一种高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂的制作方法

本发明的实施方式涉及建筑材料/工程管理领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂。

背景技术：

近年来，我国城市发展迅速，每年建筑施工扬尘对大气环境的影响十分突出，严重影响城市居民生活环境质量。我国建筑施工现场常见抑尘措施为洒水、覆盖和地面硬化。洒水一般抑尘效率较低，且有效时间最多仅维持数小时，需要不断重复工作，造成大量人力物力消耗，同时场地洒水大幅提高了土体含水率，使土强度明显降低，且反复洒水导致表面土壤养分流失加剧，含水率降低时，扬尘污染会更加严重。覆盖一般指对裸露地面、集中堆放的土方和细颗粒建材采用密目网或塑料布覆盖的方式防止扬尘产生。塑料布本身难以固定，极易被风吹破或吹走而失去抑尘作用；密目网则因反复使用，自身携带大量粉尘，在覆盖期间会产生扬尘。地面硬化即采用混凝土或水泥砂浆覆盖裸露地面。硬化区域干燥后，表面松散物料易被扰动而产生扬尘，同时施工结束后大面积的硬化材料粉碎处理，还会产生大量扬尘和建筑垃圾。因此国内施工现场普遍采用的扬尘控制措施，抑尘效果差，起不到改善城市大气环境的作用。

另外一种方法是在施工地面覆盖一层成膜抑尘剂，但由于施工现场空气干燥、风蚀作用强，一般抑尘膜湿度下降后难以长期保持抑尘效果。成膜抑尘剂兼具黏结性、吸湿性，渗透黏结作用将表层细颗粒土固结，同时吸收空气中水分使表层土湿度维持较高水平；使土壤当湿度下降后，表面膜仍能通过覆盖抑制扬尘排放。但由于在施工现场，机械人为扰动频繁，膜型抑尘剂在多扰动区容易过早发生人为导致的物理性破坏，难以起到长期一直扬尘的目的。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂，以期望可以提高抑尘剂成膜后的膜强度，从而有效控制施工扬尘排放，改善城市空气质量，实现无尘化绿色施工。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂，它是在以海藻酸钙为成膜主要成分的抑尘剂中添加水溶性非离子型单醚取代基的纤维素醚而得。

上述高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂成膜的海藻酸钙是以海藻酸钠溶液和氯化钙溶液反应得到的。

进一步的技术方案是：所述高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂使用的水溶性非离子型单醚取代基的纤维素醚为甲基纤维素。

更进一步的技术方案是：上述高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂的组分及比例如下：所述海藻酸钠溶液中海藻酸钠的质量浓度为0.70％～1.0％，所述甲基纤维素加入海藻酸钠溶液中，加入比例为海藻酸钠溶液质量的0.05％～0.20％；所述氯化钙溶液的浓度为7.0％～8.0％；所述海藻酸钠溶液与氯化钙溶液的使用比例为体积比1:0.75～0.90。

优选的，所述高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂的组分及比例如下：所述海藻酸钠溶液中海藻酸钠的质量浓度为0.75％，所述甲基纤维素加入海藻酸钠溶液中，加入比例为海藻酸钠溶液质量的0.10％～0.20％；所述氯化钙溶液的浓度为7.5％；所述海藻酸钠溶液与氯化钙溶液的使用比例为体积比1:0.80。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)本发明抑尘剂在添加纤维素后，仍具有良好的快速成膜性和黏结性，可有效固结表层细颗粒，并在表面迅速形成致密膜，覆盖裸露地表，抑尘剂膜的强度也大幅度提高，可达未添加纤维素的抑尘剂膜强度的4～5倍，抑尘效率明显提高。抑尘剂成本低廉，环境友好，无毒无害，可用于城市建筑工地扬尘控制。

2)制剂所成海藻酸钙膜，具有良好的吸湿保水性能和抗风蚀性能，长期保持土壤固结含水率在10％左右，高于扬尘临界含水率4％。即便土壤含水率下降到4％以下后，表层土具有较高强度，仍可保持较好固结效果，若海藻酸钙膜未被破坏，则能完整覆盖表面土层，抑制扬尘。

附图说明

图1为本发明高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂拉力试验所用海藻酸钙膜的成膜流程图。

图2为保水性实验过程中不同土样的固结含水率随时间变化情况图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

