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水土流失、边坡失稳、扬尘等正严重地影响到人们的生态环境。生态土壤稳定剂作为一类新型的高分子土壤稳定材料,既可以快速改性土壤的物理力学性质、提高土壤的抗侵蚀性,又能促进植物生长、改善生态环境,因而成为国际上许多环境保护部门和企业的研究热点。论文在大量试验研究的基础上成功研发出了具有自主知识产权的新型生态土壤稳定剂,并对该稳定剂的功能、性状、机理和应用效果进行了系统分析,得到了一系列创新性成果。
1.研发了一种新型生态土壤稳定剂。参与制定了一种新型生态土壤稳定剂研发方案,在大量试验及土壤稳定效果分析的基础上,最终研发出了基于醋酸乙烯酯的STW型生态土壤稳定剂系列产品。它们不仅具有良好的土壤抗侵蚀性、抗冻性能、抗热性能等特点,还能促进植物的生长和绿化,是一种集护坡、防尘、环保、性价比高于一体的生态土壤稳定剂。
2.研究了STW型生态土壤稳定剂改性土的力学性能。在试验的基础上分析了STW型生态土壤稳定剂改性土的力学性能与试样的制备方法、稳定剂掺量及养护条件的关系,摸清了改性土最佳力学性能发挥的环境条件,确定了稳定剂的最佳掺量。
3.研究了STW型生态土壤稳定剂改性膨胀土的水理性能。通过试验分析了不同浓度的STW型生态土壤稳定剂对膨胀土的水稳性、抗冲刷性和渗透性等水理性质的改性效果。分析结果表明:改性膨胀土的水稳性与抗冲刷性能有了显著增强,这种效果随着稳定剂浓度的增大而增大,其渗透性明显增强,渗透性随土粒径的增大而增大。
4.研究了STW型生态土壤稳定剂改性膨胀土的胀缩性能。在试验的基础上分析了STW型生态土壤稳定剂对改性膨胀性的自由膨胀率、无荷膨胀率、收缩性的影响。分析结果表明:STW型生态土壤稳定剂改性膨胀性的胀缩性能有了显著改善,无荷膨胀率在平均粒径为0.75 mm时表现为最小值,线收缩率则随着土颗粒粒径的增大而增大。
5.研究了STW型生态土壤稳定剂改性土的耐久性能。在试验的基础上分析了STW型生态土壤稳定剂改性土强度受光照强度和温度变化的影响,显示出稳定剂改性土具有较好的抗光照、抗冻性能。
6.分析了STW型生态土壤稳定剂改性土的机理。通过生态土壤稳定剂化学结构特点分析,利用扫描电镜等手段,分析了稳定剂对土壤的微观作用机理。STW型生态土壤稳定剂主要通过网状膜在土颗粒间形成的包裹与连结结构,减弱了粘土颗粒的亲水能力,增强了土颗粒间的连结力,从而达到稳定土壤的效果;改性土的稳定效果受到温度、湿度、光照、土颗粒性质等较多因素影响。
7.开展了中试试验研究。在中试过程中对稳定剂的合成条件、操作流程、物料衡算等进行了试验研究,生产出了性能优良的STW型生态土壤稳定剂产品,为生态土壤稳定剂工业化生产打下了基础。
8.开展了现场试验研究。通过多个现场试验,分析了STW型生态土壤稳定剂的生态护坡效果。试验结果表明:STW型生态土壤稳定剂可以明显提高边坡表层土体的水稳性和抗冲刷性,有效防止坡面水土流失,同时可以促进植被生长,起到很好的生态护坡效果;由护坡效果可知20％的浓度及2.5 L/m2的使用量用于边坡坡面防护为最宜。
9.分析了STW型生态土壤稳定剂用于防风固沙的效果。利用超微型贯入仪和自制的鼓风模拟装置对稳定剂改性沙土的强度和抗风蚀性进行了分析。试验结果表明:STW型生态土壤稳定剂改性沙土的强度有明显提高,具有很好的抗风蚀效果和一定的保水性,稳定剂的使用浓度以5％为宜。