建筑揚(yáng)塵泡沫抑塵劑的性能研究

向 銀，田世祥，吳愛軍*，褚福延，張 樂

(1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010；2.西南科技大學(xué)非煤礦山安全技術(shù)四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽 621010；3.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

揚(yáng)塵是大氣污染的主要因素，而建筑與道路施工及水泥砂石等建材堆場是揚(yáng)塵的主要來源之一[1-3]。在風(fēng)流影響下，地面粉塵散溢至空氣中的揚(yáng)塵滯空時(shí)間長達(dá)7～30 d[4]，其污染范圍不斷擴(kuò)大，造成空氣質(zhì)量下降，使人們的生產(chǎn)、生活與健康受到嚴(yán)重的影響[5-6]。因此，工程建設(shè)領(lǐng)域的揚(yáng)塵治理已成為當(dāng)務(wù)之急。

目前，揚(yáng)塵治理方法主要有灑水、噴霧捕塵和化學(xué)抑塵等方式[7-8]。大多數(shù)工地常采用灑水抑塵，其缺點(diǎn)是水資源消耗巨大[9]。針對建筑施工揚(yáng)塵，化學(xué)抑塵方法因其治理效果好而受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。如鄭云海等[10]研究了具有良好保水吸濕等性能的抑塵劑；李敏等[11]重點(diǎn)研究了抗雨蝕性能的固化抑塵劑；李穎泉等[12]研究的速溶型抑塵劑、王林凱等[13]研究的風(fēng)蝕揚(yáng)塵抑塵劑，都具有良好的抗風(fēng)蝕性能；Choi等[14]研究了以淀粉和聚乙烯醇為原料的抑塵劑，試驗(yàn)表明其具有良好的抑塵性能。

綜上，在建筑施工揚(yáng)塵抑制方面主要是對單一因素性能的抑塵劑進(jìn)行研究，且適用范圍小[15]，而全面系統(tǒng)地對多因素性能的抑塵劑進(jìn)行研究較少，如抑塵劑的保水性、潤濕性、抗壓強(qiáng)度、高溫抗蒸發(fā)性、抗風(fēng)蝕性、抗雨水侵蝕性等。此外，大多數(shù)研究關(guān)注的是地面塵源的覆蓋抑塵，而對空氣中揚(yáng)塵的抑制及其抑塵效率等方面仍缺乏系統(tǒng)的研究。

鑒于此，本文結(jié)合當(dāng)前建筑揚(yáng)塵的治理現(xiàn)狀，提出了覆蓋式泡沫抑塵技術(shù)，為建筑揚(yáng)塵的治理奠定基礎(chǔ)。其抑塵工藝是利用發(fā)泡裝置向空中噴射出大量的泡沫，使其迅速捕捉、黏附、潤濕空氣中的揚(yáng)塵；當(dāng)泡沫與揚(yáng)塵一起落地后，又將地面的粉塵覆蓋、潤濕，同時(shí)又可長時(shí)間捕獲落在其上的揚(yáng)塵，使其喪失飛揚(yáng)能力。與常規(guī)的霧化抑塵工藝相比，其具有比表面積大、除塵時(shí)效長、除塵效率高及藥劑用量少等優(yōu)勢。因此，此項(xiàng)揚(yáng)塵治理技術(shù)的實(shí)效性和空間范圍顯著提升。據(jù)文獻(xiàn)[16]介紹，1946年英國最先開展泡沫除塵的研究，而我國對此研究的起步較晚，1984年陳長生等最先在國內(nèi)開展了泡沫除塵技術(shù)研究，并通過模擬實(shí)驗(yàn)證明了泡沫除塵技術(shù)是有效的。但國內(nèi)外泡沫抑塵技術(shù)主要應(yīng)用于煤礦除塵和滅火方面，目前尚缺乏將泡沫抑塵技術(shù)應(yīng)用于治理建筑揚(yáng)塵的相關(guān)研究。因此，本文在前期預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對建筑揚(yáng)塵泡沫抑塵技術(shù)開展了以下兩個(gè)方面的研究：

