用于土壤加固、边坡保护领域近年来(24- - - - - -30.]。刘等人。31日- - - - - -33)开发了一种聚氨酯聚合物固化剂,其属性进行了彻底的研究,加强砂和粘土,并发现聚氨酯聚合物固化剂主要是增加土壤颗粒之间的凝聚力和边坡土体的抗腐蚀性聚合物的官能团之间的物理和化学作用和土壤颗粒的表面离子。杨et al。34)开发了一种新的聚合物土壤稳定添加剂(M-CMC)组成的甲基纤维素(CMC)和聚丙烯酰胺(PAM)和实验表明,它可以改善土壤强度,水稳定性和抗腐蚀性。姚明et al。(35)开发出一种聚合物固化剂合适保护软岩斜坡,和实际工程应用表明,其保护效果很好,有利于软岩石边坡的生态修复。秦et al。36]采用w哦亲水固化聚氨酯材料和保护红粘土边坡,并根据实验中,他们得出的结论是,w哦能够明显提高红粘土边坡的防侵蚀能力土壤,增加土壤的保水性能,促进植物的萌发和生长的斜率。因此,研究聚合物固化剂的应用生态保护的煤矸石斜坡是非常重要的。

解决煤矸石所带来的问题,如容易风化,在水中容易瓦解,pH值低、重金属含量高、生态保护和困难的斜坡上,这项工作使用一个纯丙烯酸乳液和普通硅酸盐水泥为主要原材料和聚合物固化剂不同polymer-to-cement比率。聚合物固化剂的最佳混合比适合煤矸石护坡决心通过和易性,防水,耐用性和附着力测试。同时,保护机制被匹配测试结果分析和扫描电子显微镜(SEM)图像。最后,生态保护的一种新方法提出了煤矸石斜坡与聚合物固化剂应用于模拟斜坡和在实际的工程实践。然后,聚合物固化剂的应用效果分析了煤矸石斜坡的生态保护根据应用程序的结果。

2。材料和方法

2.1。材料

2.1.1。聚合物乳液

聚合物乳液是由微米水溶液中分散聚合物粒子显示良好的抗水性,耐用性和粘结强度和重要原材料的配置聚合物固化剂。考虑的困难获取原材料和适合生态护坡,李芦媛化工公司生产的纯丙烯酸乳液被选为聚合物固化剂的配置。作为一种广泛使用的防水建筑材料,纯丙烯酸乳液很容易获得,环保,有利于生态修复。纯丙烯酸乳液如图1。纯丙烯酸乳液的性能指标表示的制造公司如表所示1。

2.1.2。水泥

水泥也是聚合物固化剂的主要组件之一,和它的类型和用量直接影响聚合物固化剂的力量。考虑到经济和耐用性,普通硅酸盐水泥P.O42.5由阳春水泥有限公司被选中配置聚合物固化剂。的性能指标P.O42.5水泥制造公司见表所示2。

2.1.3。合并代理

聚结剂是一种材料,能促进聚合物乳液的塑性流动和弹性变形,提高聚结性能,并形成电影在一个广泛的施工温度。它可以明显降低聚合物乳液的最低成膜温度,提高聚结,耐用性和贮存稳定性。在这个实验中,李芦媛化工公司生产的醇酯聚结剂被用于聚合物乳液的材料配置。的性能指标成膜添加剂制造公司见表所示3。

2.1.4。消泡剂

混合聚合物乳液和水泥时,将生成许多泡沫。泡沫会导致许多毛孔固化剂固化,影响治疗效果。因此,应该添加适量的消泡剂在制备过程中减少气泡的数量和提高聚合物固化剂的固化效果。在这项工作中,一个李芦媛化工公司生产的乳化型有机硅消泡剂是用于配置聚合物固化剂。有机硅消泡剂的性能指标剂制造公司见表所示4。

