一种用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂及其生产方法

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一种用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂及其生产方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种建筑工程材料技术领域。具体的说，本发明涉及一种用于新疆塔里木盆地风沙土类型的冬暖式温室大棚墙体建筑的新型建筑工程材料及其制备技术领域。\n背景技术\n[0002] 冬暖式温室大棚种植在调整农业种植结构，改善农业生产条件，增加农民收入，丰富人民生活和保障蔬菜供给方面作用越来越不容忽视和不可替代，尤其是北方，各地把温室大棚建设作为促进农业全面增产，农民有效增收，维护社会稳定的有效措施来推进农业种植结构调整实现城乡统筹整体突破。 \n[0003] 国际上设施农业的发展在欧洲已经有100多年的历史了;荷兰是现代农业的发源地，荷兰农民从十九世纪末就开始把玻璃盆覆盖在植物上用于透光和保温;上世纪50年代真正意义上的温室大棚才兴起，但大规模的现代型设施农业是近年来随着农业环境工程技术的突破而迅速发展起来的一种集约化程度很高的农业生产技术;随着现代工业向农业的渗透和微电子技术的应用，集约型设施农业在美国、荷兰、日本等一些发达国家得到迅速发展，并形成了一个强大的支柱产业。\n[0004] 我国从上世纪80年代开始研究发展真正意义上的温室大棚，1984年国家发布了第一项有关温室大棚建设的GB 4176—1984《农用塑料棚装配式钢管骨架》的国家标准;1990年，寿光三元朱村的冬暖式大棚蔬菜种植技术试验成功;20多年的发展历程无论是温室大棚结构和种类都有了很大完善和增加。\n[0005] 新疆独特的自然环境和地质条件，对设施农业需求和依赖更是不可或缺;风沙土作为新疆分布面积最大的土壤类型，主要分布在塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠和准格尔盆地的古尔班通古特沙漠;风沙土有机质含量一般在0.2%-0.6%；土壤剖面无明显的腐殖层和淋溶淀积层，一般由薄而淡的腐殖层和深而厚的母质层组成，质地均一，土壤颗粒组成中粒径＞0.02㎜的粗砂和细沙组成，细沙占到85%-90%，粘粒和粉砂含量很少，几乎无＞2㎜的石砾；化学组成以二氧化硅为主，其次是三氧化铝和三氧化铁；腐殖酸组成以富里酸为主;再加上大陆性干旱气候，降水量少，蒸发量大，干燥风多，且大风日数持续时间长，对温室大棚抗拉、压强度，防护等级，要求更高。\n[0006] 在现有技术中，温室大棚造价主要取决于主体结构材料的构成;温室大棚根据主体结构材料分类主要有：土木结构温室大棚、钢筋混凝土结构温室大棚、钢结构温室大棚、铝合金结构温室大棚和其他材料温室大棚;冬暖式温室大棚墙体建设不但决定温室大棚的使用寿命还直接决定整个温室大棚的工程造价和大棚产出比。\n[0007] 土木结构的温室大棚因其造价最低5-8万/亩座，最容易实现，在我国的种植面积最大，但其使用寿命低小于12年，配套功能低，其抗拉、压强度无法实现自动化卷帘等设备的配套安装，劳动强度大；土筑墙体保温性能差，防护等级低；墙体易损毁，越到后期养护成本高；尤其是产出比没法和其他高档硼比；另外筑墙所用的泥土全都是就地取材种植多年的活土，无形之中破坏了大棚土壤结构，造成土壤板结；新土为死土，农作物无法从新土壤中汲取到全部的营养，致使作物生长不旺，生气缺损，农民前三年的新棚种植几乎是以肥地活土为主，经济效益低下，这也是土木结构大棚不可回避的问题。\n[0008] 钢筋混凝土结构的温室大棚虽然使用寿命大于30年，其配套功能、保温性能、防护等级、劳动强度、墙体抗压等比土木结构的大棚均有了很大的改进和提高，但其高昂造价\n30-40万/亩座，使农民望而却步；另一方面，砖块砌墙所用的大量的石灰、水泥、粉煤灰、碎石、砾石等传统墙体建筑材料，所消耗的资源、能源，浪费的土地，破坏的植被，排放的二氧化碳等温室气体无不与当前的节能减排和可持续发展政策法规相悖。\n[0009] 钢结构温室大棚、铝合金结构温室大棚和其他材料温室大棚，这些高档大棚的造价，农民更是不能接受，其推广的可能性显而易见，现有技术迫切需要一种造价较低、结构合理，适合新疆风塔里木盆地沙土类型的特性和现有冬暖式温室大棚建设合适的建筑材料。