(1) 泡沫抑塵劑的配制和性能研究。以十二烷基硫酸銨(K12A)為發(fā)泡劑、氯化鈉(NaCl)為穩(wěn)泡劑、甘油為保水劑的藥品為原料，以發(fā)泡性和穩(wěn)泡性為衡量指標(biāo)，通過正交實(shí)驗(yàn)配置出具有良好的發(fā)泡性、穩(wěn)泡性，且價(jià)格低、無污染等優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合泡沫抑塵劑，再對其黏度以及對建筑揚(yáng)塵的滲透性、保水性和固化效果等性能進(jìn)行研究。

(2) 泡沫抑塵劑的抑塵效果應(yīng)用研究。通過噴射的泡沫抑塵劑覆蓋在塵樣后，研究其泡沫的穩(wěn)定性、抗風(fēng)侵蝕、雨水侵蝕和高溫蒸發(fā)性等指標(biāo)來考察其抑塵效果。

1 泡沫抑塵技術(shù)原理

泡沫抑塵技術(shù)的原理如圖1所示，整個(gè)泡沫抑塵過程包括截留效應(yīng)、潤濕、沉降、覆蓋等[17]。泡沫抑塵技術(shù)的具體作用可分為捕獲揚(yáng)塵、覆蓋地面粉塵、捕獲落塵三個(gè)部分:①噴灑出的泡沫能捕捉空氣中的揚(yáng)塵；②泡沫隨同捕捉的揚(yáng)塵落至地面，地面的泡沫聚集增多，會形成較厚的泡沫層覆蓋地面的粉塵，從而減少了塵源；③揚(yáng)塵落地后，又被地面的泡沫捕獲、潤濕，進(jìn)而失去飛揚(yáng)能力。此外，泡沫破滅后形成的液體還能滲透、濕潤地面的粉塵，從而達(dá)到抑塵效果。

圖1 泡沫抑塵技術(shù)原理圖

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料、藥品與設(shè)備

本試驗(yàn)?zāi)M的建筑揚(yáng)塵選自某建筑施工現(xiàn)場地面粉塵混合物。據(jù)趙普生等[18]的研究，建筑工地的揚(yáng)塵過 200目標(biāo)準(zhǔn)篩篩分后得到的質(zhì)量占比最大。因此，將粉塵混合物樣品經(jīng)恒溫干燥箱100℃完全烘干后，通過200目標(biāo)準(zhǔn)篩篩分后作為模擬的建筑揚(yáng)塵塵樣。

表面活性劑材料組分有十二烷基硫酸銨(K12A)、氯化鈉(NaCl)、甘油等。

試驗(yàn)儀器主要有DZF型真空干燥箱、羅氏泡沫儀、90-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器、NDJ-1S數(shù)字式黏度計(jì)、YP-15T粉末壓片機(jī)等；其他儀器有碾碎機(jī)、玻璃培養(yǎng)皿、200目標(biāo)準(zhǔn)篩、鼓風(fēng)機(jī)、量尺、毛細(xì)管(內(nèi)徑20 mm)、燒杯、瓷盤(35 mm×25 mm×20 mm)、防塵網(wǎng)(3密目)等。

2.2 泡沫抑塵劑配制正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)所選藥劑組分為十二烷基硫酸銨(K12A)、氯化鈉(NaCl)、甘油等，為了確定所選試劑的主次影響順序及最佳配方，將所選的試劑進(jìn)行了三因素三水平共9組L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。在前期預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以發(fā)泡劑K12A質(zhì)量濃度為0.8%、0.9%、1.0%，穩(wěn)泡劑NaCl質(zhì)量濃度為0.8%、0.9%、1.0%，保水劑甘油質(zhì)量濃度為0.6%、0.7%、0.8%，配制了不同配方的泡沫抑塵劑，并通過正交實(shí)驗(yàn)分析其發(fā)泡性和穩(wěn)泡性，綜合選出相對較優(yōu)配方；再對其黏度以及對建筑揚(yáng)塵的滲透性、保水性、固化效果性能進(jìn)行分析。其正交實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)方案

由正交實(shí)驗(yàn)方案(1)～(9)，利用羅氏泡沫儀對以上9種復(fù)配溶液(即泡沫抑塵劑)的發(fā)泡性和穩(wěn)泡性進(jìn)行靜態(tài)分析，由于受環(huán)境及溫度的影響，同種溶液需做3次平行試驗(yàn)，且控制誤差在15 mL以內(nèi)，并計(jì)算其平均值。依據(jù)發(fā)泡量大、消泡率低、極差分析來確定泡沫抑塵劑的最優(yōu)配方。泡沫抑塵劑的穩(wěn)泡性以消泡率來表征，其消泡率的計(jì)算公式為

