一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料及其制备方法和应用

1.本发明属于山体边坡保水固土技术领域，具体涉及一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.大坡度山体常常存在以下问题：(1)山体破损面积大，修复成本高。由于长时间的开采，形成了大面积的崖壁、岩石以及物理结构破坏的土壤。(2)破损山体植草退化严重，植被种类单一。由于山体边坡的养分、水分供应较差，植被面临干旱、炎热等威胁，极难恢复。(3)边坡覆土薄，水土流失程度严重。由于长期开山采挖，岩石边坡岩石层厚，整体坡体高陡，土体中的养分随着时间增长逐渐流失，导致肥力逐年降低，山体边坡呈现缺水少土等状态。
3.目前工业、矿业以及农业生产中存在大量的废弃物，包括生产废水、废矿渣或者植物下脚料。废水废渣的排放或者堆放均会对环境造成污染；对废水废渣的处理会进一步消耗能源与资源。因此，对这些废弃物进行合理高效的处理并充分利用其中的有用成分，是目前各行业废弃物处置的迫切需求。
4.因此，若将废弃物应用于解决大坡度山体问题，既可以充分利用废弃物，又可以对山体边坡进行生态防护。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料及其制备方法和应用。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.本发明技术方案之一：一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料，按重量份计，包括以下原料：海带工业废水30～40份，废弃铁尾矿粉10～15份，废弃茶渣粉15～30份，废弃红薯渣15～30份和膨润土15～30份。
8.进一步地，所述废弃铁尾矿粉的制备方法为：将废弃铁尾矿粉磨至细度为600～800目。
9.进一步地，所述废弃茶渣粉的制备方法为：将废弃茶渣搅拌粉碎至粒度为100～200目。
10.进一步地，所述废弃红薯渣的制备方法为：将废弃红薯渣搅拌粉碎至粒度为100～200目。
11.本发明技术方案之二：上述基于废弃物的山体边坡保水固土材料的制备方法，包括以下步骤：
12.1)将废弃铁尾矿与部分海带工业废水混合，得到物料a；
13.2)将废弃茶渣粉、废弃红薯渣与剩余海带工业废水混合，得到物料b；
14.3)将步骤1)得到的物料a，步骤2)得到的物料b和膨润土混合，得到所述基于废弃物的山体边坡保水固土材料。
15.进一步地，步骤1)中的部分海带工业废水与步骤2)中的剩余海带工业废水的重量比为(0.5～1.5)∶(2～3)。
16.进一步地，步骤1)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h。
17.进一步地，步骤2)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h。
18.进一步地，步骤3)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h。
19.本发明技术方案之三：上述基于废弃物的山体边坡保水固土材料在山体边坡保水固土方面的应用。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本发明的一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料具有良好的保水性能以及土壤固化性能，有利于山体边坡土壤的固化并提高其保水性能，有利于山体边坡植被的生长发育。
22.本发明的一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料充分利用工业、矿业和农业生产中的废弃物进行加工，过程简单，成本低，既能解决废弃物对环境的污染问题，同时又能解决山体边坡的土壤保水与固化问题。
23.海带工业废水中含有海藻酸钠、多糖、纤维素和蛋白质等有机分子以及甲醛和钙离子；废弃铁尾矿中含有大量的含铁氧化物；废弃茶渣与废弃红薯渣中含有大量的植物多酚、蛋白质、纤维素与果胶。废弃物中的这些物质可与膨润土共同构建多重交联的胶体网络结构，可在山体边坡土壤和山石上牢固黏附并具有优良的保水性能。
24.膨润土、废弃茶渣粉与废弃铁尾矿粉为本发明的山体边坡保水固土材料提供了内部多孔结构，提升材料的保水性能；铁尾矿粉中铁离子与茶渣粉中的多酚及蛋白质的缓慢释放，保障了材料的结构稳定性和黏附性。
具体实施方式
25.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
26.另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
27.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的
文献冲突时，以本说明书的内容为准。
28.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
29.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
30.本发明中所述的“份”如无特别说明，均按重量份计。
31.以下实施例中，基于废弃物的山体边坡保水固土材料，按重量份计，包括以下原料：海带工业废水30～40份，废弃铁尾矿粉10～15份，废弃茶渣粉15～30份，废弃红薯渣15～30份和膨润土15～30份。
32.一些实施例中，所述废弃铁尾矿粉的制备方法为：将废弃铁尾矿粉磨至细度为600～800目。
33.一些实施例中，所述废弃茶渣粉的制备方法为：将废弃茶渣搅拌粉碎至粒度为100～200目。
34.一些实施例中，所述废弃红薯渣的制备方法为：将废弃红薯渣搅拌粉碎至粒度为100～200目。
35.一些实施例中，基于废弃物的山体边坡保水固土材料的制备方法，包括以下步骤：
