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文章学习

可复垦还田的原生态超疏水土路在农田道路中的实际应用

时间:2021/5/25 8:21:48   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:494   评论:0
内容摘要:冯刚1,郭伟1,徐鑫1,任日华1,滕灏1,吴峰1,宣贤龙2,宋永生2(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 310014;(2.疏科纳米疏水科技(嘉兴)有限公司,浙江省 嘉兴 314200)摘要:传统建路方法如水泥路、柏油路、建筑垃圾和土壤固化剂等建路工艺给土地...

冯刚1,郭伟1,徐鑫1,任日华1,滕灏1,吴峰1,宣贤龙2,宋永生2

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 310014;

(2. 疏科纳米疏水科技(嘉兴)有限公司,浙江省 嘉兴 314200)

摘要:传统建路方法如水泥路、柏油路、建筑垃圾和土壤固化剂等建路工艺给土地和生态环境造成了巨大破坏,为保护土地的原生态环境,本文详细论述了疏科世界首创的可即时复垦还田、对土地和环境不构成任何伤害的原生态超疏水土路的创新建造方法和施工工艺。将疏科公司生产的泥土超疏水乳液按一定比例与任何土均匀混合,然后压路机夯实压平,自然晾干后就建成了可即时复垦还田、水稳定性优良并遇水不成泥的原生态超疏水土路。按照这个施工工艺,在浙江省金华市金东区塘雅镇土地综合治理与生态修复农田区已成功建造了世界首个原生态超疏水土机耕路,其主要道路检测指标符合国标四级道路标准。

关键词:疏水材料;土地生态修复;复垦还田;田间路;农村路;机耕路;耕地生态保护

0. 引言

国土资源部2016年公布的资料显示,中国人均耕地面积不到世界平均值的一半,2015年全国31个省市的耕地面积为20.25亿亩,保障18亿亩农业耕地是国家的战略保底红线。所以,严格保护耕地和保护生态环境是我国目前可持续性国家发展战略的重中之重。近些年,中国正在全力推进高标准农田现代化建设,其中包括数百万公里的农村道路特别是田间路和机耕路等农业道路的建设,这些道路的建路质量和标准不仅对农业现代化耕种起到重要作用,更对生态环境产生巨大的影响。目前很多农林牧地区,仍然采用硬化路(水泥路添加水泥、石灰、粉煤灰、石料、建筑垃圾等)办法或固化土(添加水泥和土壤固化剂)办法建造道路,这些不可复垦的建路办法严重破坏了土地的生态环境,国家不得不花费巨额资金进行土地生态修复。然而目前现实的问题是,延续几千年的自然原生态土路因遇水成泥已不适应现代农业的发展,而不可复垦的硬化路又对生态环境造成不可忽视的破坏,所以,我们急需一种新构思研发出一种完全保护原生态环境的生态路的创新建路办法,所建造的生态路即不影响土地的原生态环境,又可随时复垦还田。

传统的土路建造思路是为提高土路的强度和密实度,通过在土中添加各种无机或有机固化剂来建造难以复垦的硬化土路,无机硬化剂包括各种卤化盐石灰水泥、粉煤灰等[1-2],有机硬化剂包括各种有机聚合物、有机磺酸盐、改性水玻璃等等[3-5],所有这些硬化土的办法都有两个共同缺陷,就是水稳定性差和环境污染严重。所以传统的硬化土办法很难实现建造成绿色环保型可复垦的原生态土路的要求。疏科纳米疏水科技有限公司丢弃了这种传统的土硬化剂办法,开拓出原生态超疏水土新构思,从基本原理上解决了土路水稳定性差和环境污染难以复垦的根本难题。疏科公司现已研发出世界首创的原生态超疏水土创新专利技术[6],采用疏科安全环保型的泥土超疏水乳液可建造各种不同用途的原生态超疏水土公路,比如农村路机耕路公园路、园林路、无需拆除且立即复垦还田的施工便道和临时路等,也可用于建造水稳定性很好的超疏水土路基。采用这一创新材料所建造的超疏水土路,水稳定性优良、遇水不成泥、仍然保持干土路的强度。这种生态超疏水土路非常适用于国家对土地有严格管理的农林牧和生态自然保护区及生态旅游开发区。当生态超疏水土路不需要时,可随时复垦还田。疏科泥土超疏水乳液经过国检中心检测,各项安全指标远优于国家相关安全标准[7]