(1)

式中:σ為泡沫抑塵劑的消泡率(%);w0為泡沫抑塵劑的初始發(fā)泡量(mL);w1為泡沫抑塵劑的5 min后發(fā)泡量(mL)。

2.3 參數(shù)測試

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及借助相應(yīng)的儀器設(shè)備，分別對泡沫抑塵劑的黏度以及對建筑揚(yáng)塵的潤濕性[19]、室內(nèi)環(huán)境的保水性[20]和抗壓強(qiáng)度[21]進(jìn)行了測試,并將泡沫噴灑在塵樣后研究其泡沫的穩(wěn)定性、抗風(fēng)侵蝕性[22]、抗雨水侵蝕性[23]和高溫抗蒸發(fā)性[24]，進(jìn)一步檢驗(yàn)泡沫抑塵劑的抑塵效果。

2.4 泡沫抑塵劑的使用方式

為了治理建筑施工中的揚(yáng)塵和地面粉塵，提出了泡沫抑塵技術(shù)。其具體的使用方式如下：首先，基于本課題自主設(shè)計(jì)研發(fā)、加工成品的網(wǎng)式泡沫噴灑設(shè)備，該設(shè)備主要包括發(fā)泡管、發(fā)泡網(wǎng)、供風(fēng)系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、升降系統(tǒng)等部分，其發(fā)泡原理為通過供液系統(tǒng)將泡沫抑塵劑輸送至發(fā)泡管中，在供風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓作用下，泡沫抑塵劑首先被吹至發(fā)泡網(wǎng)上形成液膜，然后液膜在風(fēng)壓下通過細(xì)密的發(fā)泡網(wǎng)被吹起、拉伸、脫落、聚并成泡沫，從而噴灑出大量的泡沫；其次，將所需的泡沫抑塵劑按照一定濃度比例配置好，并裝于泡沫噴灑設(shè)備中，同時(shí)調(diào)試好設(shè)備；最后，可根據(jù)現(xiàn)場的揚(yáng)塵濃度合理地調(diào)節(jié)其供液速率及供風(fēng)量，以達(dá)到最佳的泡沫發(fā)泡量，提高其抑塵效率，還可以根據(jù)現(xiàn)場需要合理地調(diào)節(jié)設(shè)備的升降系統(tǒng)來控制其泡沫噴灑高度及角度范圍。

3 結(jié)果與討論

3.1 泡沫抑塵劑配制正交實(shí)驗(yàn)

由泡沫抑塵劑配制正交實(shí)驗(yàn)靜態(tài)性能分析，即通過計(jì)算各因素各水平下每種實(shí)驗(yàn)方案的發(fā)泡量、消泡率的總和及平均值，并進(jìn)行極差R分析，得到的試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3和圖2。

圖2 正交實(shí)驗(yàn)發(fā)泡量和消泡率結(jié)果圖

鑒于主要考慮所噴灑覆蓋式泡沫的發(fā)泡效果及穩(wěn)定性好，即發(fā)泡量分析中K值越大越好，消泡率分析中K值越小越好。由表2可知：發(fā)泡量K值最大分別為3水平、1水平、3水平，即為K3、K1、K3，由極差R大小可得，影響主次順序?yàn)镵12A、甘油、NaCl。同理，由表3可知：消泡率K值最小分別為3水平、1水平、2水平。經(jīng)綜合考慮，甘油的質(zhì)量濃度影響其發(fā)泡量，因此以發(fā)泡量較大、消泡率較小為衡量指標(biāo)，綜合選出相對較優(yōu)的泡沫抑塵劑配方為(7)，即質(zhì)量濃度1%的K12A、0.8%的NaCl、0.8%的甘油，此配方泡沫抑塵劑的發(fā)泡量為550 mL、消泡率為7.20%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)發(fā)泡量極差分析結(jié)果

