環(huán)保型抑塵劑在公路臨時(shí)護(hù)坡中的應(yīng)用研究

廖 瑩 劉國棟 鄒肖肖 陳文舉 錢遠(yuǎn)順

（1.山東高速交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250013；2.山東高速魯西南產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司，山東 菏澤 274031；3.山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

某公路臨時(shí)護(hù)坡堆放時(shí)間約為半年，平時(shí)采用防護(hù)網(wǎng)的措施進(jìn)行防護(hù)，表面土體的風(fēng)化及顆?；^為明顯，在大風(fēng)天氣下較易產(chǎn)生粉塵。產(chǎn)生的粉塵一般可分為兩類：直徑大的稱為降塵，份量重所以容易沉降；直徑小的稱為飄塵，它以氣溶膠形式長(zhǎng)期飄浮在空氣中，人們?nèi)庋劭床坏?。粉塵中含有多種重金屬，飄塵能夠吸附各種有毒物質(zhì)，其中有的是致癌物質(zhì)。在雨水天氣下，風(fēng)化及顆?；谋砻嫱馏w較易產(chǎn)生細(xì)顆粒而被沖刷流失，導(dǎo)致護(hù)坡作用降低。通常采用密目網(wǎng)罩覆蓋、霧化噴淋灑水等措施控制揚(yáng)塵。但反復(fù)灑水將加劇裸露地表的自然風(fēng)化速率，從而更容易產(chǎn)生呼吸性粉塵。國內(nèi)外部分工地利用新型抑塵劑噴灑在裸露地表來控制施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵[1-3]，取得了較好效果。

針對(duì)臨時(shí)護(hù)坡?lián)P塵特點(diǎn)，本文介紹了一種新型環(huán)保抑塵劑，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)灑布試驗(yàn)，灑布完后不僅可以在5~6h 迅速在護(hù)坡表面形成較為明顯的結(jié)膜結(jié)殼效果，起到防塵抑塵的效果，且結(jié)膜后抵抗風(fēng)雨的能力較好，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)使用性能并不會(huì)產(chǎn)生大的衰減，長(zhǎng)期使用性能較好。

1 抑塵劑作用機(jī)理

抑塵劑是由新型多功能高分子聚合物組合而成。屬于化學(xué)抑塵劑的一類，聚合物分子間的交聯(lián)度會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)分子間存在各種離子基團(tuán)，能與離子之間產(chǎn)生較強(qiáng)的親合力。它的作用機(jī)理是通過捕捉、吸附、團(tuán)聚粉塵微粒，將其緊鎖于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)，起到濕潤(rùn)、粘接、凝結(jié)、吸濕、防塵、防浸蝕和抗沖刷的作用[7]。抑塵劑具有良好的成膜特性，可以有效地固定塵埃并在物料表面形成防護(hù)膜。

2 現(xiàn)場(chǎng)灑布試驗(yàn)

為了檢測(cè)該新型抑塵劑的實(shí)際效果，采取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段的形式，現(xiàn)場(chǎng)配置抑塵劑溶液并采取噴灑車灑布，對(duì)其試驗(yàn)效果進(jìn)行為期一周的實(shí)時(shí)追蹤，并與未灑布的空白試驗(yàn)段進(jìn)行對(duì)比分析，由此評(píng)價(jià)該抑塵劑的效果。

此次試驗(yàn)段抑塵劑材料外表為白色粉末狀，將抑塵劑與水按照質(zhì)量比1∶200的比例在移動(dòng)式灑布車上進(jìn)行摻配攪拌，由人工操作噴灌頭，保證灑布車能夠以一種較為均勻的方式灑布到護(hù)坡的所有位置。試驗(yàn)段數(shù)據(jù)采集部位主要為護(hù)坡坡腳、坡頂和一部分邊坡，且在相連的護(hù)坡留一段接近5m的空白段，空白段保持原狀，不進(jìn)行灑布抑塵劑和灑水操作，在灑布段和空白段之間用一根竹竿劃分，竹竿局部嵌入護(hù)坡，使之不易被大風(fēng)或者雨水沖掉。具體的灑布現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1所示。