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司(华东院)在浙江省金华市负责万亩土地综合治理与生态修复工程项目。为更好地保持耕地特别是田间路的原生态环境,华东院决定先在部分田间路(机耕路)试点建造世界首创的可复垦还田的原生态超疏水土田间路,为今后全面推广这一创新科技做好先期示范工程,本文将详细介绍原生态超疏水土田间路的施工工艺和建造过程。

1. 材料和设备及建路场地

用于建造可复垦还田的生态超疏水土路的原材料是疏科纳米疏水科技(嘉兴)有限公司生产的世界首创的专利创新技术和产品[6],泥土超疏水乳液CN01C),该产品的主要性能指标如表1所示。

1 泥土超疏水乳液(CN01C)的主要性能指标

项目

指标

测试来源

固含量(浓缩液)

50±1%

疏科标准[8]

外观

乳白色液体

疏科标准[8]

气味

无明显异味

疏科标准[8]

粘度(25℃

≤500 Pa.s

疏科标准[8]

pH 值(25℃

7±1

疏科标准[7]

超疏水土水接触角

137o 

国检报告[7]

可挥发物VOC值

未检出

国检报告[7]

芳香族苯/酚/萘/蒽等

未检出

国检报告[7]

可溶性重金属铅铬镉汞

未检出

国检报告[7]

游离TDI

未检出

国检报告[7]

主要施工设备包括建筑业或农业常用的13-22吨重压路机两米宽稳定土拌合机或农用翻耕机、铲车配备乳液稀释和喷洒系统(自制)的洒水车、道路测量仪器和其它简单工具。生态超疏水土路的建路地点位于浙江省金华市金东区塘雅镇万亩土地综合治理与生态修复工程项目

2. 建造原生态超疏水土路的各种要求和主要数据指标

为保持生态绿色环保的建路要求,路基就是用原生土层并充分夯实后作为路基(如有淤泥等不适合作为土路基的情况另行处理),不另加任何其它对环境有危害的建筑材料或土硬化剂等,回填土用于建造原生态超疏水土路面层。建造生态超疏水土路之前,根据土的检测结果、道路使用要求、和路基等情况综合给出合理设计方案,其中回填土的含水量一般小于5%(即干土),所有结块的土需要用稳定土拌合机打碎,90%以上的土颗粒的直径要小于10mm,回填土的厚度一般控制在100mm150mm,标准浓度的泥土超疏水乳液的喷洒量一般控制在每平方米喷洒10kg16kg,喷洒完乳液后回填土的含水量一般要控制在15%左右,含水量太高或太低都会影响建路质量,超疏水土的主要数据指标见表2。

2 生态超疏水土的主要数据指标

项目

指标

说明

回填土的酸碱性

中性或弱碱性

明显酸性土壤需要适当中和

回填土的含水量

一般小于5%

土的性质不同这一数值变化较大

回填土的颗粒直径

90%以上小于10mm

直径太小如粉末状会增加成本

回填土厚度

100mm-150 mm

特殊要求可加大到300mm

标准浓度乳液添加量

10kg/m2-16kg/m2

添加量与土质和应用有直接关系

喷洒完乳液后土的含水量

控制在10%至20%

需控制的含水量与土质有直接关系

3. 建造原生态超疏水土路的工艺流程和施工步骤

3.1 施工工艺流程

生态超疏水土路的路基一般就用现场土充分夯实整平,密实度达到93%,其它基础建设施工如平整度和排水措施等都需要事先完成,然后进行生态超疏水土路面层施工。原生态超疏水土田间路的路面平均宽度为3.5m,回填土厚度150mm,标准浓度的泥土超疏水乳液喷洒量为16kg/m2,其主要施工工艺流程[6]和施工步骤简述如图1所示。

可复垦还田的原生态超疏水土路在农田道路中的实际应用 

1 生态超疏水土路的施工工艺流程

3.2主要施工步骤

1)土路基和基础建设的准备

土路基要夯实整平,密实度达到93%,路基的高度要使建完路后的路面高于两侧的土地,以防止路面积水,同时做好必要的排水措施和路两边的稳定护坡措施如图2所示。

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2 整平土路基,重型压路机夯实

2) 回填土并整平

回填土后用机械如挖掘机或铲车或刮平机均匀整平,回填土厚度平均为150mm,路宽平均3.5m,机械整平路面,如果土的含水量高,还要自然晾干,如图3所示。

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3 回填土并机械整平

3)喷洒泥土超疏水乳液和机械搅拌

根据回填土的含水量和土的性质的检测结果,确定泥土超疏水乳液浓缩液的稀释比例,一般需要稀释8至16倍。该浓缩液的稀释和喷洒及混合过程包括,首先在常规洒水车内按比例用水稀释浓缩液,然后人工控制均匀喷洒稀释液,随后翻耕机均匀搅拌,喷洒和搅拌过程一般需要重复3次,所有土被均匀混合,同时90%以上的土颗粒被打碎成直径小于10mm。如图4所示。