表3 正交實(shí)驗(yàn)消泡率極差分析結(jié)果

3.2 泡沫抑塵劑性能分析

3.2.1 黏度

在室內(nèi)溫度為13～15℃、泡沫抑塵劑溫度為18～20℃、自來水溫度為12～13℃環(huán)境下，使用NDJ-1S數(shù)字式黏度計(jì)分別對泡沫抑塵劑和生活中自來水的黏度進(jìn)行測試，5次取平均值，其黏度分別為2.841 mPa·s、1.592 mPa·s?？梢?，泡沫抑塵劑的黏度約為自來水的2倍，這是因?yàn)橐环矫媾菽謮m劑的黏度主要由分子間的內(nèi)摩擦力產(chǎn)生，且分子間存在吸引力和不規(guī)則運(yùn)動；另一方面該泡沫抑塵劑中含有K12A和甘油，它們本身具有一定的黏稠性，而甘油含有3個(gè)羥基，分子間的作用力大，具有很長的分子鏈，分子間形成大量的氫鍵，因此經(jīng)水與K12A、甘油按比例混合后，使得水中的氫鍵增多，黏度增大。說明噴灑本泡沫抑塵劑后揚(yáng)塵的黏結(jié)性更強(qiáng)，有利于黏結(jié)聚集成較大顆粒，不易受風(fēng)流等影響而飛揚(yáng)。

3.2.2 滲透性

本文利用毛細(xì)管反滲透原理對泡沫抑塵劑和生活自來水處理后的塵樣進(jìn)行滲透性試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 泡沫抑塵劑與水處理后塵樣的滲透體積量和滲透速率對比圖

由圖3可知：水和泡沫抑塵劑在塵樣堆內(nèi)滲透深度隨時(shí)間而增加，但其滲透速率隨時(shí)間的增加而減?。划?dāng)滲透時(shí)間為1 min時(shí)，泡沫抑塵劑和水處理后塵樣的滲透速率分別為3 mm/(mL·min)和2.75 mm/(mL·min)，兩者無明顯差異，這是由于泡沫抑塵劑中添加表面活性劑后其水的表面張力減小、黏度增大，所以短時(shí)間內(nèi)兩者差距不明顯；而當(dāng)滲透時(shí)間為5 min時(shí)，泡沫抑塵劑處理后塵樣的滲透速率為0.66 mm/(mL·min)，約為水的2倍，其原因是泡沫抑塵劑的表面張力減小后，改善了在塵樣上的滲透性，隨著時(shí)間的增加其效果明顯，塵樣容易被潤濕，而水在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到滲透飽和度，隨著時(shí)間的增加，其滲透緩慢，滲透速率降低。因此，該泡沫抑塵劑在相對較短時(shí)間內(nèi)在塵樣中的滲透性優(yōu)于水，更有利于潤濕揚(yáng)塵。

3.2.3 保水性

泡沫抑塵劑與水處理后塵樣的含水率對比，見圖4。

圖4 泡沫抑塵劑與水處理后塵樣的含水率對比圖

由圖4可知：隨著時(shí)間的增加，用水和泡沫抑塵劑處理后塵樣的含水率下降趨勢一致，近似呈指數(shù)關(guān)系遞減；24 h以后，噴灑泡沫抑塵劑塵樣的含水率高于其噴灑水塵樣的含水率，兩者相差在10%以上。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的增加，噴灑泡沫抑塵劑后其塵樣表面開始產(chǎn)生一層白色的薄膜覆蓋在表面，減少了水分蒸發(fā)，因此其含水率保持較高；而噴灑水的塵樣因在較高溫環(huán)境下，水分蒸發(fā)較快，因此其含水率較低；但在180 h后噴灑水和泡沫抑塵劑塵樣的含水率均下降緩慢，此時(shí)噴灑泡沫抑塵劑塵樣的含水率為4.07%。有研究表明，當(dāng)塵樣含水率高于4%時(shí)，不易造成揚(yáng)塵污染[25]。即在溫度為23～32℃的環(huán)境下，噴灑泡沫抑塵劑后塵樣能保持180 h以上不易造成揚(yáng)塵污染，表明該泡沫抑塵劑具有良好的保水性；而此時(shí)灑水的塵樣在120 h時(shí)含水率已經(jīng)達(dá)到了4%限值，在180 h時(shí)其含水率為-1.04%，表明塵樣已干燥，且表面開裂成眾多小塊，極易受到風(fēng)流等影響而產(chǎn)生揚(yáng)塵。

