一体式固沙板及其制备方法、固沙方法与流程

1.本发明涉及沙漠化治理技术领域，特别是涉及一体式固沙板及其制备方法、固沙方法。


背景技术：

2.我国是受沙漠化危害最为严重的国家之一，每年因沙漠化造成的损失高达数以千亿元。为了治理沙漠化，国家长期以来花费了巨大财力和人力，也取得了可观的成效。目前已经摸索出上百种沙漠治理技术和防沙模式，固沙措施是对沙源进行封固，抑制流沙活动，以减少或消除对沙漠中公路、铁路等设施的危害。其中比较成熟的固沙方式是化学固沙和物理固沙。
3.化学固沙是指利用化学材料与工艺，在易于发生沙害的沙地表面形成固沙、保水的固结层，从而达到控制沙害的目的。传统的化学固沙材料可分为：水泥类、水玻璃类、石油产品类和高分子聚合物高吸水树脂。化学固沙的缺点成本略高、不宜大面积推广，有些固沙产品对环境具有潜在的影响。
4.物理固沙使用机械的方式将石块、网格或稻草等在流动沙层的表面布置成方格的形式，形成挡风墙，借以消减风力侵蚀，并兼有截留雨水的作用，因其具有一定的效果和低成本得到了大面积的推广。但(草方格、石方格、网格等)方格沙障具有使用年限短、易被风沙掩埋等缺点，这极大地限制了方格沙障的应用。因此，研究一种使用年限高、重复利用、操作简便的固沙板显得尤为重要。
5.在物理固沙中，固沙板是固沙措施的重要装置，但是，目前的固沙板安装操作复杂，影响施工效率；同时固沙板或被固定于沙漠表面，日积月累中容易被掩埋，形成二次施工的复杂化。
6.申请号为201811353228.3的专利申请公开了一种硅溶胶改性纤维素为粘结剂制备固沙板，将固沙板按十字方格的形式布置1m
×
1m
×
1cm的模拟沙丘中，其布置方法为：开挖若干条间距为20cm的横向沟，垂直于横向沟再开挖若干条间距为20cm的纵向沟，每条沟沟深35cm；将固沙板沿着开挖的沟线，宽度方向竖直朝下使劲下压将固沙板插入横向沟/纵向沟，使固沙板露出外露沙面15cm。固沙板直接插入沙漠表面的挖沟内，此种挖沟固定的方式费时费力，施工效率低下。
7.申请号为201110140344.9的专利申请公开了一种倒流式防沙网，由连接柱将固沙板连接而成，所述连接柱上设有固沙板插槽和插销孔，固沙板的端部设有固沙板孔，固沙板的端部插入固沙板插槽中，止退插销卡入插销孔和固沙板孔中。此种拼接方式，需要先将固沙板插入插槽内，再利用止退插销固定，工件繁琐，拼接过程费时费力。
8.申请号为201610893009.9的专利申请公开了一种网格式固沙装置，包括依次连接的固沙单元，每个固沙单元包括固沙板、连接装置与固定桩；连接装置的几何中心位置设有插销孔，连接装置的外侧壁均布设有四个上下贯通的固沙板插槽，固沙板的端部与固沙板插槽插入式固定连接，固定桩与插销孔插入式连接并位于地面以下15cm～20cm；固沙板的
另一端部与相邻固沙单元连接装置的固沙板插槽插入式固定连接。此申请中，利用连接装置将固沙板连接成成体后，再利用固定桩固定在沙面上，拼接施工也存在费时费力的问题。
9.除此之外，申请号为201110140344.9和201610893009.9公开的固沙装置，均为网状结构，先将固沙板拼接成网状后，再固定于沙面上，此种拼接后固定的方式，大都适用于平整的沙面结构，对于起伏不定的沙丘而言，不便施工。


技术实现要素：

10.本发明的目的是针对现有技术中存在的固沙板施工费时费力、施工沙面受限制的问题，而提供一种一体式固沙板。
11.本发明的另一个目的是提供所述一体式固沙板的制备方法。
12.本发明的另一个目的是提供所述一体式固沙板的固沙方法。
13.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
14.一体式固沙板，包括固沙板本体和固定于所述固沙板本体上的多个镁质把筋，其中所述固沙板本体由镁水泥砂浆固化而成，所述镁质把筋的一端固化于所述固沙板内部，另一端位于所述固沙板本体外形成固定端，所述镁质把筋包括把筋束和凝固于所述把筋束间隙的镁水泥净浆。
15.在上述技术方案中，所述把筋束由秸秆材料捆扎成束而成。所述植物纤维为竹筋、稻草、芦苇杆等或其他植物纤维。所述镁质把筋通过以下方法制备：将所述把筋束浸泡于所述镁水泥净浆中,待所述镁水泥净浆充分浸入把筋缝隙后取出，凝固形成镁质把筋，更为优选的凝固时间为1-4h。