\n发明内容\n[0010] 针对新疆风塔里木盆地沙土类型的特性和现有冬暖式温室大棚建设必须有适合的建筑材料，既能有钢筋混凝土结构温室大棚的诸多优点，还要有土木结构温室大棚的价格品位，为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂及其生产方法，适合新疆塔里木盆地风沙土类型的冬暖式温室大棚墙体建设领域，成本控制在15-18万/亩座，让农民易接受，技术指标优良、施工方便、工期短、便于推广。\n[0011] 本发明的主要技术方案：通过将相应技术要求的羟丙基甲基纤维素和聚丙烯酰胺溶解于水，形成水溶液；再加入相应技术要求的水玻璃中，搅拌均匀，组成一种用于冬暖式温室大棚墙体建筑的固化剂原液，制备获得用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂。\n[0012] 本发明提供了一种用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂的制备方法，%按质量百分比计，具体方法步骤如下。\n[0013] （1）在常温下将2.5%的羟丙基甲基纤维素和5%的聚丙烯酰胺溶解于22.5%的水，静置2-4小时，使其充分溶解，形成水溶液，制备获得高粘度有机水溶液。\n[0014] （2）将上述步骤获得有机水溶液加入70%的水玻璃，采用搅拌器60—200转/min，通过混合搅拌均匀制备获得土壤固化剂。\n[0015] （3）上述步骤采用搪瓷、镀锌、铝制或塑料桶进行土壤固化剂的配制、生产和贮存和储运。\n[0016] 同时，本发明提供了一种用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂，按质量百分比计，土壤固化剂由2.5%的羟丙基甲基纤维素、5%的聚丙烯酰胺、22.5%的水和70%的水玻璃组成；其中，羟丙基甲基纤维素选用中粘度冷水分散型，粘度100000 mPa.s；聚丙烯酰胺选用阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)；水选用总可溶性固体含量TDS小于500mg/L的低盐度自来水；\n3\n选用的水玻璃的模数为2.5-3，密度为1.35-1.50 g/cm，波美度为38-48。\n[0017] 本发明采用的具体原理，本发明具体涉及由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，使得土壤胶团表面电流降低，胶团所吸附的双电层减薄，电解质浓度增强，颗粒趋于凝聚，体积膨胀而进一步填充土壤孔隙，在压实功的作用下，使固化土易于压实和稳定, 从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高，经济环境效益俱佳，是理想的温室大棚墙体建筑材料选择。 \n[0018] 通过应用和地方建筑检验单位检测上述提供的用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂及制备方法，本发明提供的土壤固化剂可以达到以下有益效果。\n[0019] （1）、土壤固化剂生产和使用均无污染，易于运输和储存，室温贮存2年。\n[0020] （2）、土壤固化剂渗透性好，与土的和易性好，使土易于压实，便于施工；复合固结土试件常温下浸水不解散，水稳定性好，耐久性好。\n[0021] （3）、土壤固化剂可承受反复冻融，接受低温冻稳定性好，在-22℃条件下无冻融作用对墙体的破坏。\n附图说明\n[0022] 图1显示为冬暖式温室大棚的墙体建筑材料土壤固化剂的制备工艺流程图。\n具体实施方式\n[0023] 下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。\n[0024] 本发明中选用的所有原辅材料和设备都为本领域熟知选用的，本发明中涉及到的%都为重量百分比，除非特别指出除外；其他本领域熟知的一些类似原辅材料和设备都不限制本发明以下实施方式的实施。\n[0025] 实施例一：用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂及其制备方法\n[0026] %按质量百分比计，土壤固化剂的组分及其制备方法如下。\n[0027] （1）在常温下将2.5%的羟丙基甲基纤维素和5%的聚丙烯酰胺溶解于22.5%的水，静置2-4小时，使其充分溶解，形成水溶液，制备获得高粘度有机水溶液；其中，羟丙基甲基纤维素选用中粘度冷水分散型，粘度100000 mPa.s；聚丙烯酰胺选用阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)；水总可溶性固体含量TDS小于500mg/L的低盐度自来水。