3.2.4 固化效果

經(jīng)抗壓強(qiáng)度測試，當(dāng)壓力達(dá)到0.313 MPa時(shí)，所噴灑泡沫抑塵劑的塵樣局部有開裂現(xiàn)象，在壓力為0.501 MPa時(shí)，土體完全破壞；而噴灑水的塵樣在壓力為0.068 MPa時(shí)開裂現(xiàn)象明顯，在壓力為0.104 MPa時(shí)，土體完全破壞成若干碎塊。其原因是泡沫抑塵劑的黏度高，使土顆粒間凝聚性增強(qiáng)，更加穩(wěn)固而不易被破壞；但水的黏結(jié)性弱，經(jīng)噴水處理后土顆粒間的黏聚力較低，其整體抗壓強(qiáng)度小，致使其穩(wěn)固性減弱。而晉虎等[21]的研究表明經(jīng)泡沫抑塵劑處理后的煤塵抗壓強(qiáng)度約為0.48 MPa，這表明噴灑該泡沫抑塵劑后其固結(jié)層具有一定的抗破壞能力。

綜上，通過對泡沫抑塵劑的黏度，以及經(jīng)泡沫抑塵劑處理后塵樣的滲透性、保水性和固化效果等參數(shù)進(jìn)行測試，可以發(fā)現(xiàn)：泡沫抑塵劑的黏度遠(yuǎn)高于水，而經(jīng)過泡沫抑塵劑處理后塵樣的滲透性、保水性和固化效果遠(yuǎn)優(yōu)于水。分析其綜合原因是：泡沫抑塵劑中添加表面活性劑后其表面張力降低，改善了其滲透性，揚(yáng)塵容易被潤濕；泡沫抑塵劑的黏度高，使土顆粒間的凝聚性增強(qiáng)，從而使其穩(wěn)固性增強(qiáng)，抗壓性強(qiáng)；且泡沫抑塵劑中添加有保水劑甘油，減少了水分的蒸發(fā)，起到了吸濕保水的作用，使其保水效果遠(yuǎn)優(yōu)于水。

3.3 泡沫抑塵劑抑塵效果的應(yīng)用研究

為了檢驗(yàn)泡沫抑塵劑的抑塵效果，需考慮在實(shí)際應(yīng)用場景中，如在不同風(fēng)速、雨水侵蝕、溫度條件下經(jīng)泡沫抑塵劑處理后塵樣的各項(xiàng)指標(biāo)，即泡沫的穩(wěn)定性、抗風(fēng)蝕性、抗雨水侵蝕性和抗蒸發(fā)性，以此來進(jìn)一步驗(yàn)證泡沫抑塵劑對揚(yáng)塵的治理效果。

3.3.1 泡沫的穩(wěn)定性

從發(fā)泡設(shè)備噴射出的泡沫，在空中飛行一段距離并捕捉揚(yáng)塵后落在地面上，會在地面粉塵上堆積成厚厚的泡沫層，從而將地面粉塵嚴(yán)密覆蓋。在室溫和風(fēng)速為v=8 m/s環(huán)境下泡沫覆蓋層厚度隨時(shí)間的變化規(guī)律，見圖5。

由圖5可知：噴灑的泡沫覆蓋層的起始厚度約為125 mm，約105 min后其厚度仍高于30 mm[見圖5(a)]，這說明噴灑該泡沫后在室溫、近似無風(fēng)的環(huán)境下，泡沫的覆蓋時(shí)效久、穩(wěn)定性好[見圖5(a)]；在8 m/s風(fēng)速吹蝕下，泡沫覆蓋層厚度隨時(shí)間呈現(xiàn)線性遞減變化，15 min后其厚度仍大于30 mm[見圖5(b)]，這說明在五級風(fēng)的環(huán)境下泡沫仍具有一定的抗風(fēng)性能。這是由于泡沫抑塵劑中添加有無機(jī)鹽氯化鈉，而無機(jī)鹽可以增加泡沫的穩(wěn)定性，因此噴射的泡沫在外界環(huán)境影響下仍具有一定的穩(wěn)定性。泡沫不僅能夠捕捉落在其上的揚(yáng)塵而使其失去再次飛揚(yáng)能力，待其完全破滅后還能夠潤濕地面粉塵，這便大大提高了其抑塵效果和抑塵效率。

