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、難以滿足高寒地區工程建設的需求等問題，采取試驗研究與理論分析相結合的方法，開展了聚氨酯固沙劑的制備及其在凍融循環條件下固結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%的固結體試樣，在凍結溫度為-20℃、融解溫度為20℃條件下分別進行5、10、15、20、25次凍融循環試驗，測定不同固沙劑摻量條件下凍融循環作用后固結體的強度損失與質量損失，并在此基礎上利用掃描電鏡從微觀角度分析固結體內部結構的變化，探討凍融循環條件下聚氨酯固沙材料的損傷劣化機制。結果表明：在凍融循環作用下，聚氨酯固沙體的抗壓強度與固體質量的變化主要與固沙劑的濃度有關，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，能夠抵抗凍融循環的破壞作用。

關鍵詞：聚氨酯；固沙材料；凍融循環；微觀機理

隨著工程建設的加速推進，邊坡坡面失穩、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，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工程治沙技術、新型生物治沙技術以及化學固沙技術。其中，化學固沙技術得益于新型高分子材料科學的飛速發展，成本低、見效快、施工簡便，引起國內外學者的廣泛關注。

國外學者Nachio Minoura等利用低黏環氧樹脂固結松散沙土體并獲得成功：Reza ziaie-Moayed等對比了水泥和環氧樹脂對鹽堿土固結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強度特性。國內學者杜峰等通過預聚體法制備了淀粉改性水性聚氨酯環保型沙土固結劑，并研究了淀粉用量對固結劑乳液及其所成膠膜性能的影響；劉瑾等研發了3種聚氨酯型沙土固結劑，并對改性土的強度、抗沖刷性、抗風蝕性等進行了室內試驗研究：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抗凍性優于其他同類化學固沙劑；姚文藝等研究發現，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固沙護坡應用進行了研究。

然而，國內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合的方法，研究聚氨酯固沙材料的制備及其在凍融循環條件下固結體物理力學性能。