XH固沙剂在青海湖沙漠地区的试验研究 腾格里沙漠治理
时间：2019-05-21 03:19:51 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文主要对XH固沙材料在沙漠地区中选择沙丘较高，风速较大的迎风坡流沙面进行每平方米喷播不同用量的XH固沙材料，来研究它的渗透性，耐水性，保水性，耐老化性，抗冻融稳定性和耐风蚀能力等进行不定期的观测研究来选择最佳XH用量的固沙效果，便于在今后推广应用时为治理沙漠工程提供有力保障。
Abstract: This paper seeds different amount of XH sand solidification materials to per square of windward slope quicksand with higher sandbank and larger wind speed in the desert region to study its permeability, water resistance, water retention, anti-aging, anti-freeze-thaw stability and wind erosion resistance capacity and the sand solidification effect with the optimal XH, in order to provide strong protection to its application to desert management projects in the future.
关键词：固沙剂；沙丘；迎风坡；性能实验；沙漠工程治理
Key words: sand solidification agent；dunes；windward；performance test；desert management project
中图分类号：F205 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）03-0327-02
0 引言
对于目前我国西部及西北部沙漠化水土流失严重，仅在西北部地区沙漠化每年以2460万平方公里的速度推进，约四分之一的国土已经变成荒漠，同时，沙尘暴的爆发频率也越来越高，强度也越来越大。沙漠化每年给国家造成的直接经济损失竟高达540亿元，严重的制约了社会经济的发展，成为重大的国际性生态环境问题。要遏制日益猖獗的沙漠化势头，最有效的途径就是种草种，保水固沙。因此，沙漠化治理已经成为国民经济建设中义不容辞的任务之一。
国外，化学固沙研究始于20世纪30年代，到50年代已有较大的发展。60年代，国内出现了化学固沙和植物固沙的研究，在化学固沙方面取得了一定的效果，但是植物固沙的研究取得了显著的成果。如沙坡头铁路沿线，通过多年不懈的努力，运用草方格和多种沙漠植物及栽育林带进行固沙，使铁路和公里的畅通无阻给国民经济的建设带来了巨大的经济成果，同时使沙漠变成了绿洲，到现在已是有名的沙漠旅游景点。如今，科学技术的突飞猛进使得国民经济建设的步伐越来越快，在环境恶劣，降雨稀少的干旱和半干旱的沙漠腹地，建设一条横穿沙区的公路和铁路以及在文物沙害防治中不易建立植被的沙漠地区，由于植物固沙工程造价越来越高，施工难度较大，基本都是手工操作，不但费时，费工，费料，而且施工较慢，造成大量浪费人力，物力和财力等。在较大面积的防沙固沙体系中，运用人力，物力和财力来起到防沙效果时变得越来越难，因此，国外从20世纪30年代起，国内从60年代起，出现了化学固沙的研究和实验，并且都取得了一定的效果。随着时间的推移，科学技术不断的创新，新兴化学产品的不断问世，化学固沙材料研制和开发的越来越好，不但携带方便，价格低廉，施工简单等特点，在沙漠工程及防沙体系中都取得了较好的发展。
1 实验原理及材料选择
1.1 实验原理 化学固沙，就是在易发生沙害的沙漠周边地区和横穿沙漠地区的公路，铁路以及容易被沙害覆盖的文物保护区外，喷洒有机高分子聚合物粘结材料，把松散的沙粒粘接起来，形成固结层，防止风力对沙粒的吹扬和搬运，起到固定流沙的效果。
由于固沙材料具有粘结性，沙粒虽然紧密堆积在一起，仍存在微小孔隙8μm以上，一旦固沙液喷至流沙表面，小于8μm的液滴便渗入沙体与沙粒粘结，待其固化后，流沙得以固定。除了简单粘结作用外，还存在一些复杂的固结因素，如固化剂颗粒存在电性或还有一定功能团，它们与沙粒之间会产生电荷作用，分子内力作用，形成连续或非连续网状结构，将沙粒牢固的粘结在一起。