圖5 在室溫和風(fēng)速為v=8 m/s環(huán)境下泡沫覆蓋層厚度隨時(shí)間的變化圖

3.3.2 抗風(fēng)侵蝕性

待泡沫完全破滅后，模擬了一定風(fēng)速下不同處理方式后塵樣的抗風(fēng)蝕性能。采用鼓風(fēng)機(jī)模擬不同風(fēng)速(11 m/s、15 m/s、20 m/s，分別對應(yīng)六、七、八級風(fēng))下3種處理方式后塵樣經(jīng)歷5 min的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同風(fēng)速下3種處理方式后塵樣的抗風(fēng)侵蝕性試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知：對于采用防塵網(wǎng)、泡沫抑塵劑、干燥3種處理方式，每個(gè)塵樣樣品的質(zhì)量差、平均質(zhì)量損失率均隨著風(fēng)速的增大而增大，其抑塵效率隨風(fēng)速的增大而減小。這其中，鋪設(shè)防塵網(wǎng)的塵樣的平均質(zhì)量損失率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噴灑泡沫抑塵劑后塵樣，如在高達(dá)20 m/s的風(fēng)速環(huán)境下，噴灑泡沫抑塵劑的抑塵效率仍高于97%；噴灑該泡沫抑塵劑后塵樣5 min風(fēng)蝕后的質(zhì)量差仍較小(低于0.3 g)，而其平均質(zhì)量損失率只為其鋪設(shè)防塵網(wǎng)的1/40;將噴灑泡沫抑塵劑后塵樣經(jīng)50℃恒溫干燥箱干燥4 h后，在20 m/s的風(fēng)蝕下其抑塵效率仍高于94%，這是由于泡沫在破滅后形成的液體滲透并潤濕了揚(yáng)塵，且泡沫抑塵劑的黏度高，使揚(yáng)塵間的黏結(jié)性變強(qiáng)，顆粒增大，不易被風(fēng)吹走；而防塵網(wǎng)本身具有一定的空隙，對于粒徑細(xì)小的揚(yáng)塵在強(qiáng)風(fēng)的吹蝕下極易被吹走，且隨著風(fēng)速的增大其質(zhì)量差越來越大，故平均質(zhì)量損失率高、抑塵效率低。

3.3.3 抗雨水侵蝕性

噴灑泡沫劑與水的塵樣抗雨水侵蝕性試驗(yàn)效果，如圖6所示。

圖6 噴灑泡沫抑塵劑與水的塵樣抗雨水侵蝕性試驗(yàn)效果圖

經(jīng)試驗(yàn)測試可知，噴灑泡沫抑塵劑塵樣的質(zhì)量損失率為1.38%，噴灑水塵樣的質(zhì)量損失率為29.48%，表明噴灑泡沫抑塵劑比噴灑水的塵樣抗沖刷性強(qiáng)、粉塵顆粒間的黏結(jié)性強(qiáng)，這是由于：一方面，該泡沫抑塵劑成分中的物質(zhì)本身具有一定的黏性，且甘油分子間有大量的氫鍵，經(jīng)水混合后氫鍵增多，其黏度增大，而噴灑泡沫抑塵劑的塵樣經(jīng)干燥后，粉塵顆粒間的聚結(jié)性增強(qiáng)，黏結(jié)成團(tuán)；另一方面，泡沫抑塵劑與塵樣混合干燥后，其具有一定的凝固性，在雨水沖刷狀態(tài)下，需要一定的沖刷力才能使其降解融化；且由抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明，經(jīng)泡沫抑塵劑處理后的塵樣穩(wěn)固性強(qiáng)，從而不易被雨水沖刷而流失。從圖6中表面徑流現(xiàn)象來看，噴灑泡沫抑塵劑的塵樣其整體較完整，僅部分出現(xiàn)溝壑現(xiàn)象；而噴灑水的塵樣大部分發(fā)生了遷移，且隨著噴淋時(shí)間的增加，其被沖刷的流失量逐漸增加。因此，該試驗(yàn)結(jié)果表明：在噴灑泡沫抑塵劑后，其揚(yáng)塵在干燥狀態(tài)下具有較強(qiáng)的固結(jié)性，且在模擬降雨環(huán)境下，其抗雨水沖刷性也明顯增強(qiáng)。

