改性黄河砒砂岩筑坝材料性能试验

为改变砒砂岩遇水溃散的特性,满足砒砂岩区淤地坝建设对建筑材料的需求,研究了砒砂岩改性技术。通过试样固结体积观测、抗剪强度测试、X射线衍射(XRD)、热重(TG-DTG)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析,探讨了不同浓度改性剂对砒砂岩固结体积、抗剪强度、矿物组成和微观结构形貌的影响。试验结果表明,改性后砒砂岩的膨胀性得到显著抑制,材料体积稳定性及抗剪强度得到提高,试样的体积减小率及抗剪强度最大值分别为50%和138 kPa;改性后试样中蒙脱石晶层间距和试样质量损失明显减小,试样的水化膨胀特性得到有效控制;改性后试样的孔隙结构得到改善,裂隙数量及尺寸显著减小,试样更加均匀密实。     

改性砒砂岩复合材料力学性能研究

为了进一步优化砒砂岩改性技术,探讨激发剂及掺合料对砒砂岩的改性激发效果,利用多种碱性激发剂混合激发砒砂岩,通过抗压强度测试及扫描电镜观察,系统研究了粉煤灰、矿粉和激发剂掺量及养护龄期对改性砒砂岩强度的影响。试验结果表明:掺加矿粉对砒砂岩试件抗压强度的增强作用比掺加粉煤灰的更显著;改性砒砂岩试件抗压强度随激发剂掺量的增加而提高,激发剂掺量为3%时改性试件28 d抗压强度较未改性试件提高了477%;在激发剂掺量为3%、用水量为10%、矿粉掺量为40%时,改性试件28 d强度达18.16 MPa;试件抗压强度随龄期延长而增强,龄期对改性砒砂岩试件早期抗压强度影响显著,对28 d后的影响相对较小。     

改性砒砂岩强度和水化产物的试验研究

为解决砒砂岩区修建淤地坝时缺乏工程材料的问题,采用含有大量活性硅、活性铝以及氧化钙的矿粉物质作为改性剂,添加到砒砂岩中进行改性,并通过试验分析了改性砒砂岩的微观结构、水化产物以及耐水性能、抗压强度等。结果表明:1改性砒砂岩材料抗压强度随改性剂掺量的增大而增大,在龄期为90 d时,使用40%的改性剂、1.5%激发剂及4%辅助激发剂,砒砂岩抗压强度可以提高到52 MPa;2改性砒砂岩激发剂的掺量为1%比较合适;3改性砒砂岩的水化产物为水化硅酸钙凝胶、地聚物凝胶和碳酸钙晶体。     

改性黄河砒砂岩复合材料试验研究

砒砂岩是黄河泥沙的主要来源之一,可通过碱激发的方法将其转变为建筑材料,实现其资源化。在矿粉掺量为20%、氢氧化钠为2%、密度为2.2 g/cm3及含水率为6%的条件下,研究了碱激发改性砒砂岩的软化系数随龄期的变化,并详细研究了氢氧化钠掺量、密度、矿粉掺量对碱激发改性砒砂岩抗压强度的影响。试验结果表明,碱激发改性砒砂岩软化系数随龄期的增长而提高,在矿粉掺量为20%、氢氧化钠为2%、密度为2.2 g/cm3、含水率为6%及龄期为28 d的条件下,改性砒砂岩的软化系数达到0.76(满足工程需求)。矿粉能够显著地提高改性砒砂岩的抗压强度,当矿粉含量为40%、密度为2.2 g/cm3和碱激发剂含量为2%时,改性砒砂岩7 d抗压强度能够达到32 MPa,相对于不加矿粉试样抗压强度提高627%。SEM和XRD分析结果表明,改性砒砂岩的水化产物为凝胶态的物质(C-S-H等),并且改性砒砂岩基体的微裂纹大量减少甚至消失。     

砒砂岩地区水土流失研究进展与治理途径

砒砂岩地区是黄土高原生态环境最脆弱、土壤侵蚀最剧烈的区域。从砒砂岩地区生态建设和治理开发的需求出发,回顾砒砂岩地区土壤侵蚀规律研究的主要进展,包括砒砂岩地区土壤侵蚀机理、水土流失动态监测、水土流失模拟评估。同时,对砒砂岩地区水土流失治理措施等方面的最新进展进行了分析,并针对目前存在的问题以及今后砒砂岩地区水土流失的治理途径进行了探讨。     

黄河流域砒砂岩区抗蚀促生技术试验研究

根据黄土高原水土流失防治与生态修复的需求,以黄土高原生态环境极度脆弱的砒砂岩区为研究对象,基于抗蚀促生新理念,研发了治理砒砂岩区水土流失的环保型抗蚀促生复合材料,并进行了野外试验研究。研究表明:砒砂岩中的蒙脱石、方解石和长石含量高,岩体孔隙微结构发育,是砒砂岩抗侵蚀性能差的主要原因;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度提高弹性固体的抗老化性能,具有抗蚀促生的功能;研发的抗蚀促生新材料具有明显的防治水土流失作用,根据野外天然径流小区试验观测,产流量减少70%~75%,产沙量减少90%~99%。     

砒砂岩地区土壤侵蚀机理研究

在砒砂岩地区土壤侵蚀特征研究的基础上,首次按产沙部位、方式、时序、动力和流程给出了砒砂岩区完整的土壤侵蚀分类系统图;其次,暴雨径流主要是输移的动力,其搬运输移力和对沟床的冲刷,可用单宽功率表示,并给出了两组判别式;其三,给出了小流域产沙量和输沙量的计算式.     