2.2。配置方法

纯丙烯酸乳液固化剂由纯丙烯酸乳液防水性能、水泥、少量的合并代理和消泡剂。它是一种聚合物水泥基复合材料与纯丙烯酸乳液和水泥的主要特性。纯丙烯酸乳液固化剂可以由简单的搅拌和混合。在正常温度和压力下,原材料是重根据每个原材料的重量百分比,和纯丙烯酸乳液是60年代人为低速搅拌。然后,相应数量的水泥添加纯丙烯酸乳液。最后,由水泥搅拌机搅拌混合在高速120年代和300年代离开站。减少泡沫期间生成混合,混合物的总重量的1%消泡剂添加在机械搅拌。同时,总重量的3%添加混合合并代理是为了保证最终的成膜效果。

2.3。测试方法

的内容之间的重量比聚合物固体颗粒在聚合物固化剂和水泥的质量叫做polymer-to-cement比和表达的P / C。在这项工作,五个纯丙烯酸乳液固化剂不同polymer-to-cement比率(P / C = 0.6、0.8、1、1.2、1.4)设置;然后,混合比进行了测试,包括和易性测试,防水性能测试、耐久性测试,附着力测试。根据测试结果,混合比纯丙烯酸乳液的固化剂,是最适合煤矸石护坡,通过扫描显微镜和保护机制进行了分析。

2.3.1。和易性测试

聚合物的可加工性固化剂是指其凝结时间和粘度,代表其施工的难度。如果初凝时间太短,建筑是困难的;如果最后的凝结时间太长,施工进度将受到影响。在该测试中,根据中国的水泥凝结时间试验方法标准(GB / T 1346 - 2011) (37),维卡软化点仪是用来测试纯丙烯酸乳液固化剂的固化时间与不同polymer-to-cement比率。的粘度聚合物固化剂表示其内部分子的摩擦力。大粘度对应于较小的流动性和施工会导致更大的困难。与此同时,规模较小的粘度对应于更大的流动性,分层和分离。根据中国标准(JJG 1002 - 2005) (38),旋转粘度计是用于确定纯丙烯酸乳液的粘度固化剂。

2.3.2。防水测试

聚合物固化剂的防水能力是一个重要的指标来评价其性能的基础上解决问题容易瓦解煤矸石当遇到水。耐水可以表达的自然材料的吸水率,也就是说,标准大气压力条件下,水的质量之比的实验标本浸泡在水中48 h干实验标本的质量。在这项工作,煤矸石基本上相同的大小被选为试样,和聚合物固化剂不同聚合物水泥比率与涂层厚度均匀地应用于样品的5 - 6毫米48 h防水测试。实验的步骤执行岩石吸水试验在中国标准(JTG出价- 2005)[39]。煤矸石样品涂有纯丙烯酸乳液固化剂如图2。

2.3.3。耐久性试验

聚合物固化剂代表其长期耐久性的保护性能和是一个重要的参数来评估代理是否适合煤矸石护坡。在这部作品中,固化剂的耐久性纯丙烯酸乳液是评价裂缝产生的煤矸石样品的数量与不同polymer-to-cement比率。测试是基于在中国指定的抗寒性试验方法标准(JC / T 984 - 2011)40],裂缝表面的标本的数量后25观察干燥和湿润的周期。

2.3.4。附着力测试

粘接强度的聚合物固化剂通常指聚合物固化剂的凝聚力和试样涂层之间的结合力,焊接表面,这表明其粘结强度。更大的粘接强度使代理难度边坡表面脱落,导致一种改进的保护效果。在这个工作中,指砂浆抗拉粘结强度的测试方法在中国代码(JGJ / t70 - 2009) [41),拉力试验机是用来测试键的强度的纯丙烯酸乳液固化剂。

2.3.5。微扫描测试

摘要日立SU8100扫描电子显微镜(SEM、日立、日本)是用来进行扫描显微镜测试。1000倍放大的情况下,煤矸石的微观表面形态特征样本喷洒不同polymer-to-cement比率的纯丙烯酸乳液固化剂和煤矸石标本不喷洒固化剂观察。