圖1 移動(dòng)灑布車及人工控制灑布

3 抑塵劑試驗(yàn)效果對(duì)比分析

3.1 灑布抑塵劑初期效果

如圖2 所示，在未灑布抑塵劑之前，護(hù)坡表面多為顆粒較大的土石塊，表面凹凸不平，且護(hù)坡接近坡頂?shù)奈恢猛令w粒較為細(xì)小，在接近坡腳的位置土石顆粒較大，護(hù)坡整體粗糙度很大，表面土體顆粒之間的粘結(jié)性幾乎沒有，很容易被大風(fēng)或者是雨水天氣破壞護(hù)坡表面的整體狀況。這種情況一方面由于較大的土石顆粒自重較大從上方滑落，另一方面上方細(xì)顆粒受大風(fēng)雨水等天氣影響流失，導(dǎo)致上方較大的土顆粒裸露出來，隨后滾落到護(hù)坡下部，使得下部大顆粒聚集情況嚴(yán)重。

圖2 護(hù)坡土石顆粒分布情況

初期灑布抑塵劑水溶液后，護(hù)坡表面近乎于灑水處理，此時(shí)抑塵劑的作用效果僅是將護(hù)坡表面的一層土體潤(rùn)濕，一定程度上消除了因?yàn)樘鞖庋谉釋?dǎo)致的護(hù)坡土體表面的干裂情況，同時(shí)將緊鄰的土顆粒通過水溶液水膜介質(zhì)連接到一起，為后續(xù)抑塵劑發(fā)揮作用提供了反應(yīng)基礎(chǔ)。抑塵劑噴灑前后土體表面效果如圖3所示。

圖3 抑塵劑噴灑前后土體表面效果

3.2 灑布抑塵劑6h后的現(xiàn)場(chǎng)效果

當(dāng)抑塵劑灑布6h 后，其護(hù)坡表面均不同程度地形成了一層較為明顯的結(jié)膜，將表面土體緊緊地保護(hù)了起來，形成一種類似于防護(hù)網(wǎng)的保護(hù)體系（如圖4 所示），將護(hù)坡表面與大氣中的風(fēng)力或者雨水阻隔起來，從而起到保護(hù)護(hù)坡表面土顆粒，防止揚(yáng)塵或者粉塵的效果。

圖4 噴灑抑塵劑前后坡腳土顆粒表面效果

對(duì)于坡腳而言，由于坡腳處較大土顆粒較多，灑布的抑塵劑水溶液很難將其完全覆蓋滲透，所以理論上坡腳處抑塵劑起到的效果最不明顯。但實(shí)際上還是可以很明顯地看到在坡腳處形成了一層分散的、龜裂的網(wǎng)狀殼層，將殼層下的土顆粒包裹起來，同時(shí)在較大土顆粒之間也形成了基于下部顆粒連接成團(tuán)的整體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其抵抗風(fēng)力和雨水沖刷的能力。噴灑抑塵劑后坡腳土顆粒表面效果如圖4所示。

對(duì)于坡面上部及坡頂而言，其坡面多為細(xì)顆粒土，灑布抑塵劑后坡面成膜效果非常顯著，在坡面上部形成的結(jié)膜細(xì)密，完整覆蓋在護(hù)坡表面形成一層致密的保護(hù)網(wǎng)，可以有效保護(hù)坡面。坡面上部表面結(jié)膜效果如圖5 所示。對(duì)于坡頂表面，由于其表面初始相對(duì)平整，大顆粒較少，所以結(jié)膜效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于坡腳及坡面上部的護(hù)坡表面。如圖6所示。