16.在上述技术方案中，所述镁水泥砂浆为氯氧镁水泥砂浆、硫氧镁水泥砂浆或磷酸镁水泥砂浆。可采用其中一种或多种任意比例的组合物；
17.所述镁水泥净浆为氯氧镁水泥净浆、硫氧镁水泥净浆或磷酸镁水泥净浆。可采用其中一种或多种任意比例的组合物。
18.所述氯氧镁水泥砂浆通过以下方法制备：
19.步骤1，将氯化镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
20.步骤2，将活性氧化镁、沙土(沙土为沙和/或土，从治沙当地获取)和所述镁盐溶液按质量比1:(5-15):(0.5-1.5)混合并搅拌均匀得到氯氧镁水泥砂浆；
21.所述硫氧镁水泥砂浆通过以下方法制备：
22.步骤1，将硫酸镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
23.步骤2，将活性氧化镁、沙土(沙土为沙和/或土，从治沙当地获取)和所述镁盐溶液按质量比1:(5-15):(0.5-1.5)混合并搅拌均匀得到硫氧镁水泥砂浆；
24.所述磷酸镁水泥砂浆通过以下方法制备：
25.步骤1，将磷酸镁溶于水形成镁盐溶液；
26.步骤2，将重烧氧化镁或死烧氧化镁、沙土(沙土为沙和/或土，从治沙当地获取)和所述镁盐溶液按质量比1:(5-15):(0.5-1.5)混合并搅拌均匀得到磷酸镁水泥砂浆；其中，步骤1中磷酸镁的质量为步骤2中重烧氧化镁或死烧氧化镁质量的1％-15％。
27.在上述技术方案中，所述氯氧镁水泥净浆通过以下方法制备：
28.步骤1，将氯化镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
29.步骤2，将活性氧化镁和所述镁盐溶液按质量比1:(0.5-2)混合并搅拌均匀，获得氯氧镁水泥净浆；
30.所述硫氧镁水泥净浆通过以下方法制备：
31.步骤1，将硫酸镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
32.步骤2，将活性氧化镁和所述镁盐溶液按质量比1:(0.5-2)混合并搅拌均匀，获得硫氧镁水泥净浆；
33.磷酸镁水泥净浆通过以下方法制备：
34.步骤1，将磷酸镁溶于水形成镁盐溶液；
35.步骤2，将重烧氧化镁或死烧氧化镁和所述镁盐溶液按质量比1:(0.5-2)混合并搅拌均匀，得到磷酸镁水泥净浆；其中，步骤1中磷酸镁的质量为步骤2中重烧氧化镁或死烧氧化镁质量的1％-15％。
36.在上述技术方案中，所述活性氧化镁为轻烧氧化镁粉、苛性白云石粉或其他能够获得活性mgo成分的原料之一或者为组合，所述活性氧化镁的活性含量为15％-95％。
37.在上述技术方案中，所述镁水泥砂浆中还包括增强材料，所述增强材料的加入量为镁水泥砂浆质量的0.5％-30％，所述增强材料为植物纤维或无机纤维，植物纤维的加入量为镁水泥砂浆质量的2％-30％，无机纤维(玻璃丝)的加入量为镁水泥砂浆质量的0.5-5％。
38.在上述技术方案中，每一所述固沙板本体上固定有2-8个所述镁质把筋，每一所述镁质把筋的长度为10-30cm，其中位于固沙板本体外部的长度为5-20cm。
39.在上述技术方案中，所述固沙板本体为长方形板状结构，每一镁质把筋与所述长方形板状结构的长边相垂直。
40.本发明的另一方面，利用所述一体式固沙板进行防沙的方法，将所述一体式固沙板的镁质把筋的固定端插入沙面，形成竖立的防沙板，多个防沙板相互按方格排列形成防沙网格。
41.本发明的另一方面，所述一体式固沙板的制备方法，所述一体式固沙板通过模具加工成型，所述模具包括一用于容纳浆料的容纳腔，所述模具的侧板上形成有供镁质把筋穿过的孔洞，所述孔洞与所述容纳腔相连通，
42.所述制备方法包括以下步骤：
43.步骤a.制备镁水泥净浆和镁水泥砂浆：
44.步骤b.制备镁质把筋：
45.将植物纤维捆扎成直径小于孔洞的把筋，将所述把筋浸泡于所述镁水泥净浆中,待所述镁水泥净浆充分浸入把筋缝隙后取出，凝固形成镁质把筋；
46.步骤c.制备一体式固沙板：
47.将所述镁质把筋插入所述孔洞，并使得镁质把筋的一端位于所述容纳腔内，镁水泥砂浆注入所述容纳腔内，初凝后脱模，脱模后待所述镁水泥砂浆完全凝固后得到所述一体式固沙板。