36.1)将废弃铁尾矿与部分海带工业废水混合，得到物料a；
37.2)将废弃茶渣粉、废弃红薯渣与剩余海带工业废水混合，得到物料b；
38.3)将步骤1)得到的物料a，步骤2)得到的物料b和膨润土混合，得到所述基于废弃物的山体边坡保水固土材料。
39.步骤1)中的部分海带工业废水与步骤2)中的剩余海带工业废水的重量比为(0.5～1.5)∶(2～3)
40.步骤1)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h。
41.步骤2)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h。
42.步骤3)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h。
43.实施例1
44.1)将10份废弃铁尾矿粉(细度为600目，粒度为23微米)加入到10份海带工业废水中，于温度为40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h，得到物料a；
45.2)将20份废弃茶渣粉(粒度为150微米)和15份废弃红薯渣(粒度为150微米)加入到30份海带工业废水中，于温度为40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
46.3)将步骤1)得到的物料a、步骤2)得到的物料b和15份膨润土混合，于温度为25℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
47.实施例2
48.1)将15份废弃铁尾矿粉(细度为600目，粒度为23微米)加入到10份海带工业废水
中，于温度为40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h，得到物料a；
49.2)将15份废弃茶渣粉(粒度为120微米)和15份废弃红薯渣(粒度为150微米)加入到30份海带工业废水中，于温度为30℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
50.3)将步骤1)得到的物料a、步骤2)得到的物料b和15份膨润土混合，于温度为25℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
51.实施例3
52.1)将10份废弃铁尾矿粉(细度为800目，粒度为18微米)加入到10份海带工业废水中，于温度为20℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h，得到物料a；
53.2)将20份废弃茶渣粉(粒度为120微米)和15份废弃红薯渣(粒度为120微米)加入到25份海带工业废水中，于温度为40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
54.3)将步骤1)得到的物料a、步骤2)得到的物料b和20份膨润土混合，于温度为20℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
55.实施例4
56.1)将10份废弃铁尾矿粉(细度为800目，粒度为18微米)加入到15份海带工业废水中，于温度为30℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h，得到物料a；
57.2)将20份废弃茶渣粉(粒度为106微米)和20份废弃红薯渣(粒度为150微米)加入到20份海带工业废水中，于温度为25℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
58.3)将步骤1)得到的物料a、步骤2)得到的物料b和15份膨润土混合，于温度为30℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
59.实施例5
60.1)将10份废弃铁尾矿粉(细度为800目，粒度为18微米)加入到10份海带工业废水中，于温度为35℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h，得到物料a；
61.2)将15份废弃茶渣粉(粒度为75微米)和20份废弃红薯渣(粒度为150微米)加入到25份海带工业废水中，于温度为20℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
62.3)将步骤1)得到的物料a、步骤2)得到的物料b和20份膨润土混合，于温度为30℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
63.实施例6
64.1)将10份废弃铁尾矿粉(细度为800目，粒度为18微米)加入到5份海带工业废水中，于温度为20℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h，得到物料a；
65.2)将15份废弃茶渣粉(粒度为75微米)和30份废弃红薯渣(粒度为106微米)加入到25份海带工业废水中，于温度为25℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
66.3)将步骤1)得到的物料a、步骤2)得到的物料b和15份膨润土混合，于温度为30℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
67.对比例1
68.同实施例1，区别仅在于：步骤1)和步骤2)中以海水替换海带工业废水。
69.对比例2
70.1)将20份废弃茶渣粉(粒度为120微米)和15份废弃红薯渣(粒度为150微米)加入到30份海带工业废水中，于温度为40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到物料b；