砒砂岩风化料特性试验研究

通过对２种典型砒砂岩风化料的室内土工试验、得出它们所属土类和击实特性、渗透特性、抗剪强度特性，及其与一般粘性土和无粘性土异同之处。试验成果对砂岩风化料的工程性质给出一些具体指标，供设计和施工中参考。     

砒砂岩区沙棘平茬更新技术研究

文章以内蒙古准格尔旗五花子沟小流域为研究区,选择典型样地,结合水土保持部门生产实践,对砒砂岩坡面不同平茬强度沙棘更新进行了研究。     

黄河砒砂岩中蒙脱石的基本特征

黄河砒砂岩是一种复杂的松散岩石,其含有黏土矿物蒙脱石是砒砂岩遇水膨胀溃散的主因,分析蒙脱石基本特性对于认识砒砂岩易膨胀溃散的机理非常必要。采用湿法提纯,从砒砂岩中分离出蒙脱石,通过XRF、XRD、ICP、Zeta电位、TG/DTG测试,对蒙脱石的类型、吸蓝量、层间离子交换容量及分子结构式等进行了分析。试验结果表明:砒砂岩中的蒙脱石为钙基蒙脱石;白色和红色砒砂岩中蒙脱石的吸蓝量分别为32.72、28.21 g/100 g,膨胀容分别为5.4、5.1 m L/g,离子交换容量(CEC)分别为112.72、104.91 mmol/100 g,Zeta电位分别为-24.5、-22.9 m V;红色、白色砒砂岩中蒙脱石的分子结构差别不大。     

Study on reforestation with seabuckthorn in the Pisha Sandstone area

In northwest China, an area of more than 11 000 km² is covered by Pisha Sandstone, a kind of loosely bonded sandstone formed during the Tertiary period. Pisha Sandstone is hard when it is dry but becomes loose when it is wet. Due the nature of this sandstone, this area of northwest China is plagued with a high erosion rate (over 20 000 t/km² yr) as well as poor vegetation. In order to reforest gullies and to control erosion in the area, seabuckthorn (Hippophae rhamnoides Linn) was successfully used to reduce the erosion rate and help encourage vegetation growth in this area. Field investigations have been carried out in the Xizhao gully to study the effects of the species on sediment trapping and ecological improvement. Through these investigations, it was discovered that seabuckthorn encouraged the growth of Clinelymus dahurcus Turcz, and consequently, the two species form a dense double-layer of vegetation with well-developed middle and understory plant communities. The forest was planted in the late 1990s (first introduced in 1995), with a measured rate of sediment trapping efficiency of more than 90%. Rainstorm water was also stored in the gully within the trapped sediment. The water content in the reforested gully was approximately twice as high as the non-vegetated gully. Soil organic matter content was higher in the gully planted with seabuckthorn than compared with a non-vegetated gully. The understory community was evaluated by the taxa richness, the thickness-coverage and the Simpson diversity of the sub-layer vegetation. The understory community patterns found in the seabuckthorn vegetation was much better compared with those found in areas forested with poplar or willow vegetation.     

W-OH与砒砂岩固结体力学性能研究

基于砒砂岩基本组成和侵蚀机理,研究了新型固结促生复合材料——亲水性聚氨酯材料(W-OH)对砒砂岩固结的力学性能,并通过添加硅胶、乳化沥青、玄武岩短纤维、聚丙烯醇纤维(PVA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等功能材料对提升W-OH砒砂岩固结体的力学性能进行了试验研究。结果表明,W-OH与砒砂岩固结体的抗压强度和变形能力随着W-OH浓度的增大而增大,说明W-OH砒砂岩固结体具有一定的变形能力,可有效缓解冻胀、重力作用引起的变形;加入功能材料复合后,抗压强度和形变率均有变化,但只有PVA和EVA提升效果较为明显,PVA浓度为2%时固结体抗压强度最大(为单独采用W-OH时抗压强度的7倍),PVA浓度为3%时形变率最大(为10%~15%),加入EVA后抗压强度最大为不添加EVA的40倍,说明PVA、EVA与W-OH的复合材料固结砒砂岩效果较好。     