48.在上述技术方案中，所述步骤b中凝固时间为1-4h。
49.在上述技术方案中，
50.所述步骤c中，养护温度为0-30℃，在空气中养护2-8h初凝脱模，脱模后于空气中
养护8-36h完全凝固，凝固后，再在空气中养护2-7天应用于固沙作业。
51.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
52.1.一体式固沙板(包括固沙板本体和镁质把筋)全部由无机原料(轻烧氧化镁粉、苛性白云石粉、水氯镁石、沙或土、水)生产，其配料简单、固化时间短、无需水养护，空气中自然养护即可，因此一体式固沙板易于制作，在不影响环境的同时为沙漠治理提供一种简便易行的操作模式。
53.2.由于镁水泥胶凝材料(氧化镁、镁盐溶液(氯化镁或硫酸镁或磷酸镁之一溶于水)混合形成的胶凝相)的强度很高，且与砂石或土的和易性极好，因此相对于其他无机材料(如硅酸盐、石膏等)镁水泥胶凝材料能够最大化的利用治沙当地的沙作为填充材料，且对沙的质量不受限制(如含土量的多少，对于其他无机胶凝材料而言沙中含土量的大小直接影响固沙板的强度等物理性能)能够掺入75％-80％及以上的当地沙、土作为填充料，因此一体式固沙板的材料成本便宜，极具经济优势。经过测试固沙板本体抗压强度、抗折强度都能达到较高水平(平均抗压强度》10mpa，尤其当细沙土掺入量为80％及其以上，形成较佳集配时抗压强度能够达到15mpa以上，抗折强度》2.5mpa)。
54.3.固沙板本体下端直接安置把筋使之成为一个整体，安装简便，所需人员配备较少，能够节省大量人力物力。此外，由于一体式固沙板不被固定死，因此当风积沙堆满固沙单元空间后，可将固沙板上提重新布置，因此可持续循环利用能够节省二次制作的费用。
55.4.固沙板安装于沙漠表面形成十字方格的形式，占地面积极小，且自由衔接的固沙单元能够依沙面的曲面进行布置，整个固沙装置不受地形的影响，不影响沙漠固有植物的生长，不仅固定了流沙，而且保持了植物的生长，安装整体性强、美观。
附图说明
56.图1所示为一体式固沙板的结构示意图。
57.图2是实施例2的模具结构示意图。
58.图3是实施例2的模具孔洞中插入镁质把筋的结构示意图。
59.图4是实施例2的镁水泥砂浆倒入模具中的结构示意图。
60.图5是实施例2制备的一体式固沙板的结构示意图。
61.图6是一体式固沙板形成防沙网格的结构示意图。
62.图7是实施例3的模具结构示意图。
63.图8是实施例3的模具孔洞中插入镁质把筋的结构示意图。
64.图9是实施例3的镁水泥砂浆倒入模具中的结构示意图。
65.图10是实施例3制备的一体式固沙板的结构示意图。
66.图11是实施例3制备的一体式固沙板插入沙面的结构示意图。
67.图中：1-固沙板本体，2-镁质把筋，3-沙面，4-模具，5-孔洞，6-镁水泥砂浆，7-开口。
具体实施方式
68.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
69.实施例1(一体式固沙板)
70.如图1所示，一体式固沙板，包括固沙板本体1和固定于所述固沙板本体1上的多个镁质把筋2，其中所述固沙板本体1由镁水泥砂浆固化而成，所述镁质把筋2的一端固化于所述固沙板内部，另一端位于所述固沙板本体外形成固定端，所述镁质把筋包括把筋束和凝固于所述把筋束间隙的镁水泥净浆。
71.镁水泥砂浆可采用以下实施例2.1-2.3中的一种或任意比例的组合物，镁水泥净浆可采用以下实施例2.1-2.3中的一种或任意比例的组合物。
72.所述固沙板本体1为长方形板，镁质把筋2为细长形把筋，与固沙板本体1的长边相垂直。以下实施例2制备的一个固沙板本体1上设置有六个镁质把筋2，以下实施例3制备的一个固沙板本体1上设置有三个镁质把筋2，镁质把筋2的数量可根据需求视情况而定，不局限于本发明实施例中的3个或6个。把筋束的材质不局限于植物纤维，其它能够职称强度的纤维或筋材都可以。更为优选的，把筋束为植物纤维束，比如竹筋、稻草、芦苇杆等或其他植物秸秆材料捆扎形成的束。
