聚氨酯用作煤矸石固化材料综合性能研究

作     者：张巍 杨海龙 张颂扬 杨鹏辉 杨思远 ZHANG Wei;YANG Hailong;ZHANG Songyang;YANG Penghui;YANG Siyuan

作者机构：北京林业大学水土保持学院北京100083 

出 版 物：《中国水土保持科学》 (Science of Soil and Water Conservation)

年 卷 期：2024年第22卷第3期

页      面：109-119页

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家重点研发计划“高寒矿区水源涵养功能恢复新型材料和冻土剖面近自然重构技术研发与试验示范”(2022YFF1302604) 

主　　题：煤矸石 聚氨酯 力学性能试验 人工降雨模拟 层次分析法 

摘      要：针对青海木里矿区露天煤矿风化煤矸石堆场边坡发生优先流现象导致土壤破坏、水土流失以及边坡不稳定等生态环境问题,选用高分子材料聚氨酯作为固化剂,通过固结表层风化煤矸石,达到固化坡面,降低坡面入渗率目的。针对聚氨酯固化煤矸石实际效果及关键影响因素研究尚不充分问题,本研究开展45组不同配比煤矸石—聚氨酯固化试件的单轴压缩试验,60组不同工况煤矸石—聚氨酯固化坡面的人工降雨试验,研究煤矸石—聚氨酯复合材料的主要力学性能、渗透性和技术经济,运用层次分析法对不同配合比进行综合评价,揭示其关键影响因素,筛选最优配比方案。结果表明:1)聚氨酯浓度对提高固化试件的抗压强度贡献最大,而弹性模量主要受煤矸石粒径大小的影响;2)固化煤矸石坡面的平均产流率与聚氨酯浓度成正比,与煤矸石密度成正比,与粒径成反比;平均产沙率与粒径、密度和聚氨酯浓度均成反比;稳定入渗率与粒径成正比,密度与聚氨酯浓度成反比,与密度成反比;3)综合评价45组煤矸石—聚氨酯固化方案,其中最优方案为煤矸石粒径0~0.5 mm、密度1.55 g/cm^(3),聚氨酯浓度3.5%,该煤矸石—聚氨酯固化方案能够大幅提升坡面的抗压强度,并有效降低入渗性能,同时保持较好的经济性(约17元/m^(2))。研究结果可为木里煤矿生态修复工程提供重要技术参考。