71.2)将步骤1)得到的物料b和15份膨润土混合，于温度为25℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h，得到山体边坡保水固土材料。
72.对比例3
73.同实施例1，区别仅在于，省略步骤2)中废弃茶渣粉的添加。
74.对比例4
75.同实施例1，区别仅在于，省略步骤2)中废弃红薯渣的添加。
76.对比例5
77.同实施例1，区别仅在于，步骤3)中以高岭土替换膨润土。
78.性能测试
79.一、保水性能
80.对实施例1～6以及对比例1～5制备得到的山体边坡保水固土材料进行保水性能测试。判断保水性能的重要指标：(1)吸水能力，常用吸水率表示。吸水率＝保水材料所吸收水分质量与自身质量的比值(百分比)。(2)重复吸水能力测定：室温下，将完全吸水后的保水材料放在70℃的烘干箱中干燥脱水至恒重，然后冷却至室温，再将其投入相同环境的蒸馏水中吸水，经过5次干燥-吸水循环，测试保水材料的重复使用性能。重复烘干吸水率＝烘干后吸水倍率/原始吸水倍率。(3)保水能力测定：将吸水后的保水材料放置在转速为4000r/min的离心机中，离心1h后，测定保水率。保水率＝离心后保水材料质量/离心前保水材料质量。所用水均为去离子水。
81.测试结果如表1所示；
82.表1保水性能
[0083] 吸水率(％)重复烘干吸水率(％)保水率(％)实施例12129296实施例22019196实施例32038995实施例42259098实施例52349397实施例62139293对比例11106790对比例21067385对比例31046380对比例41026886对比例51077192
[0084]
二、土壤固化性能
[0085]
对实施例1～6以及对比例1～5制备得到的山体边坡保水材料与济南本地边坡土
混合，进行固土性能测试，测试方法为：取边坡土粉碎至100目，晾干备用。按20：80的比例将山体边坡保水固土材料材料与边坡土拌合均匀，并加入适量水调节至最佳含水率，然后将其置于尺寸规格为40mm
×
40mm
×
40mm的试模中，制备成型试样。将成型好的试件用保鲜膜包裹密封，置于温度为20
±
1℃、相对湿度大于92％的环境中进行养护，养护24h后脱模，然后将脱模后的试件继续用保鲜膜包裹密封后，置于温度为20
±
1℃、相对湿度大于92％的环境中进行养护至7d。对试样的吸水率、湿干强度、水稳系数进行测试，用于评价保水固土材料对边坡土的固化性能。其中水稳系数＝标准养护6d加浸水24h后试样的无侧限抗压强度/标准养护7d后试样的无侧限抗压强度。测试结果如表2所示；
[0086]
表2土壤固化性能
[0087][0088]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：海带工业废水30～40份，废弃铁尾矿粉10～15份，废弃茶渣粉15～30份，废弃红薯渣15～30份和膨润土15～30份。2.根据权利要求1所述的一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料，其特征在于，所述废弃铁尾矿粉的制备方法为：将废弃铁尾矿粉磨至细度为600～800目。3.根据权利要求1所述的一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料，其特征在于，所述废弃茶渣粉的制备方法为：将废弃茶渣搅拌粉碎至粒度为100～200目。4.根据权利要求1所述的一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料，其特征在于，所述废弃红薯渣的制备方法为：将废弃红薯渣搅拌粉碎至粒度为100～200目。5.一种权利要求1～4任一项所述的基于废弃物的山体边坡保水固土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将废弃铁尾矿与部分海带工业废水混合，得到物料a；2)将废弃茶渣粉、废弃红薯渣与剩余海带工业废水混合，得到物料b；3)将步骤1)得到的物料a，步骤2)得到的物料b和膨润土混合，得到所述基于废弃物的山体边坡保水固土材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的部分海带工业废水与步骤2)中的剩余海带工业废水的重量比为(0.5～1.5)∶(2～3)。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置5h。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为600r/min下混合搅拌1h，之后静置3h。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述混合为于20～40℃，搅拌转速为800r/min下混合搅拌1h，之后静置3h。10.权利要求1～4任一项所述的基于废弃物的山体边坡保水固土材料在山体边坡保水固土方面的应用。

技术总结
本发明公开了一种基于废弃物的山体边坡保水固土材料及其制备方法和应用，属于山体边坡保水固土技术领域。本发明保水固土材料包括以下重量份原料：海带工业废水30～40份，废弃铁尾矿粉10～15份，废弃茶渣粉15～30份，废弃红薯渣15～30份和膨润土15～30份；制备方法为将废弃铁尾矿粉与海带工业废水混合得到物料A；将废弃茶渣粉、废弃红薯渣与海带工业废水混合得到物料B；将物料A、物料B和膨润土混合，得到保水固土材料。本发明的保水固土材料对山体边坡土具有良好的保水性和固土性能，有利于山体边坡土壤的固化并提高其保水性能，有利于山体边坡制备的生长发育。体边坡制备的生长发育。


技术研发人员：鹿胜利 丁海燕 邢悦娣 宋少玲 练培松 王庐岩
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/7/7