一种高效保水材料制备及其边坡绿化应用研究.pdf
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1、:./.一种高效保水材料制备及其边坡绿化应用研究收稿日期:基金项目:四川雅安至康定高速公路项目雅康高速公路微植物边坡绿化技术研究()作者简介:李卫青()男硕士从事道路与河道边坡整治研究李卫青 刘 臻 黄 兵 袁飞云 李 聪(.重庆交通大学河海学院重庆.四川藏区高速公路有限责任公司四川 成都 .四川雅康高速公路有限责任公司四川 成都)摘 要:基于港口裸露硬质边坡的绿化困难、绿植存活率低、存活周期短的现存问题 以硅藻泥、聚乙烯醇()等环保材料为基础采用超声辅助水溶液聚合法制备复合保水材料 结果表明复合材料最优吸水率和 保水率分别可达./和.扫描电子显微镜图像可观测到复合材料具有网状空腔结构这是其具
2、有优秀保水性能的关键 室外栽培实验结果表明在 条件下微植被 之内完成了在栽培布面上的“定居”后续生长良好关键词:保水材料吸水倍数生物可降解中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言岸坡作为连接陆生生态系统和水生生态系统的桥梁岸坡常常受到洪水、波浪、风暴潮等灾害的破坏因此应当采取适当的工程措施加强对岸坡的防护 随着水利工程新理念的传播和发展由于生态边坡优秀的抗冲刷和稳定边坡结构的能力生态护岸在实际水利工程中的应用越来越广泛日益成为护岸工程的主要形式常见植被修复技术主要有液压喷播技术、客土喷播技术、植被混凝土技术、植生袋技术、三维植被网技术和厚层基材喷射技术等这些技术的实现往往需要营造足够深度的土
3、壤层为植物根系生长提供环境但其土壤层的水气换能力与自然生境条件相比偏低因此植被发芽率和生长状况差表现为三年存活率极低 尤其是港口边坡一般地质较硬在硬质边坡生境修复过程中营造土壤层造价过高效果不理想急需开发所需高效无土栽培技术及其配套保水材料环保型保水材料一般选用天然材料加工而来 张海楠通过羧甲基纤维素钠合成气凝胶材料其最大吸水量为./连续 烘干 的保水率为.张昌辉等通过聚乙烯醇合成水凝胶材料其最大吸水量、保水倍率分别为./.另外市场上以及文献中常见的保水材料一般都为凝胶材料虽然已经应用于生物相关、农业等领域 但凝胶材料为半固体流动性差与岩质边坡黏合力低同时其制备对设备要求高因此并不适合作为高、
4、陡边坡的植物修复的基质材料 而半凝胶材料具有凝胶材料保水性且具有较强的流动性和黏附性因此可作为高、陡边坡的土壤基层此外硅藻土作为一种天然矿物材料具有人工无法模拟的孔结构且比表面积大、吸附能力强、亲水性好、化学稳定性良好在我国具有较高的储备量因此本文选用硅藻土作为复合材料的基质因此本文选用硅藻土、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、活性炭等常用的生物环保材料制备半凝胶保水复合材料考察制备过程中各材料配比对复合保水材料保水性能、吸水性能的影响确定最佳制备配比 同时探究温度、接触面条件对材料保水性能的影响并进行微藻培养实验 复合材料可为边坡修复的无土栽培技术提供理论依据 实验部分.材料与仪器实验过程中的药剂主
5、要为聚乙烯醇(宁夏大地循环发展股份有限公司)羧甲基纤维素钠(上海长光企业发展有限公司)硅藻泥(乡居乐艺术壁材厂)活性炭(苏州炭旋风活性炭有限公司)另外适用于无土栽培的无菌绿布购自宿迁云之道电子商务有限公司微藻经野外采集并扩培获得试验过程中使用的仪器主要有 电子天平(瑞士 公司)与 型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司).复合材料的制备将电子天平量取对应质量比的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、硅藻泥、活性炭后按照硅藻泥、黏合剂(聚乙烯醇)、增稠剂(羧甲基纤维素钠)和光引发剂(活性炭)的顺序分别加入烧杯中并用玻璃棒搅拌至黏稠后超声震荡均匀得到样品.测试与表征.吸水倍数测定室温下取定量的干燥复合保水
6、材料于烧杯中加入定量测试液静置至样品成半凝胶之后用 目网筛滤掉游离水在网筛上静置 后称取吸水凝胶质量 第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .样品的吸水倍数为:吸水倍数 ()/其中为吸水凝胶质量为干燥凝胶质量.保水率测定室温下取定量复合材料于烧杯中加定量测试液搅拌均匀后记录表面皿质量 然后取样品于表面皿中记为 编号并保存于恒温培养箱中连续 记录样品质量变化记为 样品的 保水率为:初始含水量 水().保水率 (水 )/水其中为 质量为 质量即 .结构表征选取硅藻土材料和最佳配比下的保水材料作为样品利用扫描电镜观察样品的微观结构 试样镀金厚度约为 电压为 .微植物培养实验将适量营养液和提取混合藻加入混
7、合材料后再搅拌至黏稠后分别敷设于适用于无土栽培的无菌纺布和仿边坡水泥材质上厚度为 定期养护每 观察微藻数量变化 微藻数量采用 方法计量 结果与讨论.羧甲基纤维素钠与聚乙烯醇用量对材料保水、吸水倍数的影响聚乙烯醇是黏合剂增加聚乙烯醇会降低保水性能但能够增加复合保水材料在应用时对纤维的黏附性 由图()可知当添加量为.时复合保水材 料 时 的 含 水 率(质 量 分 数)为.均可满足微藻生长要求 当聚乙烯醇用量为.时保水效果最佳 后材料含水率(质量分数)为.另外图()结果表明复合保水材料吸水倍数随聚乙烯醇添加量的增加呈下降趋势 当聚乙烯醇用量由.增加到.时复合保水材料的吸水倍数显著下降 是因为聚乙烯
8、醇中的 与水分子形成氢键但由于极性基团 之间的静电排斥作用会使得复合保水材料网状结构的网孔变小进而导致吸水能力下降 当聚乙烯醇用量由.增加到.时随聚乙烯醇的增加而缓慢降低 原因是此时极性基团的静电排斥作用达到峰值 而当聚乙烯醇添加量超过.时聚乙烯醇中复合材料极性基团起主要作用复合材料的吸水能力随聚乙烯醇的用量增加而缓慢上升羧甲基纤维素钠是增稠剂和结构改善剂能够降低复合保水材料的流动性便于材料的附着 图()结果表明当羧甲基纤维素钠用量为.时 后材料含水率(质量分数)为.连续 含水率受羧甲基纤维素钠添加量影响不大均满足微植物培养所需水分要求 另外图()结果表明当羧甲基纤维素钠用量由.上升至.时复合
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