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4 从左至右按顺序:翻松土、洒水车均匀喷洒乳液、随后翻耕机再均匀拌合

4)重型压路机反复夯实压平

乳液喷洒完并机械均匀混合搅拌完成后,15-20吨重压路机反复压实压平,其中包括震动压实,直到全部表面压实,没有局部松土现象。如图5所示。

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5 压路机反复压实后的生态超疏水土路

5)生态超疏水土路自然干燥并检查超疏水效果和路面质量

超疏水土路压完后,夏天一般3至5天即可形成表干,10至15天内部基本干后即可投入使用。路面表干后,可形成水稳定性优良的疏水效果,路面泼水后不会形成泥巴,水会自然流走(见图6)。路面整体夯实平整,没有坑洼和松土现象。

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6 超疏水土路表干后的超疏水效果左图和路面效果

像普通土路一样,施工时因干土与泥土超疏水乳液混合后含水量在12%至18%之间,超疏水土快速晒干后表面因快速失水会收缩形成裂缝,这是土的自然属性,不影响道路的使用,也不会受雨水的影响。实践证明,这些表面裂缝在使用一段时间后会慢慢自然填充并封闭,形成类似效果如图7所示。

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7 生态超疏水土路使用一段时间后,裂缝被自然填充并封闭,左图为金华早期

   试验段(1年),表面有少量小碎石;右图为平湖同心圆原生态超疏水土景观路(4年)

全部生态超疏水土田间路分段进行施工,每段长度大约为500m至800m长,4-6人施工,扣除回填土时间和天气的影响,实际每天完成大约500m长的超疏水土路的施工工作量。施工期间要避免下雨天气,超疏水土路做完一两天后下小雨对施工质量影响不大,但如果是大暴雨并伴有流水冲击,就需要事先采取适当的保护措施,如塑料膜覆盖保护等。

4. 结语

浙江省金华市金东区塘雅镇土地综合治理与生态修复工程项目中原生态超疏水土田间路按照前文所述的施工工艺全部顺利完成,路面压实度和平整状态符合使用要求,路面干后形成良好的超疏水效果,泼水试验显示,水自然流走,没有渗透、润湿或形成泥巴现象,下雨后路面仍保持良好坚固状态。金华市八咏交通工程检测有限公司对该原生态超疏水土田间路的初步检测结果显示,压实度达到93%,弯沉值251.5(0.01mm)达到国标道路等级四级公路水准(低于292.5(0.01mm)为合格),吸水系数标准检测结果证实为基本不渗水,防水效果良好。

参考文献:

[1] 陈沅江, 潘长良, 吴超. 稳定土技术在土路扬尘治理中的应用及展望[J]. 环境保护科学200026(102)1-4.

[2] 张冠华,牛俊,孙金伟,李昊. 土壤固化剂及其水土保持应用研究进展[J]. 土壤,201850(1)28-34.

[3] 孔恒,王凯丽,姜瑜,张丽丽,郭飞. 环保型土壤固化剂的现状与发展策略[J]. 工程材料与设备,2019,37(2)237-241.

[4] 杨青,罗小花,邱欣,吴金洪. 离子土壤固化剂固化土的微观结构特征即固化激励研究[J]. 公路交通科技,2015,32(11)32-40. 

[5] 李沛,杨武,邓永峰,章定文. 土壤固化剂发展现状和趋势[J]. 基础工程,2014,(3) 1-8.

[6]宋永生. 环保型纳米疏水乳液及其制备方法和应用方法[P].中国,2017, CN109293945A.

[7] 国家建筑材料检测中心检验报告[R].中心编号:WT2018B01C03049 WT2019B03F00163.

[8] Q/JSKN 0001—2017.国家企业标准信息公共平台公布的疏科公司产品标准[S]. 

 


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