73.使用时，将镁质把筋2形成的固定端插入沙面3内，若干个一体式固沙板相互按方格排列形成防沙网格应用于防沙作业，固沙效果好，可应用于沙漠地区公路、铁路的沙害治理。一体式固沙板结构简单，组装铺设极其简便快捷，保证了固沙效果的同时保证了能够二次利用和节约了再次利用发生的费用。
74.实施例2(制备镁水泥净浆和镁水泥砂浆)
75.以下实施例中水不受限制，可以是自来水也可以是江河湖水。
76.2.1制备氯氧镁水泥净浆和氯氧镁水泥砂浆
77.所述氯氧镁水泥砂浆通过以下方法制备：
78.步骤1，将氯化镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
79.步骤2，将活性氧化镁、沙土(沙土为沙和/或土，从治沙当地获取)和所述镁盐溶液按质量比1:(5-15):(0.5-1.5)(最优比例为1:8:0.9，除此之外，还可采用1:5:1.5、1:15:0.5、1:5:0.5)混合并搅拌均匀得到氯氧镁水泥砂浆。
80.所述氯氧镁水泥净浆通过以下方法制备：
81.步骤1，将氯化镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
82.步骤2，将活性氧化镁和所述镁盐溶液按质量比1:(0.5-2)(最优比例为1:0.75，除此之外，还可采用1:0.5，1:1，1:2)混合并搅拌均匀，获得氯氧镁水泥净浆。
83.2.2制备硫氧镁水泥砂浆和硫氧镁水泥净浆
84.所述硫氧镁水泥砂浆通过以下方法制备：
85.步骤1，将硫酸镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
86.步骤2，将活性氧化镁、沙土(沙土为沙和/或土，从治沙当地获取)和所述镁盐溶液按质量比1:(5-15):(0.5-1.5)(最优比例为1:8:0.9，除此之外，还可采用1:5:1.5、1:15:0.5、1:5:0.5)混合并搅拌均匀得到硫氧镁水泥砂浆；
87.所述硫氧镁水泥净浆通过以下方法制备：
88.步骤1，将硫酸镁溶于水中，得到浓度在20-30be
°
之间的镁盐溶液；
89.步骤2，将活性氧化镁和所述镁盐溶液按质量比1:(0.5-2)(最优比例为1:0.75，除此之外，还可采用1:0.5，1:1，1:2)混合并搅拌均匀，获得硫氧镁水泥净浆。
90.2.3制备磷酸镁水泥砂浆和磷酸镁水泥净浆
91.所述磷酸镁水泥砂浆通过以下方法制备：
92.步骤1，将磷酸镁溶于水形成镁盐溶液；
93.步骤2，将重烧氧化镁或死烧氧化镁、沙土(沙土为沙和/或土，从治沙当地获取)和所述镁盐溶液按质量比1:(5-15):(0.5-1.5)(最优比例为1:8:0.9，除此之外，还可采用1:5:1.5、1:15:0.5、1:5:0.5)混合并搅拌均匀得到磷酸镁水泥砂浆；其中，步骤1中磷酸镁的质量为步骤2中重烧氧化镁或死烧氧化镁质量的1％-15％。
94.磷酸镁水泥净浆通过以下方法制备：
95.步骤1，将磷酸镁溶于水形成镁盐溶液；
96.步骤2，将重烧氧化镁或死烧氧化镁和所述镁盐溶液按质量比1:(0.5-2)(最优比例为1:0.75，除此之外，还可采用1:0.5，1:1，1:2)混合并搅拌均匀，得到磷酸镁水泥净浆；其中，步骤1中磷酸镁的质量为步骤2中重烧氧化镁或死烧氧化镁质量的1％-15％。
97.实施例2.1-2.3中，活性氧化镁为轻烧氧化镁粉、苛性白云石粉或其他能够获得活性mgo成分的原料之一或者为组合，一般活性氧化镁(mgo)的活性含量为15％-95％。
98.实施例2.1-2.3中，混合砂浆时可以加入纤维作为增强材料，纤维可以是植物纤维也可以是玻璃丝等无机纤维。
99.将上述镁水泥砂浆6倒入模具的容纳腔内并在空气中养护2-8h，初凝后脱模，脱模后在空气中养护8-36h(最佳养护时间24h)完全硬化后即为固沙板本体(在镁水泥砂浆初凝后又没完全凝固前进行脱模，防止镁水泥砂浆由于粘结性能较强不易从模具中脱离出来的问题)，养护温度一般为0-30℃(最佳养护温度20℃)。
100.对固沙板本体的强度进行测试，得到以下表1的数据。
101.表1
[0102][0103][0104]
