聚氨酯固沙劑的制備及其抗凍性能研究

胡芹龍　伍洋　葉長文　劉建成

摘要：針對目前固沙材料的抗凍性能較差、難以滿足高寒地區(qū)工程建設(shè)的需求等問題，采取試驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，開展了聚氨酯固沙劑的制備及其在凍融循環(huán)條件下固結(jié)體物理力學性能的研究。試驗制備固沙劑含量依次為4%、6%、8%、10%、12%、14%的固結(jié)體試樣，在凍結(jié)溫度為-20℃、融解溫度為20℃條件下分別進行5、10、15、20、25次凍融循環(huán)試驗，測定不同固沙劑摻量條件下凍融循環(huán)作用后固結(jié)體的強度損失與質(zhì)量損失，并在此基礎(chǔ)上利用掃描電鏡從微觀角度分析固結(jié)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，探討凍融循環(huán)條件下聚氨酯固沙材料的損傷劣化機制。結(jié)果表明：在凍融循環(huán)作用下，聚氨酯固沙體的抗壓強度與固體質(zhì)量的變化主要與固沙劑的濃度有關(guān)，微觀試驗顯示聚氨酯固沙材料將松散的沙土通過包裹與“橋接”的方式連接起來，形成強度較高且具有一定韌性的整體，能夠抵抗凍融循環(huán)的破壞作用。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；固沙材料；凍融循環(huán)；微觀機理

隨著工程建設(shè)的加速推進，邊坡坡面失穩(wěn)、水土流失、沙漠化、揚塵等問題越來越突出，水土流失和土地沙化已成為我國生態(tài)安全面臨的最大威脅。坡面防護的根本目的在于將松散的沙土顆粒就地固結(jié)，防止顆粒在外力作用下進一步運移。目前主要的治沙護坡方法有傳統(tǒng)工程治沙技術(shù)、新型生物治沙技術(shù)以及化學固沙技術(shù)。其中，化學固沙技術(shù)得益于新型高分子材料科學的飛速發(fā)展，成本低、見效快、施工簡便，引起國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。

國外學者Nachio Minoura等利用低黏環(huán)氧樹脂固結(jié)松散沙土體并獲得成功：Reza ziaie-Moayed等對比了水泥和環(huán)氧樹脂對鹽堿土固結(jié)前后的抗剪強度特征；Ajalloeian Rassoul等探討了聚醋酸乙烯酯對細沙層固結(jié)特性的影響；seyed Abolhassan Naeini等應用水性聚合物加固土體并研究了固結(jié)體的抗壓強度特性；Ali Ates探討了一種水性聚合物對液化性沙土的固結(jié)強度特性。國內(nèi)學者杜峰等通過預聚體法制備了淀粉改性水性聚氨酯環(huán)保型沙土固結(jié)劑，并研究了淀粉用量對固結(jié)劑乳液及其所成膠膜性能的影響；劉瑾等研發(fā)了3種聚氨酯型沙土固結(jié)劑，并對改性土的強度、抗沖刷性、抗風蝕性等進行了室內(nèi)試驗研究：王銀梅等進行了新型高分子材料SH固化沙土抗凍性和固化黃土滲透性研究，認為SH抗凍性優(yōu)于其他同類化學固沙劑；姚文藝等研究發(fā)現(xiàn)，W-OH在砒砂巖表面具有良好的滲透性，通過添加紫外線吸收劑可以大幅提高彈性固體的抗老化性能，具有抗蝕促生功能；沈鑫對W-OH-SF抗蝕促生復合材料在砒砂巖地區(qū)固沙護坡應用進行了研究。

然而，國內(nèi)外學者對聚氨酯固沙材料的抗凍性能研究較少，對其抗凍機理的探討不夠深入。鑒于此，筆者采用試驗與理論分析相結(jié)合的方法，研究聚氨酯固沙材料的制備及其在凍融循環(huán)條件下固結(jié)體物理力學性能。