一、拉力实验

本实验需要先制备海藻酸钙膜，其成膜流程如图1所示。

1、配制溶液：配制21份质量浓度为0.75％海藻酸钠溶液，每份100毫升，海藻酸钠溶液应使用磁力搅拌器搅拌4h。之后留一份溶液作空白对照组，另外20份溶液分作4组，每组分别加入不同比例的甲基纤维素。选择纤维素添加量为0.05％、0.10％、0.15％和0.20％。同时，为了便于观察成膜均匀度，21份溶液均加入0.05％曙红调色。溶液搅拌完成后静置12h，消泡备用。

2、制备海藻酸钠膜：消泡后的溶液，按已经确定的海藻酸钠用量，倒入直径10cm的平底无菌培养皿，水平放置于35℃烘箱完全烘干，取得海藻酸钠膜。21种溶液如上各制备三份。

3、制备海藻酸钙膜：配制足量质量浓度为7.5％的氯化钙溶液，按既定抑尘剂用量(海藻酸钠溶液与氯化钙溶液体积比1:0.8)分别加入已经制好的海藻酸钠膜的培养皿中，常温静置24h，使氯化钙与海藻酸钠膜充分反应，生成海藻酸钙膜。

4、拉力实验：将充分反应后的海藻酸钙膜从培养皿中完整取出，使用模具凿取哑铃型拉力实验试件，平铺夹于滤纸间，待试件干透，取出试件，安置在拉力试验机上，进行拉力试验。每组海藻酸钙膜，可取得4个左右试件，拉力实验分析结果如表1所示。

表1拉力实验结果

从表1可以看出，不添加纤维素时，抑尘剂膜的平均最大拉力值很低，为0.6519N；通过对掺和不同浓度甲基纤维素所制膜试件进行拉力试验发现，添加甲基纤维素后，膜强度明显增强，而且添加不同浓度的纤维素，膜的强度有不同程度提高，但至少提高到空白对照组膜强度的4倍，同时，在0.05％～0.20％范围内，甲基纤维素添加愈多，膜强度提高越多，当添加浓度为0.20％时，膜强度提高至原膜强度的5.35倍。但当甲基纤维素的添加量在0.05％～0.20％范围之外时，由于甲基纤维素添加量过高，成膜后甲基纤维素会析出或削弱膜强度，或者由于甲基纤维素添加量过低，成膜后膜强度提升较少，不利于实际应用。

本发明选择水溶性非离子型单醚取代基的纤维素醚作为添加剂提高抑尘剂膜的强度，是因为在提高膜强度的效果方面，水溶性纤维素效果优于有机溶液可溶纤维素，取代基为单醚的纤维素效果优于多醚取代基，取代基为非离子型的纤维素效果优于离子型取代基。甲基纤维素为水溶性纤维素，且是单醚、非离子型取代基纤维素，该纤维素对膜强度提高能力最强，并且效果稳定易控。

甲基纤维素添加量从0.10％增加到0.20％，其用量增加一倍，抑尘剂膜强度提高约1/6，因此甲基纤维素0.20％用量的抑尘剂膜相较于0.10％用量的抑尘剂膜来说，其强度虽然有所提高，但并没有成倍增长或者说明显增长，因此在使用甲基纤维素时，如果出于经济性考虑，甲基纤维素的添加浓度宜为0.10％，但如果对抑尘剂膜强度要求更高时，甲基纤维素的添加浓度宜为0.20％。

二、保水性实验

取完全烘干的土样分装3份，每份取砂土150g。以上3份土样，第一份喷洒添加了0.10％甲基纤维素的抑尘剂，第二份喷洒未添加甲基纤维素的抑尘剂(海藻酸钠和氯化钙用量及浓度同加了0.10％甲基纤维素的抑尘剂)，第三份作对照组，洒相同体积的水。均置于温度17℃，湿度50％室内环境，让其自然蒸发，每天早晚各自称重，按式(1)计算固结含水率，观测记录土样含水率随时间变化情况直至其稳定。

$W=\frac{m_1-m_0}{m_1}\×100\%\mathrm{...}\left(1\right)$

式中w为固结含水率，％；m_t为湿土重，g；m₀为干土重，g；m_s为所喷洒溶液总重，g。

实验结果：如图2所示，喷洒本发明所述抑尘剂的第一份土样与施用未添加甲基纤维素的试剂的第二份土样相比，在施用试剂后，12天内固结含水率相差不大，第一份土样的固结含水率略高，最终两份土样的固结含水率在10％左右稳定，抑尘作用长效保持，说明甲基纤维素的添加对抑尘剂的保水性没有明显的影响。而对照组土样的水分在100h左右已经完全蒸发，更多松散颗粒成为潜在扬尘源。