2#固沙板本体和3#固沙板本体的细沙土掺入量都能达到80％以上，例如3#固沙板本体中细沙土掺入量＝10/(1 10 1.2)＝81.97％，2#固沙板本体细沙土掺入量为80％，1#固沙板本体细沙土掺入量为76.92％，抗折强度均大于2.5mpa，抗压强度均大于10mpa，在细沙土掺入量都达到80％及以上时，形成较佳集配，抗压强度》15mpa。
[0105]
将氯化镁溶液替换成硫酸镁溶液或磷酸镁溶液，得到的固沙板本体的抗压强度和抗折强度与上表接近。
[0106]
实施例3
[0107]
3.1制备模具：
[0108]
将不锈钢板制作成如图2所示矩形固沙板模具，模具包括底板和四个侧壁板，侧壁板的四个角为活扣连接，其中一个侧壁板上开若干孔洞。本实施例中孔洞设有六个，模具的内尺寸长(a)
×
宽(b)
×
厚(c)＝(100cm-200cm)
×
(20cm-50cm)
×
(1.5cm-5cm)，孔洞的直径
为1cm-2cm。
[0109]
3.2制备一体式固沙板：
[0110]
步骤a.按照实施例2.1、2.2或2.3的方法制备镁水泥净浆和镁水泥砂浆6：
[0111]
步骤b.制备镁质把筋：
[0112]
将植物纤维(如竹筋、稻草、芦苇杆等或其他植物秸秆材料)捆扎成直径小于孔洞的把筋，把筋长度10-30cm，将所述把筋浸泡于所述镁水泥净浆中,待所述镁水泥净浆充分浸入把筋缝隙后取出，凝固形成镁质把筋，凝固时间为1-4h；
[0113]
步骤c.制备一体式固沙板：
[0114]
将六个所述镁质把筋一一插入所述孔洞，模具外预留把筋长度为5-20cm；
[0115]
将上述镁水泥砂浆6倒入模具的容纳腔内，在空气中养护2-8h初凝脱模，空气中养护8-36h(最佳养护时间24h)硬化后即为本发明一体式固沙板(如图5)，养护温度一般为0-30℃(最佳养护温度20℃)。一体式固沙板在空气中养护2-7天即可进行防沙施工。
[0116]
3.3防沙施工
[0117]
安装时将上述一体式固沙板的固定端(镁质把筋)插入沙面(图1)，即可形成竖立的防沙板，若干个防沙板相互按方格排列即可形成防沙网格(图6)。
[0118]
实施例4
[0119]
4.1制备模具：
[0120]
将不锈钢板制作成如图7所示矩形固沙板模具，模具包括底板和四个侧壁板，侧壁板的四个角为活扣连接，其中一个侧壁板上开若干开口7。模具的内尺寸长(d)
×
宽(e)
×
厚(f)＝(100cm-200cm)
×
(20cm-50cm)
×
(1.5cm-5cm)，开孔的内边长大小为1cm-2cm。
[0121]
4.2制备一体式固沙板：
[0122]
步骤a.制备镁水泥净浆和镁水泥砂浆：
[0123]
按照实施例2.1、2.2或2.3的方法制备镁水泥净浆和镁水泥砂浆6。
[0124]
步骤b.制备镁质把筋：
[0125]
将植物纤维(如竹筋、稻草、芦苇杆等或其他植物秸秆材料)捆扎成直径小于上述模具开孔的把筋(把筋长度10-30cm)，然后将把筋在上述镁水泥净浆中浸泡，待浆液充分浸入把筋缝隙后取出，凝固可形成镁质把筋。一般凝固时间为1-4h。
[0126]
步骤c.制备一体式固沙板：
[0127]
在上述模具开孔中插入镁质把筋，模具外预留把筋长度为5-20cm，如图8所示。
[0128]
将上述镁水泥砂浆倒入模具中(如图9)空气中养护2-8h初凝，进行脱模，脱模后空气中养护8-36h(最佳养护时间24h)完全硬化后即为本发明一体式固沙板(如图10)，养护温度一般为0-30℃(最佳养护温度20℃)。固沙板在空气中养护2-7天即可进行防沙施工。
[0129]
4.3防沙施工
[0130]
安装时将上述一体式固沙板的固定端(镁质把筋)插入沙面(图11)，即可形成竖立的防沙板，若干个防沙板相互按方格排列即可形成防沙网格(图6)。
[0131]
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。
因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0132]
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0133]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。