\n[0028] （2）将上述步骤获得有机水溶液加入70%的水玻璃，采用搅拌器60—200转/min，通过混合搅拌均匀制备获得用于冬暖式温室大棚墙体建筑的土壤固化剂；选用的水玻璃的\n3\n模数为2.5-3，密度为1.35-1.50 g/cm，波美度为38-48。\n[0029] （3）上述步骤采用搪瓷、镀锌、铝制或塑料桶进行土壤固化剂的配制、生产和贮存和储运。\n[0030] 本发明中在常温是指正常生产过程中室内正常温度，适合生产过程，通过上述制\n3\n备方法获得土壤固化剂密度约为1.25 g/cm，波美度约为30，适合用于新疆风沙土类型冬暖式温室大棚墙体建筑的固化剂。\n[0031] 实施例二：用于温室大棚墙体建筑的土壤固化剂原料的选用\n[0032] 原料一：羟丙基甲基纤维素选用冷水分散型，粘度100000 mPa.s中粘度。羟丙基甲基纤维素别名为羟丙甲纤维素；纤维素羟丙基甲基醚；Hypromellose，Cellulose。非离子型，外观为白色的粉末，无嗅无味。溶于水在冷水中溶胀成澄清或微浊的胶体溶液。水溶液具有表面活性，透明度高、性能稳定。颗粒度：100目通过率大于100%。堆密度：通常0.4g/ \n3 3\ncm 左右，比重1.26-1.31 g/ cm。变色温度：180-200℃,炭化温度：280-300℃。不同规格的HPMC其性质有一定差异，HPMC在水中溶解不受PH值影响。\n[0033] 选用市售羟丙基甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素根据其粘度分为低粘度；中粘度和高粘度。粘度越低，溶解度越大，其使用量就越大，增加劳动量；粘度太高，溶解度越小，溶解难度越大，工作效率降低，故选择高粘度中档，粘度100000 mPa.s左右的羟丙基甲基纤维素。\n[0034] 羟丙基甲基纤维素具有热凝胶性质，产品水溶液加热后形成凝胶析出，冷却后又溶解。根据其凝胶温度不同，分为普通型和冷水分散型，普通型号先用热水搅拌分散后，加入冷水搅拌冷却后即可溶解；操作时直接加入到常温水溶液中时，最好采用冷水分散型，加入后一般在10-90分钟才能增稠；考虑到操作的实际要求，普通型会造成使用上的不便和困难，故选择冷水分散型。 \n[0035] 原料二：聚丙烯酰胺选用阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)\n[0036] 聚丙烯酰胺（PAM）为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。\n[0037] 阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)是线型高分子化合物，由于它具有多种活泼的基团， 可与许多物质亲和、吸附形成氢键。主要是絮凝带负电荷的胶体，具有吸附、粘合等功能。外观：白色颗粒；固含量：≥88%；分子量：800-1200万；阳离子浓度：10-70 % ；溶解时间：≤ \n30分钟；水溶性好，在冷水中也能完全溶解。\n[0038] 原料三：水选用低盐度自来水，总可溶性固体含量TDS小于500mg/L的低盐度自来水，不能是污水，常温的水即可。强酸、强碱、高含盐的水不适于用来配制。\n[0039] 原料四：水玻璃选用模数为2.5-3.0；密度为1.35-1.50 g/ cm3或波美度38-48。\n[0040] 水玻璃是一种水溶性硅酸盐。其化学式为R2O·n SiO2,式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数M。模数即显示硅酸钠的组成，模数是硅酸钠的重要参数，一般在1.5-3.5之间。模数越大，固体硅酸钠越难溶于水，硅酸钠模数越大，氧化硅含量越多，硅酸钠粘度增大，易于分解硬化，粘结力增大。水玻璃在空气中的凝结固化与石灰的凝结固化非常相似，主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。\n[0041] 我国生产的水玻璃模数一般在2.4-3.3之间。水玻璃在水溶液中的含量，常用密\n3\n度或者波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.35-1.50g/cm，相当于波美度\n38.4-48.3，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大，综合上述理由故选择模数：2.5-3.0且市场易购。