输变电工程修复生态砖及其生产装置设计

邢 琛 姚为方 华雪莹 周 健

（1 安徽新力电业科技咨询有限责任公司 安徽合肥 230601 2 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 安徽合肥 230601）

引言

随着国民经济水平的不断提高，电力行业发展十分迅猛。输变电工程因其电压等级高、线路长、工程涉及面广，建设过程会破坏原有地形、地貌和植被[1]，造成一定的生态环境破坏，大大引起了公众的关注[2]。结合生态环境部印发的《全国生态保护“十三五”规划纲要》与水利部印发的《关于进一步深化“放管服”改革全面加强水土保持监管的意见（水保〔2019〕160 号）》《关于印发生产建设项目水土保持监督管理办法的通知（办水保〔2019〕172 号）》，可见对输变电工程生态修复措施进行相关研究尤为重要。

目前，对于输变电工程的生态修复方法主要包括工程措施、植物措施和临时措施三种。工程措施包括碎石铺盖、浆砌石挡墙和复耕等；植物措施包括播撒草种、铺设草坪和绿化覆盖等；临时措施包括苫盖、挡板和铺设土工布等[3][4]。以上措施均能对生态环境修复起到一定作用，但效率较低、成本较高，具有一定局限性。针对上述情况，设计一种输变电工程修复型生态砖，融合工程措施、植物措施和临时措施，成本低廉、美观实用，能够大大提高生态修复效率，减少水土流失。同时，对应此生态砖设计一种生产成型装置，为市场化提供可能。

1 生态砖设计内容

1.1 原料

1.1.1 秸秆

秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称[5]。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花和其它农作物（通常为粗粮）在收获籽实后的剩余部分，其富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等。

1.1.2 有机肥

有机肥来源于植物和（或）动物，是施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料，不仅富含有机质、氨基酸、蛋白质等有机养分，还含有氮磷钾等无机养分[6][7]。有机肥对于增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性具有非常重要的作用。

1.1.3 凝结剂

凝结剂，能使溶胶凝结的物质。该生态砖使用的凝结剂为聚丙烯酰胺（PAM）。PAM 是一种有机合成的聚合物，可有效改善土壤结构，提高土壤入渗率，增加土壤含水量，防止水土流失[8]。

1.1.4 凹凸棒土

凹凸棒土是一种链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物[9]，因其表面具有永久的负电荷，特殊的孔道结构和较大的表面积，故其可吸附重金属[10]。

1.1.5 石榴石粉

石榴石粉的添加能够协同复合凹凸棒土增强砖的防火性能，提升了输变电线路的环境安全。

1.1.6 种子

种子应选取输变电工程修复所在地生命力旺盛、存活率高的草种，其能够起到很好地控制水土流失的作用。

1.1.7 高炉矿渣

高炉矿渣其表面粗糙，形状不规则且呈蜂窝状，可以较好地结合，提高生态砖的抗压强度，其粒径大小对砖的抗压强度也有着较大影响，且由于炉渣的密度较大，是影响砖质量大小的关键。

1.1.8 河砂

河砂是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的，其成分较为复杂，表面有一定光滑性，杂质含量多。其可应用于强化，成形，增加产品耐磨性、耐高温性和抗冲刷性。

1.1.9 分散剂

分散剂为促使物料颗粒均匀分散于介质中,形成稳定悬浮体的药剂。

1.2 制作过程

该修复型生态砖以重量份计，其原料组成包括：10-15 份农作物秸秆、1-3 份有机肥、3-6 份凝结剂、4-8 份复合凹凸棒土、3-6 份石榴石粉、0.2-0.4 份种子、30-40 份高炉矿渣、10-15 份 河砂、8-12 份分散剂和35-40 份水；将凝结剂、复合凹凸棒土、石榴石粉、高炉矿渣、河砂、分散剂、水共同混合，送入模具中进行压制，制得砖坯；农作物秸秆通过模具压制形成种植袋，将有机肥通过模具压制形成有机肥垫；将有机肥垫卡入砖坯内，铺设种植袋，种子放置在种植袋内，然后在种植袋上再次铺设一层砖坯，形成初始生态砖，将初始生态砖放入到恒温棚内进行养护处理1-2 天，取出后再露天自然放置10-15 天即得成品生态砖。其结构如图1 所示。

