化學(xué)固沙材料淺析康向光 陳 琳 韓章勇

張曉峰 陳兵

摘 要

化學(xué)固沙屬于三大固沙手段之一，化學(xué)固沙材料能夠讓流沙表面形成固沙層，這也使化學(xué)固沙材料在防治荒漠化中得到了大量使用。但是由于目前化學(xué)固沙材料在使用中還存在一定缺點(diǎn)，所以這時(shí)對(duì)于化學(xué)固沙材料進(jìn)行創(chuàng)新和研究成了固沙材料的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞

化學(xué)固沙材料;研究;淺析

中圖分類號(hào)： X171.1 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.075

目前全球性較為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題就是土地荒漠化現(xiàn)象，荒漠化較為嚴(yán)重的國(guó)家主要分布在亞洲，非洲和拉丁美洲等發(fā)展中地區(qū)。在這些地區(qū)中中國(guó)屬于荒漠化最為嚴(yán)重的國(guó)家，同時(shí)沙漠化和荒漠化所產(chǎn)生的危害相同。

1 化學(xué)固沙的原理

所謂化學(xué)固沙材料就是能夠有效固結(jié)流沙表面的化學(xué)材料，化學(xué)固沙主要是在流沙表面噴灑具有化學(xué)性質(zhì)的膠狀物體來(lái)固定流沙，能夠在流沙表面形成具有一定強(qiáng)度，韌性的固結(jié)層。這類固結(jié)層不但能夠避免風(fēng)力侵蝕，還能夠更好的鎖住流沙下部的水分，從而更好地控制沙漠化災(zāi)害。

化學(xué)固沙材料具有一定的粘連性，沙粒之間屬于較為緊密的個(gè)體，但是個(gè)體與個(gè)體之間還存在一定的空間。在化學(xué)固沙材料噴灑到流沙外部之后，一些小于8微米的液體便會(huì)滲入到沙粒中與沙礫產(chǎn)生粘連，而一些大于8微米的液體將會(huì)在流沙外部形成固結(jié)。化學(xué)固沙材料不但具有粘連作用，還能夠在電荷作用下對(duì)沙粒產(chǎn)生影響，激發(fā)分子內(nèi)力作用，從而形成相應(yīng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使沙粒能夠緊密連接在一起。在進(jìn)行沙漠化防治的過(guò)程中，要使用化學(xué)固沙材料提升沙漠化防治效果，化學(xué)固沙材料可以按照化學(xué)原料來(lái)進(jìn)行分類，將其分為天然化學(xué)固沙，人工化學(xué)固沙以及合成化學(xué)固沙材料三種。而按照化學(xué)固沙材料的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分類則可以分為無(wú)機(jī)膠凝固，有機(jī)膠凝固以及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合沙材料三種。

2 化學(xué)固沙材料的優(yōu)

化學(xué)固沙主要是在流沙外部噴灑化學(xué)粘連材料，并在流沙外部形成固結(jié)層，使較為松散細(xì)碎的沙粒粘連在一起，更好的避免風(fēng)力吹散沙粒產(chǎn)生沙漠化災(zāi)害。對(duì)于化學(xué)固沙材料的使用能夠提升抗風(fēng)濕性和鎖水性，化學(xué)固沙材料具有一定的強(qiáng)度和韌性。化學(xué)固沙材料在噴灑至流沙外部的時(shí)候會(huì)形成固結(jié)層，如果一部分固結(jié)層受到破壞，只會(huì)損壞該部分的固結(jié)能力卻不會(huì)影響到其他部分的固結(jié)性能。