三、风蚀实验

将完全烘干的土样分装3份，每份取砂土150g，自然堆放成底部直径为10cm的沙土堆。其中1份土样喷洒添加了0.10％甲基纤维素的抑尘剂，一份土样喷洒未添加甲基纤维素的抑尘剂，另一个为对照组，洒相同体积的水。将3份土样置于室内环境自然晾干。风蚀试验和保水性试验同时制样，置于相同环境条件下，待保水试验土样固结含水率稳定后，进行风蚀试验。以鼓风机依次模拟3级、5级风力，水平方向分别作用于固结含水率稳定后的各土样，称量鼓风前后土样质量差，按式(2)和(3)计算平均砂土损失率及抑尘效率。

$Q_N,Q_n=\frac{m_2-m_1}{S\×t}\mathrm{...}\left(2\right)$

$\mathrm{\η}=1-\frac{Q_N}{Q_n}\mathrm{...}\left(3\right)$

式中η为抑尘效率，％；Q_N，Q_n分别为实验组和对照组土样平均砂土损失率，g/(m²×min)；m₁.m₂分别为鼓风机吹扫前后土样质量，g；s为土样面积，m²；t为鼓风机吹扫时间，min。

试验结果：如表2所示，鼓风吹扫使对照组土样砂土大量流失，而添加了抑尘剂的两种土样砂土基本无流失。尽管添加了抑尘剂的两种土样在短时间内鼓风吹扫条件下的抑尘效果差距不大，但添加甲基纤维素的溶液粘度更大，在室外环境干燥后，添加甲基纤维素的膜更致密，与沙堆表面贴合度更高，下层砂土固结更稳定，表面强度更高。施用抑尘剂2周后，不含甲基纤维素的抑尘剂膜与下部土层基本脱离，固结层已经失效，下部砂土发生塌落和转移，而施用3周后，含甲基纤维素的抑尘剂膜与下部土层依然不脱离，抑尘效果长效保持。

表2风蚀实验砂土流失量(g)

四、建筑施工工地成膜实施例

实施例1

高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂的组成成分为：

海藻酸钠溶液：海藻酸钠的质量浓度为0.75％，甲基纤维素的质量浓度为0.10％；

氯化钙溶液：氯化钙的质量浓度为7.5％。

使用方法：将海藻酸钠溶液(含有甲基纤维素)和氯化钙溶液配制好后，先将海藻酸钠溶液喷洒在建筑施工工地的地表，然后在相同的建筑施工工地的地表喷洒上述氯化钙溶液，海藻酸钠溶液和氯化钙溶液的喷洒比例为体积比1：0.80。

对于未硬化路面、马道等行人车辆通过较频繁的区域，喷洒本发明抑尘剂后，固结层和表面胶膜相较于喷洒不添加甲基纤维素的海藻酸钙抑尘剂而言更加牢固，不易发生破坏，抑尘作用有效保持10d左右，如多次喷洒将延长抑尘有效期。对于无扰动的区域，抑尘作用有效保持20d以上。在喷洒本发明抑尘剂后，无论是车辆扰动还是行人扰动，其PM10≤5mg/m³。

实施例2

海藻酸钠溶液中甲基纤维素的质量浓度为0.05％，其它同实施例1。

实施例3

海藻酸钠溶液中甲基纤维素的质量浓度为0.15％，其它同实施例1。

实施例4

海藻酸钠溶液中甲基纤维素的质量浓度为0.20％，其它同实施例1。

实施例5

高强度建筑施工工地快速成膜抑尘剂的组成成分为：

海藻酸钠溶液：海藻酸钠的质量浓度为0.80％，甲基纤维素的质量浓度为0.10％；

氯化钙溶液：氯化钙的质量浓度为8.0％。

使用方法：将海藻酸钠溶液(含有甲基纤维素)和氯化钙溶液配制好后，先将海藻酸钠溶液喷洒在建筑施工工地的地表，然后在相同的建筑施工工地的地表喷洒上述氯化钙溶液，海藻酸钠溶液和氯化钙溶液的喷洒比例为体积比1：0.75。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。