图1 生态砖结构

1.3 实施案例

原料组成包括：10 份大豆秸秆、1 份腐熟牛粪、3份凝结剂、4 份复合凹凸棒土、3 份石榴石粉、0.2 份荆条、30 份高炉矿渣、10 份河砂、8 份分散剂和35 份水。

首先，将高炉矿渣、河砂进行脱水处理，再将其粉碎成粒度小于15 毫米的碎料，将大豆秸秆打碎成300目的碎料。复合菌液由如下对应重量份的物质组成：0.1 份乳酸杆菌、1 份枯草芽孢杆菌、2 份巨大芽孢杆菌、90 份去离子水。将凹凸棒土放入到煅烧炉内煅烧处理1-2h，期间控制煅烧炉内的温度为800-850℃，完成后取出备用；处理后的凹凸棒土浸入到复合菌液中，浸泡处理25-30min 后滤出，冷冻干燥至水含量≤10%后即可。接着，将凝结剂、复合凹凸棒土、石榴石粉、高炉矿渣、河砂、分散剂、水共同混合，然后送入到砖块模具中进行压制，期间控制成型的压力为8-9 吨，完成后脱模取出制得砖坯；最后，将大豆秸秆通过模具压制形成种植袋，将有机肥通过模具压制形成有机肥垫；将所得的砖坯取出，将有机肥垫卡入砖坯内，并在有机肥垫上铺设种植袋，种子放置在种植袋内，然后在种植袋上再次铺设一层砖坯形成初始生态砖，将初始生态砖放入到恒温棚内进行养护处理1-2 天，取出后再露天自然放置10-15 天即得成品生态砖。

2 优点

（1）原料环保、成本低廉

此生态砖中含有多种废料成分，如农作物秸秆、高炉矿渣等，很好地利用了废弃物料，进一步保护了环境，并在上述成分基础上复配添加了复合凹凸棒土、种子等，复合凹凸棒土能够起到增粘、透气的作用，其内含有的复合菌不仅能够进一步修复环境，还能为种子的后续生长提供很好的环境基础，复合凹凸棒土中凹凸棒土与复合材料具有良好的相容性，不会出现明显的分离现象，凹凸棒土通过与复合材料中的游离羟基进一步发生氢键作用，进而形成特定的致密均一结构，使得复合凹凸棒土具有良好的生物降解性能，从而结合复合菌液提供种子生长所需的各种营养，提高种子成活率。

（2）修复高效、针对性强

石榴石粉的添加能够协同复合凹凸棒土增强砖的防火性能，提升了输变电工程的环境安全，添加的种子能够直接实现对环境的植被修复，此植被修复方式的收益及效果最好，添加的农作物秸秆、有机肥则保证了种子的营养需求和发育，根据实测情况显示，种子发芽率均达到60%以上，成活率高，具有良好的生态修复效果。

（3）操作简易、市场广阔

修复型生态砖根据现有植物措施技术的不足，吸纳了相关生态修复经验，提高了输变电线路生态环境恢复的效率，降低了成本，各种场合适应性强。其以需要进行生态修复的输变电工程为目标市场，各地电网公司为目标服务对象，后期还可推广运用于各行业类似需求场景，具有广阔的市场前景。另外，该生态砖在加工制作完成后，可以直接铺于受损地面，无需后续妥善的管理控制和维护。