3 化學(xué)固沙材料的類型

3.1 無(wú)機(jī)膠凝固沙材料

首先，無(wú)機(jī)膠凝固沙材料中水泥漿類固沙材料主要是噴灑在流沙表面，形成凝結(jié)固化從而構(gòu)成避免流沙被風(fēng)吹起的覆蓋層。在沙漠地區(qū)由于該地區(qū)氣候較為干燥，因此在夏季沙面溫度極高，水泥漿類固沙材料沒(méi)有足夠的水分融化，只能形成厚度一般的固結(jié)層。而在水分蒸發(fā)后水泥漿類固結(jié)材料較為脆弱，這種固結(jié)材料柔性大大降低，因此在沙漠中會(huì)受到惡劣氣候的干擾，產(chǎn)生龜裂降低水泥漿類沙材料的整體效果，從而失去其固沙作用。

其次，無(wú)機(jī)膠凝固沙材料中水玻璃類固沙材料的成本較低，同時(shí)無(wú)毒無(wú)害，這種固沙材料在我國(guó)使用歷史中已經(jīng)存在了數(shù)百年。我國(guó)在過(guò)去所使用的水玻璃固沙材料主要是由水玻璃以及酸性劑所構(gòu)成的，這種固沙材料在遇到堿性條件下會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象，但這種凝結(jié)現(xiàn)象的時(shí)間不夠穩(wěn)定，同時(shí)透水性較弱，無(wú)法完全產(chǎn)生固化反應(yīng)，這也使這種固結(jié)材料在流沙表面覆蓋后強(qiáng)度較低，容易受到沙漠氣候的侵蝕。

最后，無(wú)機(jī)凝膠固沙材料中石膏類固沙材料能夠加速沙漠內(nèi)部植物的生長(zhǎng)速度，提升沙漠植物成活率。石膏材料不但能夠有效固定流沙，同時(shí)還具有一定的養(yǎng)分，這些養(yǎng)分能夠被沙漠植物所吸收。石膏類固沙材料的成本較低，同時(shí)強(qiáng)度較高，耐久性好，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，這也使石膏類固沙材料在固沙研究中得到了有效應(yīng)用，在大規(guī)模沙漠流沙噴灑研發(fā)中有著實(shí)用價(jià)值。

3.2 有機(jī)膠凝固沙材料

其一，有機(jī)膠凝固沙材料中的高分子類固沙材料從20世紀(jì)以來(lái)就已經(jīng)得到了相應(yīng)的發(fā)展，而這種新型化學(xué)固沙材料從實(shí)際上進(jìn)行分析主要是由水溶性化學(xué)膠結(jié)物組合而成，利用高分子聚合物來(lái)對(duì)流沙進(jìn)行固定，這種固結(jié)方式較為簡(jiǎn)易，同時(shí)施工速度較快的固沙方式和其他化學(xué)固沙材料相比穩(wěn)定性極高，這也使其得到了大眾的關(guān)注?，F(xiàn)階段相關(guān)研究人員以甲基三乙氧基硅烷為主要反應(yīng)物質(zhì)，并在催化鹽酸的情況下水解，從而形成透明的硅氧烷物質(zhì)，這種固沙材料強(qiáng)度極高，不但能夠?qū)⑺宙i定在沙層內(nèi)部，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)生物降解。高分子聚合物吸水性樹脂在固沙的時(shí)候強(qiáng)度高，在遇到高溫的情況下穩(wěn)定性較強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生斷裂和氧化現(xiàn)象。

其二，有機(jī)膠凝固沙材料石油產(chǎn)品中瀝青乳液屬于固沙劑的代表物質(zhì)，瀝青乳液也是世界范圍內(nèi)在化學(xué)固沙中使用最多的材料。瀝青乳液主要是從石油與煤油中提煉出來(lái)的產(chǎn)品，由于瀝青的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要由化合物，瀝青質(zhì)等混合物質(zhì)組成，這些物質(zhì)使瀝青在常溫狀態(tài)下始終呈現(xiàn)固體狀態(tài)，其凝點(diǎn)較高，黏度較大。瀝青的這些特點(diǎn)都能夠幫助瀝青成為質(zhì)量較好的防腐材料，瀝青乳液屬于瀝青乳化過(guò)后所形成的物質(zhì)。乳液可分三類分別為非離子型，陽(yáng)離子和陰離子型。瀝青乳液可以作為土壤調(diào)和劑進(jìn)行使用，有效避免水土流失，調(diào)節(jié)土壤內(nèi)部的水熱情況。瀝青乳液作為固沙材料進(jìn)行使用能夠與植物相融合，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[1]。