3所示。结果与讨论

3.1。混合比测试

测试结果的可加工性,防水能力,耐用性和附着力的纯丙烯酸乳液的固化剂不同polymer-to-cement比例如表所示5。

表5表明更大的P / C会导致更长的凝结时间的纯丙烯酸乳液固化剂,粘度小,流动性更强。零用现金的增加,试样的吸水率逐渐降低并趋于稳定。裂缝的数量在试样的表面和粘接强度的固化剂第一次减少,随后增加。P / C是1.2时,试样的表面上的裂缝数量是最低的,和固化剂具有最大的粘接强度。纯丙烯酸乳液的和易性固化剂主要取决于水泥含量、P / C的增加,水泥的内容显示了一个相对减少,固化剂的凝结时间变得更长,粘度降低。纯丙烯酸乳液的和易性固化剂不同polymer-to-cement比率可以满足施工要求,以及施工性能是最好的,当P / C是1.2。

当P / C很小,固化剂的水泥含量相对较高,聚合物乳液含量低。水泥的水化产物主要是网络结构,和少量的聚合物粒子不能完全填补网络结构。因此,聚合物网络结构膜形成相对较小,结果在一个相对庞大的煤矸石试样块吸水。零用现金的增加,聚合物乳液在固化剂中起着主导作用,并形成网络电影几乎完全覆盖表面的煤矸石,这降低了渗水率和吸水率测试块。获得最低的价值当P / C是1.2。粘接强度的聚合物固化剂主要是由固体含量的聚合物乳液和水泥水化产物。P / C小于1.2时,纯丙烯酸乳液含量增加而增加P / C,所以,粘结强度也在不断增加。P / C大于1.2时,粘接强度的纯丙烯酸乳液达到高峰,聚合物固化剂的水泥含量相对减少,和水泥水化产物的含量相对减少,因此,结合强度开始下降。根据混合比测试,纯丙烯酸乳液固化剂的P / C 1.2是最适合煤矸石斜坡上的保护。

3.2。显微镜检查结果

扫描电子显微镜(SEM)煤矸石标本的结果如图所示3。

如图3(一个),煤矸石是宽松的,多孔的表面。被雨水渗透和侵蚀,容易风化和解体。如数据所示3 (b)- - - - - -3 (f)纯丙烯的聚合物粒子乳液和水泥水化产物相互连接,形成一个网状膜结构。P / C小于1.2时,纯丙烯酸乳液含量小,聚合物粒子并不足以完全包装水泥水化产物,网络电影形成更多的毛孔,使固化剂防水并赋予耐久性差。提高P / C,毛孔固化剂的纯丙烯酸乳液逐渐减少。P / C是1.2时,聚合物粒子几乎完全环绕水泥的水化产物,从而导致更低的孔隙度固化剂的电影和良好的防水性能。P / C大于1.2时,水泥水化产物的内容在固化剂的电影《减少,和固化剂的电影也减少。因此,耐用性和结合强度逐渐降低。

总之,纯丙烯酸乳液与水泥混合后,纯丙烯酸乳液失去水由于水泥水化,水泥水化产物及其聚合物粒子和交织,纠缠在一起,形成网状膜具有良好的防水能力。通过喷洒纯丙烯酸乳液固化剂煤矸石表面,我们可以债券和固化的松散和煤矸石多孔表面。网络电影涵盖了煤矸石的表面可以增加它的防水能力,防止其风化瓦解,提高煤矸石长期稳定的斜坡上。

4所示。模拟边坡和实际工程应用

在这个工作中,一个新的生态保护技术提出了煤矸石的斜坡上,其中包括第一次喷洒纯丙烯酸乳液土壤固化剂和随后喷洒到客人。聚合物固化剂主要用于煤矸石的表面保护和强化,和土壤喷涂技术是一种绿色技术,生态保护。这两种技术的结合,结果在一个新的生态protection-enhancing技术对煤矸石的斜坡。分析新生态保护技术的可行性,这项工作研究的影响新生态保护技术的应用在煤矸石斜坡上通过模拟边坡试验和实际工程的应用。