3.3.4 抗高溫蒸發(fā)性

50℃高溫環(huán)境下噴灑泡沫抑塵劑與水后塵樣的失水率對比，見圖7。

圖7 50℃高溫環(huán)境下噴灑泡沫抑塵劑與水后塵樣的失水率對比圖

由圖7可見：噴灑泡沫抑塵劑和水處理后塵樣的失水率均隨著時(shí)間的增加而快速增大，其中經(jīng)水處理后塵樣的失水率在前5 h內(nèi)近似呈線性增加，完全失水后保持水平直線不變；而經(jīng)泡沫抑塵劑處理后塵樣的失水率則隨時(shí)間呈緩慢增加趨勢，具有“Z”形上下波動性，說明該泡沫抑塵劑具有一定的吸濕保濕性；在相同時(shí)間，噴灑水處理后塵樣的失水率高于噴灑泡沫抑塵劑塵樣的失水率；在5 h后，噴灑水處理后塵樣的失水率保持穩(wěn)定，失水率為100%，表明揚(yáng)塵已成干燥狀態(tài)；而噴灑泡沫抑塵劑處理后塵樣的失水率在8 h后趨于穩(wěn)定，其失水率為93.85%，而此時(shí)塵樣的含水率為6.15%。這是因?yàn)榕菽謮m劑中添加有保水劑，可在粉塵表面形成了一層薄膜，減少了水分的蒸發(fā)，所以其失水率較低。由此可見，在50℃高溫環(huán)境下，噴灑該泡沫抑塵劑后塵樣對水分的抗蒸發(fā)性具有一定的抑制作用，能保持塵樣含水率大于4%的時(shí)間達(dá)到了8 h以上。

4 結(jié) 論

針對建筑揚(yáng)塵的治理，提出了泡沫抑塵新技術(shù)，介紹了其抑塵原理，并以發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、保水劑為原料，配制出具有良好性能的泡沫抑塵劑，經(jīng)試驗(yàn)得到如下結(jié)論：

(1) 以發(fā)泡性和穩(wěn)泡性為指標(biāo)，通過正交實(shí)驗(yàn)選出性能相對較優(yōu)的泡沫抑塵劑配方，即質(zhì)量濃度1%的K12A、0.8%的NaCl、0.8%的甘油，該配方的泡沫抑塵劑發(fā)泡量大、消泡率低。

(2) 所制備的泡沫抑塵劑相比自來水而言，其黏度更大，約為水的2倍；在短時(shí)間內(nèi)該泡沫抑塵劑的滲透性優(yōu)于水，潤濕性強(qiáng)；在溫度為23～32℃環(huán)境下，該泡沫抑塵劑能保持180 h以上不易造成揚(yáng)塵污染，保水性強(qiáng);該泡沫抑塵劑固化效果好，經(jīng)該泡沫抑塵劑處理后塵樣的抗壓強(qiáng)度約為0.501 MPa，是水處理后塵樣抗壓強(qiáng)度的5倍左右。

(3) 對噴灑在粉塵上堆積的泡沫進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明：在室溫環(huán)境下，泡沫的初始覆蓋層厚度約為125 mm，約2 h左右才完全破滅，覆蓋時(shí)效長；在模擬五級風(fēng)吹蝕下，泡沫覆蓋層的平均厚度在18 min后減小至20 mm左右，但仍對粉塵起到覆蓋抑塵作用。

(4) 通過抗風(fēng)侵蝕性、抗雨水侵蝕和抗高溫蒸發(fā)性等模擬試驗(yàn)對該泡沫抑塵劑的抑塵效果進(jìn)行了應(yīng)用研究，結(jié)果表明：在20 m/s的風(fēng)速環(huán)境下，其抑塵效率仍高于97%，經(jīng)泡沫抑塵劑處理后塵樣的平均質(zhì)量損失率為鋪設(shè)防塵網(wǎng)的1/40，其抗風(fēng)蝕性強(qiáng)；經(jīng)50℃恒溫干燥箱干燥4 h后，其抑塵效率仍高于94%；經(jīng)泡沫抑塵劑處理后塵樣的質(zhì)量損失率約為1.38%，而經(jīng)灑水處理后塵樣的質(zhì)量損失率約為29.48%，前者抗雨水侵蝕性遠(yuǎn)好于后者；在模擬50℃高溫環(huán)境下，噴灑該泡沫抑塵劑后塵樣對水分的抗蒸發(fā)性具有一定的抑制作用，能保持塵樣含水率大于4%的時(shí)間達(dá)到了8 h以上。