3 生态砖生产成型装置设计内容

现有技术中的生态砖制备之后通常不便于取出，劳动强度大，工作效率低，且对生态砖生产过程中的原料混合不够均匀，需要进行改进。

3.1 生态砖生产成型装置结构

一种输变电线路建设用生态砖生产成型装置，包括底座，所述底座的顶部固定安装有固定箱与L 型杆的竖直部分，所述固定箱的顶部固定安装有两个固定块与两个竖板，两个固定块位于两个竖板之间且顶部均开设有塑形槽，塑形槽内均活动安装有顶出板，两个竖板之间固定安装有同一个安装板，安装板的顶部固定安装有液压机，液压机的输出轴延伸至安装板的底部外且固定安装有横杆，横杆的底部固定安装有两个与塑形槽相适配的塑形板，两个塑形板与两个塑形槽一一对应设置，所述固定箱的顶部开设有两个通孔，两个通孔分别与对应的塑形槽相连通，且两个通孔内均活动安装有竖杆，两个竖杆的两端均延伸至通孔外顶端分别与对应的顶出板固定连接且底端均固定安装有第一齿条，所述固定箱的底部内壁上固定安装有两个安装杆，两个安装杆之间转动安装有同一个丝杆导套，丝杆导套上固定套接有第一锥齿且两端均延伸至对应的安装杆外，丝杆导套的两端均螺纹套接有丝杆，两个丝杆的两端均固定安装有第二齿条，所述固定箱的内壁上转动安装有两个转杆，两个转杆上均固定套接有第一齿轮与第二齿轮，两个第一齿轮分别与对应的第一齿条相啮合，两个第二齿轮分别与对应的第二齿条相啮合。

L 型杆的竖直部分上固定安装有转动电机且转动安装有第一链轮，转动电机的输出轴上固定套接有第二链轮，所述第一链轮上固定套接有圆盘，且第一链轮与第二链轮之间套接有同一个链条，圆盘上转动安装有连杆的一端，连杆的另一端转动安装有搅拌箱，搅拌箱滑动安装在底座的顶部且搅拌箱的顶部为开口设置，搅拌箱靠近固定块的一侧固定安装有两个下料管，均设有阀门。下料管位于固定块的上方且两个下料管分别与对应的塑形槽一一对应设置，L 型杆的水平部分的底部固定安装有搅拌电机，搅拌电机的输出轴上固定套接有位于搅拌箱的固定杆，固定杆的两侧均固定安装有多个搅拌轴，相邻的两个搅拌轴的长度为不同设置。

图2（a） 一种输变电线路建设用生态砖生产成型装置的结构示意图

图2（c） 一种输变电线路建设用生态砖生产成型装置的B部分结构示意图

图2（d） 一种输变电线路建设用生态砖生产成型装置的关于固定箱的部分侧视图

图2（e） 一种输变电线路建设用生态砖生产成型装置的关于搅拌箱的侧视图

3.2 生态砖生产成型装置制作过程

首先将原料倒入到搅拌箱中，然后通过启动搅拌电机带动搅拌轴的转动即可对原料进行搅拌，期间通过启动转动电机带动了第二链轮的转动，第二链轮通过链条带动了第一链轮的转动，即可带动圆盘的转动，带动连杆的来回摆动，带动搅拌箱的左右往复移动，即可对搅拌箱的原料左右晃动，使得对原料搅拌更加充分，搅拌完成后，打开两个下料管上的阀门，将原料通过下料管导入到对应的塑形槽中。

通过启动液压机带动了两个塑形压板向下移动，即可对塑形槽中的原料进行压实塑形，期间通过启动散热风扇，即可对原料进行风干，加快塑形，塑形完成后，通过转动转盘带动了圆杆与第二锥齿的转动，即可带动第一锥齿与丝杆导套的转动，带动两个螺纹方向为相反设置的两个丝杆的左右分开移动，带动两个第二齿条的左右分开移动，两个第二齿条在移动的过程中带动两个第二齿轮的转动，即可带动两个第一齿轮的转动，两个第一齿轮带动了两个第一齿条的向上移动，即可带动了两个顶出板的向上移动，即可将塑形槽中塑形好的生态砖顶出。

结语

修复型生态砖弥补了现有生态修复技术的不足，可根据不同季节、不同地质状况和不同绿化要求更改其配方，适应不同需求，不仅可用于输变电工程建设恢复，而且其它建筑用地生态恢复均可使用。下一步将继续优化生态砖配方，并通过相关实验提高其修复效率。