4.1。模拟边坡测试

以下4.4.1。测试方法

斜率模拟试验进行了使用室外模型盒子。精确模拟煤矸石斜率、10-15-cm-thick层场采样煤矸石被表面上的每个模型盒子。两个边坡模型框设计的高度和宽度1.2米,被称为模型盒子A和B,分别。然后,每个模型箱与不同高度分为三个区域。在模型箱,把煤矸石表面是与客人直接喷洒土壤;在模型箱B,奠定了煤矸石的表面首先喷洒纯丙烯酸乳液固化剂的P / C 1.2和随后喷洒后客人土壤固化。其他施工方法和条件是一致的。植物种子的比例喷洒在国外土壤50 wt %草本植物种子(30 wt %香附子(l)珀耳斯和20 wt %羊茅属补给线璟例大肠Alexeev)和50 wt %灌木种子(15 wt %摘要xanthoanthac . y .马15 wt %无定形病后L,20 wt %木兰野蔷薇王m . c . c . l . Min)。

所有模拟斜坡上被放置在开放的区域,和苗的管理措施是相同的。观察每两周进行一次六个月,包括种子萌发率、覆盖率、高度、土壤侵蚀率和土壤pH值。收集槽的底部放置每个模拟边坡收集土壤失去了山坡上。土壤在收集罐收集和干每两周,和之间的质量比收集土壤质量和初始底物计算评价土壤侵蚀。模型箱后煤矸石如图4(一)后,模型箱B喷涂纯丙烯酸乳液固化剂如图4 (b)。

4.1.2。结果和分析

图5显示模拟边坡的植物生长。模拟边坡的测试结果如表所示6。

如表所示6模型箱的植物发芽率B是远远高于一个,和模型箱的土壤是酸性的。模型箱B的土壤是中性的,这表明喷涂纯丙烯酸乳液固化剂在煤矸石斜坡上减少的影响弱酸性的煤矸石和重金属物质在植物生长,提高植物的生长环境。模型箱B有一个更高的植被覆盖率和土壤侵蚀率远低于模型箱a随着时间增加,增加的区别。这些结果表明,喷涂纯丙烯酸乳液固化剂可以提高土壤的保水能力,增加外国土壤的防侵蚀的能力,提高植物的生长环境。在模型箱B、植物发芽高,植被覆盖率高,水土流失较低。建设三个月后,植被基本上覆盖了斜坡,和土壤侵蚀在后期进一步减少,护坡中受益。

如图5,由于喷洒纯丙烯酸乳液的固化剂,完成模型箱的斜率B,植被发展比的更好,和一个弹性固结层有一定的强度和韧性形成表面的斜率。建设三个月后,工厂模型箱主要是草本植物,灌木主要是在幼苗的形式。草本和灌木长得好六个月后施工。由于影响煤矸石的弱酸性和重金属的植被模型箱不发达。施工三个月后,身高增长的草本植物和灌木的出苗率低,和整体的植被覆盖率很低。建设六个月之后,大多数的草本植物枯萎,只有少数灌木生长正常。在模型箱的斜率,一些植物的成长,和边坡冲刷是认真的。随着坡度的增加,冲刷变得越来越严重,甚至暴露了煤矸石。因此,植物种子喷洒在边坡的模型箱被雨冲走,渗透下的煤矸石风化了的雨,和客人土壤表面滑瓦解煤矸石,导致较低的植物发芽率,护坡效果差。如图6,护坡植物的根部没有困难成长为斜率,因为有一层聚合物固化剂,以及他们的根可以通过喷洒纯丙烯酸乳液固化剂层来实现生态护坡。

模拟边坡试验表明,新提出的生态保护的煤矸石斜坡本文方法是可行的。一方面,纯丙烯酸乳液的网状薄膜固化剂可以大大减少对煤矸石的风化和淋溶的影响,防止煤矸石中重金属元素进入周围的土壤。另一方面,纯丙烯酸乳液固化剂可以减少损失的水坡土壤,防止水渗透岩层,提高植物的生长环境,使植物繁茂地生长,所以根钢筋开发和发挥作用的土壤。