砒砂岩物质组成及其对养分含量的影响

对不同颜色(紫色、白色、粉色和灰色)的35个砒砂岩样品的矿物成分、化学成分及养分含量进行了分析,并在此基础上对砒砂岩物化特性对其肥力的影响进行了探讨。结果表明:1砒砂岩矿物成分主要为石英、长石、蒙脱石、方解石,含量分别为13%~55%、23%~56%、5%~28%、1%~25%,石英含量相对较低,说明岩石发育不够成熟,长石易风化,蒙脱石遇水膨胀,方解石易分解,导致砒砂岩抗蚀能力较弱,养分易流失;2砒砂岩化学成分中不稳定组分Na_2O、K_2O、CaO性质活泼但含量低,三组分含量总和为3.4%~15.0%,组分流失严重,砒砂岩持水保肥能力低;3受砒砂岩矿物组成、化学成分及当地降雨条件影响,砒砂岩总体养分含量非常低,按全国统一划分的六级制土壤养分含量分级表,砒砂岩pH值、有机质、全氮、全磷、全钾和速效磷含量为六级,速效氮含量为五级,速效钾含量为四级。     

砒砂岩侵蚀的物理特性试验研究

砒砂岩侵蚀较为强烈,研究其易蚀的岩性物理特性对于认识侵蚀岩性机理具有重要意义。利用现场灌砂法、粒度分析等方法,开展了砒砂岩原状样密度、微观结构和级配等物理特性试验研究。结果表明:砒砂岩干密度为1.36~1.58 g/cm~3,远小于一般砂岩的密度;砒砂岩孔隙率大、透水性强为砒砂岩易发生水蚀提供了结构条件;砒砂岩黏粒含量低,颗粒粒径小于0.500 mm的颗粒含量高,为砒砂岩易发生风蚀且风化速率快提供了几何条件;砒砂岩碱性较强,为砒砂岩在酸性雨水环境下发生水蚀提供了化学条件。因此,砒砂岩的物理特性是砒砂岩易发生强烈侵蚀的重要内因。     

砒砂岩抗蚀促生材料对植物发芽影响研究

通过植生试验,研究了抗蚀促生材料W-OH-SF喷洒浓度对砒砂岩立地条件下单子叶、双子叶植物发芽过程的影响。研究结果表明:不同W-OH-SF浓度对植物发芽影响不同,W-OH-SF浓度小于6%时,可促进单子叶植物发芽,缩短发芽时间;但会抑制双子叶植物种子发芽时间和发芽率,且抑制效果随着W-OH-SF浓度(超过4%)的增大而越发明显。W-OH-SF浓度超过6%时,造成土壤表层微观结构孔隙和渗水速率减小,从而影响植物种子的发芽时间和发芽率。     

砒砂岩固结体防水抗蚀及紫外耐久性能研究

采用W-OH对砒砂岩进行固结处理,通过水滴渗透、抗蚀性及紫外加速老化试验研究了固结体的防水性能、抗水蚀性能以及紫外耐久性能。结果表明:1将不同浓度的W-OH溶液喷洒在砒砂岩颗粒表面时,可形成一层具有一定厚度的弹性固结层,防水性能提高83倍左右;2水稳性指数由原岩的0.2提高至固结体的0.8,抗水蚀性能大大提高;3固结层具有良好的抗紫外老化性能,加速老化32 d后,质量损失在0.06 g/m~2以内,在当地的辐射强度下,5 a以内老化和分解可控;4采用W-OH处理后,砒砂岩坡面减沙比为99.78%。     

一种砒砂岩固结促生自然边坡治理技术

针对黄河流域晋陕蒙接壤地区的地质特征,利用W OH SF(改性亲水性聚氨酯树脂)抗蚀促生复合材料、柔性网、固定件、微润灌溉系统以及草种、苗木等材料组合成砒砂岩固结促生自然边坡治理技术。该技术通过在砒砂岩表面喷涂W OH SF抗蚀促生复合材料,以增强边坡坡面整体稳定性;然后通过挂网喷涂进一步延长材料停留时间,达到增强喷涂固结效果。配套坡面微润灌溉系统,通过截水沟和储水窖收集雨水或人工补水作为水源,为促生区植被初期生长提供必要的水分。通过在坡顶、坡脚种植乔灌木,进一步提升边坡治理的生态效果,形成由上至下、由内至外的立体治理措施,提高边坡自身水土保持能力。     

黄河砒砂岩单轴抗压性能与含水率关系研究

为研发砒砂岩改性材料、提高砒砂岩抗蚀能力,对黄河砒砂岩单轴抗压性能与含水率的关系进行了研究,研究对象为红白混杂、红色两种砒砂岩。结果表明:红白混杂砒砂岩、红色砒砂岩单轴抗压强度均随着含水率的增大而快速减小;在含水率基本相同的条件下,红色砒砂岩抗压强度的降幅比红白混杂砒砂岩的更为明显;在相同应力时,干燥状态下的红白混杂砒砂岩和红色砒砂岩的应变基本一致,在吸收一定水分后,红白混杂砒砂岩和红色砒砂岩应变的变化规律基本相同,但红色砒砂岩的应变明显大于红白混杂砒砂岩的;红白混杂砒砂岩的透水性较差,遇水时相对不易发生溃散,而红色砒砂岩的透水性较强,稳定透水率大于红白混杂砒砂岩的,遇水时更易发生溃散;当含水率达到9%时,红色砒砂岩单轴抗压强度接近0 MPa,随着含水率的继续增大,单轴抗压强度的变化已不明显。