其三，有機(jī)膠凝固沙材料中木質(zhì)素類主要是經(jīng)過(guò)化學(xué)改性而制成的新型固沙材料，木質(zhì)素類固沙材料能夠在流沙中穩(wěn)定應(yīng)用，并與沙粒相結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)作用，從而促使沙粒相聚集，提升保護(hù)強(qiáng)度。我國(guó)相關(guān)研究人員對(duì)荒漠化地區(qū)木質(zhì)素固沙情況進(jìn)行了數(shù)年研究，而研究結(jié)果表示木質(zhì)素固沙材料的固沙效果極好，同時(shí)成本低廉能夠與生物固沙相結(jié)合。另外，木質(zhì)素固沙材料的抗壓強(qiáng)度較好，具有一定的穩(wěn)定性和韌性，可以通過(guò)加入丙烯酸或是丙烯肽胺實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素固沙材料的升級(jí)，升級(jí)之后的木質(zhì)素固沙材料耐腐蝕，抗老化性能會(huì)進(jìn)一步提升[2]。

3.3 有機(jī)無(wú)機(jī)混合固沙材料

有機(jī)無(wú)機(jī)混合固沙材料主要是對(duì)一些固沙性能較差的材料進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)有機(jī)固沙材料和無(wú)機(jī)固沙材料的混合能夠提升其力學(xué)性能，避免水分蒸發(fā)。目前較為常見的有機(jī)材料為高吸水性樹脂，這種材料的三維空間結(jié)構(gòu)較為特殊使其吸水性相對(duì)較強(qiáng)。還可以和水泥產(chǎn)生反應(yīng)，使合成之后的固沙材料強(qiáng)度，硬度以及韌性都大大提升。相關(guān)研究人員以粉煤灰為基礎(chǔ)，在其中添加水玻璃，聚丙乙烯等材料，混合而成的固沙材料在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中其抗水性能，強(qiáng)度，韌性以及穩(wěn)定性都比單一的無(wú)機(jī)固沙材料和有機(jī)固沙材料有一定程度上的提升。其次，我國(guó)高校內(nèi)部與企業(yè)合作研發(fā)出的多功能固沙材料主要成分為膨潤(rùn)土，瀝青和水玻璃，其生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)便，這種固沙材料的積水性能較強(qiáng)，同時(shí)還能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造條件，可以在實(shí)際固沙過(guò)程中得到推廣與應(yīng)用[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著不斷實(shí)踐和研究表明資源開發(fā)與社會(huì)發(fā)展都需要和生態(tài)環(huán)境建設(shè)相同步，只有這樣才能為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出保證。眼下沙漠化防治已經(jīng)被列為重點(diǎn)工程，而在化學(xué)固沙材料中有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合化學(xué)固沙材料能夠使流沙表面迅速固結(jié)，并更好地穩(wěn)定沙丘，防止沙漠化災(zāi)害。另外，由于固沙材料在使用過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致流沙固結(jié)，這也能夠?qū)⑸城饍?nèi)部的溫度與水分鎖住，能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供所需營(yíng)養(yǎng)，成了未來(lái)我國(guó)防治沙漠化情況的重點(diǎn)研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]居炎飛，邱明喜，朱紀(jì)康，等.我國(guó)固沙材料研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2019（10）：111-112.

[2]尹應(yīng)武，孫瑞，張雪艷，等.生物基磺酸鹽在沙漠固沙、鹽堿地改良中的應(yīng)用示范與推廣[C]//中國(guó)治沙暨沙業(yè)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)（2）：117-118.

[3]謝堯，趙瓊，李炎真，等.干旱化對(duì)樟子松固沙林氮磷循環(huán)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志， 2019，38（12）：353-355.