4.2。实际工程应用

以煤矸石斜率Longlang K68 + 720的高速公路在娄底城市,湖南省作为新的保护方案的应用程序对象,K72 + 630煤矸石边坡生态护坡与普通方法的控制,我们研究新的保护方案的可行性评估建设后生态保护状态的斜坡上。

4.2.1。准备项目概述

Longlang高速公路从弄堂里镇,湖南涟源市结束Langtang镇,新华社县、湖南。路线好球区位于新华县,湖南娄底市和山趋势与地质构造线基本上是一致的,也就是说,东北的趋势。走廊带由侵蚀中产和低山和丘陵。地形一般高中间低的东部和西部。该地区构造剥蚀和解散是强大的高山和陡峭的斜坡,发达的沟壑,主要趋势沟壑,东北和“V”形的沟壑和山谷的部分。地表水系统相对发达,基岩主要暴露,植被是欠发达。一些地区是废弃的矿区。许多煤矸石斜坡路基开挖形成的生态修复与恶劣的施工条件和困难。

4.2.2。施工方法

首先,边坡表面被夷为平地,萧条和裂缝,危险的石头和浮石边坡表面被移除,和边坡表面被水浸湿了。然后,湿喷机分段,纯丙烯酸乳液固化剂是喷洒从上到下,喷涂厚度是6 - 8毫米。固化剂是完全固化后,客人土壤喷。external-soil喷播方法如下:首先,客人土壤喷没有种子,喷涂厚度大约是7/10的实际喷涂和播种土壤厚度的客人。第二,底基层稳定后,客人土壤含有种子被喷,喷涂厚度大约是底物的实际喷涂厚度的1/10。最后,客人土壤没有种子喷涂,喷涂厚度大约1/5的实际喷涂厚度,和总喷涂厚度在18到22岁的厘米。External-soil喷播图所示7。

4.2.3。结果和分析

测试煤矸石坡一年后建设如图8。图8表明煤矸石边坡生态护坡方法由传统的植物发育不良,植被覆盖率低,和斜率明显的雨水冲刷的痕迹。煤矸石的斜率由聚合物固化剂的新的保护方法显示了良好的结果。其斜率绿化覆盖,植被发育良好,环境质量明显优化,边坡保护和生态修复的效果初步显现。因此,煤矸石的斜坡上的新的生态保护技术结合external-soil喷播和聚合物固化剂可以达到护坡生态修复和可推广应用于类似的项目。

5。结论

摘要纯丙烯酸乳液和普通硅酸盐水泥为主要原材料准备有机聚合物固化剂和最佳混合比是通过实验确定。然后,分析了其保护机制。最后,煤矸石的新生态保护技术提出了斜坡与纯丙烯酸乳液固化剂,并通过坡模拟分析了其保护效果和实际工程的应用。主要结论如下。(1)纯丙烯酸乳液固化剂的P / C 1.2满足和易性的要求,耐水性、耐久性、粘结强度和保护煤矸石斜坡是最合适的。(2)聚合物粒子的纯丙烯酸乳液和水泥水化产物交织在一起,形成一个网络电影有很好的防水能力;这部电影介绍了煤矸石表面防止风化和解体的煤矸石和改善煤矸石斜坡的稳定性。(3)的净薄膜层纯丙烯酸乳液固化剂大大减少了煤矸石风化和淋溶的影响,防止煤矸石中重金属元素进入周围的土壤,增加边坡土壤的蓄水能力,并提高了植物的生长环境。此外,植物根系可以通过纯丙烯酸乳液固化剂层,和固化剂的存在并不影响植物根系的生长。(4)模拟边坡试验和实际工程应用证明,稳定边坡表面首先使用纯丙烯酸乳液固化剂和随后喷洒客人土壤是生态保护的新方法煤矸石的斜率。这个新方法可以实现边坡保护和生态修复,具有较高的推广应用价值。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了关键技术的引入景观恢复的深挖斜坡(国家林业局、中国;不。2015-4-38)和生态景观恢复关键技术研究公路边坡生态脆弱地区道路(湖南省交通厅、中国;不。201803)。作者感谢所有谁促成了成像技术和实验研究的一部分。