聚氨酯固沙剂的制备及其抗冻性能研究

胡芹龙　伍洋　叶长文　刘建成

摘要：针对目前固沙材料的抗冻性能较差、难以满足高寒地区工程建设的需求等问题，采取试验研究与理论分析相结合的方法，开展了聚氨酯固沙剂的制备及其在冻融循环条件下固结体物理力学性能的研究。试验制备固沙剂含量依次为4%、6%、8%、10%、12%、14%的固结体试样，在冻结温度为-20℃、融解温度为20℃条件下分别进行5、10、15、20、25次冻融循环试验，测定不同固沙剂掺量条件下冻融循环作用后固结体的强度损失与质量损失，并在此基础上利用扫描电镜从微观角度分析固结体内部结构的变化，探讨冻融循环条件下聚氨酯固沙材料的损伤劣化机制。结果表明：在冻融循环作用下，聚氨酯固沙体的抗压强度与固体质量的变化主要与固沙剂的浓度有关，微观试验显示聚氨酯固沙材料将松散的沙土通过包裹与“桥接”的方式连接起来，形成强度较高且具有一定韧性的整体，能够抵抗冻融循环的破坏作用。

关键词：聚氨酯；固沙材料；冻融循环；微观机理

随着工程建设的加速推进，边坡坡面失稳、水土流失、沙漠化、扬尘等问题越来越突出，水土流失和土地沙化已成为我国生态安全面临的最大威胁。坡面防护的根本目的在于将松散的沙土颗粒就地固结，防止颗粒在外力作用下进一步运移。目前主要的治沙护坡方法有传统工程治沙技术、新型生物治沙技术以及化学固沙技术。其中，化学固沙技术得益于新型高分子材料科学的飛速发展，成本低、见效快、施工简便，引起国内外学者的广泛关注。

国外学者Nachio Minoura等利用低黏环氧树脂固结松散沙土体并获得成功：Reza ziaie-Moayed等对比了水泥和环氧树脂对盐碱土固结前后的抗剪强度特征；Ajalloeian Rassoul等探讨了聚醋酸乙烯酯对细沙层固结特性的影响；seyed Abolhassan Naeini等应用水性聚合物加固土体并研究了固结体的抗压强度特性；Ali Ates探讨了一种水性聚合物对液化性沙土的固结强度特性。国内学者杜峰等通过预聚体法制备了淀粉改性水性聚氨酯环保型沙土固结剂，并研究了淀粉用量对固结剂乳液及其所成胶膜性能的影响；刘瑾等研发了3种聚氨酯型沙土固结剂，并对改性土的强度、抗冲刷性、抗风蚀性等进行了室内试验研究：王银梅等进行了新型高分子材料SH固化沙土抗冻性和固化黄土渗透性研究，认为SH抗冻性优于其他同类化学固沙剂；姚文艺等研究发现，W-OH在砒砂岩表面具有良好的渗透性，通过添加紫外线吸收剂可以大幅提高弹性固体的抗老化性能，具有抗蚀促生功能；沈鑫对W-OH-SF抗蚀促生复合材料在砒砂岩地区固沙护坡应用进行了研究。

然而，国内外学者对聚氨酯固沙材料的抗冻性能研究较少，对其抗冻机理的探讨不够深入。鉴于此，笔者采用试验与理论分析相结合的方法，研究聚氨酯固沙材料的制备及其在冻融循环条件下固结体物理力学性能。