1.2 材料选择 目前，世界上已有46个国家研制出100多种化学制剂，用于流沙及土壤的改良主要有以下四大类：水泥浆、水玻璃类、石油产品类和高分子聚合物高吸水树脂类。水泥浆用于固沙仅仅利用了其喷洒在沙面上凝结固化后的覆盖作用。由于沙漠气候较干燥，温度高，水分蒸发迅速，水泥浆缺乏足够的水分无法完全水化，只能形成强度很低的固结层，随着恶劣气候和沙丘迁移的影响，固结层发生龟裂，干缩而失去固沙和保水的作用，所以现在几乎不单独使用水泥浆进行固沙。水玻璃浆是水玻璃和酸性反应剂构成的，在强碱条件下发生凝胶固结，胶凝时间短，渗透性差，固化反应不完全，固结层强度低，所以研究者对水玻璃添加有机和无机胶凝材料进行复合，使水玻璃改性为适于喷洒的液态复合水玻璃浆液固沙剂，但也有好多不足之处，如：胶凝时间不宜控制、胶凝不均匀、固结层强度不高、并且有一定的毒性。石油产品类固沙剂取材较广，用于治沙的主要有乳化沥青，直接把它喷洒在沙面即可，能起到保持沙漠水分，吸收太阳热，提高植物成活率等功能。但这种固沙剂也存在许多问题，如：渗透深度小，在沙面形成弱而薄的封闭层，所以强度不高，稳定性不好。其次，固结层容易变脆、发硬、发生老化而开裂容易被风掏蚀。高分子聚合物高吸水树脂类固沙材料是如今研究的热点之一。许多国家在研究开发高吸水性树脂进行固沙实验，已开发较好的材料有淀粉接枝丙稀腈、淀粉接枝聚丙稀酸类、纤维素类、聚丙稀酸盐、醋酸乙烯类等。使用高吸水树脂类固沙材料具有固结强度高、吸水保水性好、固化快、粘结性好、有的具有弹性和高稳定性等点。由于高分子聚合物生产成本高，原料来源和生产工艺等方面受到限制以及有些有机高分子有毒等，未能广泛应用，但它们具有化学固沙的潜力。除上述四大类外，也有用废塑料、纸浆废液、草浆黑液等溶解或乳化改性加入添加剂配制而成的固沙材料，目前处在实验研究阶段。 近年来，沙漠科研工作者通过实验室及野外喷洒研究，筛选出较典型的化学固沙剂如：LVP，WBS，STB等一系列的固沙剂和兰州大学研制开发的高分子岩土胶结材料CD等，通过在沙漠公路地区做防治风沙流的对比试验后，都取得了它的成果，但都没有推广应用。而大多化学固沙剂仅处于实验室研究阶段，未能运用到沙漠治理中。
本实验采用的固沙材料是兰州星火化工研究所研制开发的各种性能较好的XH固体和液体两种固沙材料。本实验主要通过在沙漠沙丘进行每平方米不同用量的喷洒，来不定期的观察它的固沙效果。
2 试验区概述
试验区选择为青海省青海湖东岸沙漠地带进行。该地区年均温在1.1℃～0.3℃之间，全年降水量是412.8毫米，全年蒸发量达1502毫米，全年多在西风控制之下。冬春风速最大，夏秋季较小。为高原大陆性气候，光照充足，日照强烈；冬寒夏凉，暖季短暂，冷季漫长，春季多大风和沙暴；雨量偏少，雨热同季，干湿季分明。
3 试验结果
3.1 试验方法 XH固体和液体固沙剂，选择在较大沙丘迎风坡比较平缓约20°-30°的坡面上进行现场试验。试验场面积为300平方米，分为10小块，每块30平方米，并做了明显的标记。喷洒时由于考虑到水源供给的关系，沙丘选择在距水源约300m的地方，把小型潜水泵接在400m长的塑料管上，直接把水打入放在沙丘上的四个塑料大桶内，每个桶内注清水约20公斤，由于目的是选择XH固体和液体固沙剂最佳用量的固沙效果，沙漠中水是宝贵的资源，在研制中通过不断的做稀释和渗透试验，确定为每平方米沙面喷洒2.5公斤稀释后的水溶液最适合HXH固沙剂稀释。试验时，XH固沙剂每平方米沙面固体用30g、35g、40g、45g、50g和液体用100g、200g、300g、400g、500g各五种不同比例的用量，制成水溶液依次均匀的喷洒在标好的10块沙坡上，喷洒时喷头距沙面1.5m左右，来不定期的观察它们的各种性能。
3.2 试验结果 喷洒是在早晨进行，喷洒期间气温15°C左右，当天最大气温30°C左右最大风速5m/s，下午观测表面已有很好的固结层。到60天时去观察，除HXH固体固沙剂在每平方米30g的用量时，表面有风蚀痕迹外，其余喷洒过的地方都无变化。固体固沙剂的固结层厚从2.5mm到6.5mm左右，液体固沙剂的固结层厚从10mm到55mm左右，不但人在上面随便踩踏，而且喷洒期间没草的地方都长出了小草，使固沙剂具备了很好的渗透能力和保水能力。
为了更好的观察XH固沙剂的各种性能，经过两年春、夏、秋、冬四季不同气温影响后，观察到固沙剂固沙效果如表1、表2所示。
从现场观察来看，XH固沙剂不但在沙漠工程及防沙体系中所具备的一系列条件外，而且固沙成本低，除XH固体用量>40g以及XH液体用量>400g时，成本高于1元每平方米外，其余都低于1元，并且都低于草方格的价钱，所以它的综合效益是非常可观的。
4 结论
试验结果表明，通过在环境恶劣的沙漠地区喷洒XH固沙材料，它的抗老化性、渗透性，耐水性，保水性，抗冻融稳定性和抗风蚀能力都比较强，并且具有无毒，携带方便，价格低廉、施工简单、无污染等特点，所以是理想的固沙材料，因此适合在沙漠工程及防沙体系中推广应用。为沙漠工程及防沙体系起到有利的保障。
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