圖5 坡面上部表面結(jié)膜效果

圖6 坡頂表面結(jié)膜效果

3.3 灑布抑塵劑7d后的現(xiàn)場(chǎng)效果

在灑布抑塵劑1 周內(nèi)，該試驗(yàn)段經(jīng)歷了一次中等程度的降雨沖刷，期間還經(jīng)歷了一次長(zhǎng)達(dá)半天的藍(lán)色等級(jí)大風(fēng)，該試驗(yàn)段周圍的日平均溫度達(dá)到了24℃，平均風(fēng)力等級(jí)為3~4級(jí)。

對(duì)于道路護(hù)坡一側(cè)而言，可以較為直觀地看出使用抑塵劑后留下的整體性膜狀結(jié)構(gòu)，比較均勻地覆蓋在護(hù)坡表面，表面的土顆粒得到有效的保護(hù)，從圖7 可以看出護(hù)坡表面未受到明顯的風(fēng)化或是雨水沖刷。

圖7 結(jié)膜良好的坡面

對(duì)于護(hù)坡頂面而言，其表面成膜的效果遠(yuǎn)大于在邊坡坡腳或是坡面上部的表層成膜效果，但或因?yàn)槠旅孑^為平坦，接受太陽照射的烈度更大，坡面水分蒸發(fā)劇烈導(dǎo)致其出現(xiàn)干旱的典型特征——龜裂的程度更為嚴(yán)重。

從圖8 可以看出，坡面的整體結(jié)膜效果良好，即使是因?yàn)楦珊祵?dǎo)致的路面龜裂影響了其結(jié)膜的整體性，但是在每一塊龜裂的板塊上依舊可以看出其表面成殼的效果顯著，每一塊板塊都是一個(gè)整體，其表面的土顆粒在抑塵劑的作用下抱團(tuán)結(jié)網(wǎng)成膜，從而起到了防塵、抑塵的作用。

圖8 坡頂表面整體結(jié)膜效果

4 抑塵劑效果評(píng)價(jià)

通過現(xiàn)場(chǎng)抑塵劑灑布試驗(yàn)和長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)，得到以下評(píng)價(jià)結(jié)論：

（1）抑塵劑結(jié)膜特性良好，生效快。灑布抑塵劑后5~6h即可以在道路護(hù)坡表面形成一層較為明顯的結(jié)膜結(jié)殼效果，起到防塵抑塵的效果。在護(hù)坡上部及護(hù)坡頂面等細(xì)顆粒較多的表面成膜效果尤為明顯，在粗顆粒及土石塊較多的護(hù)坡下部也可以通過將大顆粒下部與土坡淺層相連接的方式固定成整體，從而起到有效的防塵抑塵效果。

（2）抑塵劑長(zhǎng)期使用性能良好。從該抑塵劑試驗(yàn)段為期一周的實(shí)地追蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，第一天表面基本成膜開始發(fā)揮作用，在經(jīng)過一周的時(shí)間之后，其護(hù)坡表面的成膜效果依舊明顯，表面土顆粒的整體性依舊保持良好，體現(xiàn)出了比較好的長(zhǎng)期使用能力。

（3）抑塵劑耐久性良好。在試驗(yàn)段實(shí)地監(jiān)測(cè)的一周之內(nèi)，經(jīng)歷了一場(chǎng)中雨的沖刷以及藍(lán)色大風(fēng)天氣后，復(fù)查其護(hù)坡表面并未有明顯的雨水沖刷留下的水道痕跡，依舊保留著生效1d 后的結(jié)膜整體狀態(tài)，護(hù)坡上部細(xì)顆粒土仍舊牢牢的吸附在護(hù)坡上，且其表面依舊保持一定的光滑，體現(xiàn)出較好的抑塵防塵能力。

5 結(jié)束語

綜上所述，該環(huán)保型抑塵劑具備較好的現(xiàn)場(chǎng)使用性能，結(jié)膜效果顯著且結(jié)膜后抵抗風(fēng)雨的能力較好，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)性能并不會(huì)產(chǎn)生大的衰減，長(zhǎng)期使用性能較好，滿足一般的道路護(hù)坡需求，且具備推廣價(jià)值。