部分降解噴施固結(jié)復(fù)合材料的研究.pdf

1、黃河之害,源于泥沙。泥沙治理的關(guān)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(chǔ)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(fù),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(shí)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(xué)基金“部分降解泥沙固結(jié)噴施復(fù)合材料及其作用機(jī)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(jié)材料,既固結(jié)泥

2、沙又促進(jìn)植被的生長,形成固結(jié)層固結(jié)泥沙防治泥沙流失與立體植被體系保水固土的有機(jī)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(gòu)建了部分降解噴施固結(jié)復(fù)合材料三套網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)模型,為其設(shè)計和制備奠定了基礎(chǔ)。三套網(wǎng)絡(luò)體系分別為無機(jī)材料,有機(jī)功能組分,植物纖維體系,其中無機(jī)材料為高水灰比的微膨脹水泥其作用是作為固結(jié)材料的基材形成強(qiáng)度結(jié)構(gòu);有機(jī)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(wǎng)絡(luò)具備不同的強(qiáng)度、韌性和耐久性特征,共同作用形成部分降解泥沙固結(jié)噴施復(fù)合材料。
　　(2)對構(gòu)成三套網(wǎng)絡(luò)模型的材料進(jìn)行了優(yōu)化選擇,確定了可部分降解噴施固結(jié)復(fù)合材料的原料配比,并就其對噴施固結(jié)材料物理力學(xué)性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果顯示:無機(jī)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(qiáng)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(jié)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(zhì),阻止水份的蒸發(fā),改善噴旋固結(jié)材料的水分條件;秸稈纖維顯著的提高水泥基復(fù)合材料的韌性和抗裂性。通過各種組分對強(qiáng)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(jié)材料的最優(yōu)配合比為無機(jī)膠凝材料:聚內(nèi)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(jié)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及其作用機(jī)理進(jìn)行了深入研究。研究結(jié)果顯示:在自然養(yǎng)護(hù)條件下,聚丙烯酰胺與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生鍵合,與水化水泥產(chǎn)物交織在一起形成互穿網(wǎng)絡(luò),改善材料的物理組織結(jié)構(gòu),有效的改善水泥基材料的脆性,增強(qiáng)其韌性。秸稈纖維能在水泥漿內(nèi)部形成三維交錯的網(wǎng)絡(luò)。雖然秸稈纖維的比表面積大,且使?jié){體的含氣量增大,導(dǎo)致抗壓強(qiáng)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(xì),使材料的折壓比提高,顯著的提高水泥基復(fù)合材料的韌性和抗裂性。
　　(4)對部分降解噴施固結(jié)復(fù)合材料的強(qiáng)度退化規(guī)律進(jìn)行了初步研究,為其后期降解機(jī)理提供了參考資料。研究結(jié)果顯示:自然條件下噴施固結(jié)材料28d后力學(xué)性能開始下降;人工加速老化條件下,噴施固結(jié)材料的質(zhì)量和強(qiáng)度損失很大,干濕循環(huán)6次后質(zhì)量損失6％,強(qiáng)度損失52.5％,殘余強(qiáng)度為3.8MPa,凍融循環(huán)6次后質(zhì)量損失4.3％,強(qiáng)度損失46％,殘余強(qiáng)度為2.9MP