Įvadas

Poliakrilamidas(PAMilgą laiką buvo žinoma kaip "universali pagalba pramonei", atliekanti nepaprastą vaidmenįvandens valymasnaftos gavyba, popieriaus gamyba ir daugelis kitų sričių. Kaip vienas iš pagrindinių produktųHenano sekcoAplinkos apsaugos technologijos bendrovė, Ltd., poliakrilamidas įrodė didelę techninę jėgą ir rinkos vertę įprastiniame nuotekų valymo srityje dėl puikių flokuliavimo, adhezijos, storinimo ir trukmės mažinimo savybių. Tačiau nuolatiniai medžiagų mokslo ir inžinerijos technologijų pažangai iš naujo apibrėžia poliakrilamido naudojimo ribas - jis palaipsniui pereina nuo vandens valymo cheminės medžiagos prie kelių inžinerijos statybos priešakyje, sukeliant didelę medžiagų revoliuciją greitkeliuose, tiltuose, tuneliuose ir kituose infrastruktūros projektuose.

Poliakrilamidas yra vandenyje tirpus linijinis aukštos molekulinės koncentracijos polimeras, susidaręs akrilamido monomerų polimerizacija. Jo molekulinėse grandinėse esančios aktyvios grupės gali adsorbuoti ir tiltuoti dirvožemio daleles, formuojant trijų dimensijų tinklo struktūrą, kuri žymiai pagerina dirvožemio mechanines savybes ir ilgaamžiškumą. Šiame straipsnyje sistemingai peržiūrimi nauji poliakrilamido taikymai kelių statybai, tyrinėjant, kaip ši aplinkai draugiška medžiaga keičia pagrindinę šiuolaikinės kelių statybos logiką.

1. Subgrade stabilumo stiprinimas: nuo minkšto dirvožemio apdorojimo iki specialaus dirvožemio tobulinimo

Subklasė yra bet kurio kelių projekto pagrindas, o jo nešiojimo pajėgumas ir vandens stabilumas tiesiogiai lemia kelių tarnavimo trukmę ir eismo saugumą. Viadukto statyboje tilto pamatai paprastai turi būti įterpti į dirvožemį, o dirvožemio nešiojimo pajėgumas yra labai svarbus tilto saugumui ir ilgaamžiškumui. Tradiciniai subgrade stiprinimo metodai daugiausia remiasi neorganinėmis medžiagomis, tokiomis kaip cementas ir kalkas. Tačiau šie metodai ne tik energijos vartoja daug ir sukelia didelį anglies dioksido kiekį, bet ir dažnai blogai veikia, kai apdorojami tam tikri speciali dirvožemio tipai.

Poliakrilamidas, kaip naujas polimerinis dirvožemio stabilizatorius, užpildo šį techninį spragą. Tyrimai parodė, kad įpurškius PAM į dirvožemį, jo molekulinės grandinės gali sudaryti gelio panašią medžiagą, padedant dirvožemio dalelėms tvirtai susieti, taip padidinant bendrą nešiojimo pajėgumą. Šis patobulinimo metodas ypač veiksmingas minkšto dirvožemio pamatams ar nelygiems pamatams. Statybos metu inžinieriams reikia tik sumaišyti PAM su vandeniu ir purkšti arba įpuršti į dirvožemį. Šis neinvazinis statybos metodas ne tik labai sumažina poveikį aplinkai, bet ir žymiai sutrumpina statybos laiką.

Druskos dirvožemio srityse dirvožemio linkmė įtrūkti jau seniai kenkia nuo greitkelių statybos. Norėdami spręsti šią problemą, mokslininkai naudojo poliakrilamidą kaip vandenyje tirpų polimerą, kad modifikuotų greitkelių subgrade užpildus, pagrįstus druskos dirvožemiu, pagerinant jų suspaudimo našumą ir atsparumą įtrūkimams. Bandymų rezultatai rodo, kad padidėjus PAM masės frakcijai, tiek skysčio, tiek plastiko druskos dirvožemio mėginių riba žymiai padidėja. Kiekybinė įtrūkimų modelių analizė atskleidžia, kad PAM pridėjimas veiksmingai sumažina sutraukimo įtampą ir druskos dirvožemio defektus ar poras.

Sezoniniais užšaldytais dirvožemio regionais užšaldymo ir atšildymo ciklai ypač kenkia subklasėms. 2024 m. paskelbtas tyrimas parodė, kad poliakrilamido derinimas su šiaudų pluoštu ir bioanglimi kaip dirvožemio stabilizatoriumi (BPS) žymiai pagerino mechanines savybes ir atsparumą šaltams regionams. BPS apdoroto dirvožemio 28 dienų neribotas slėgio stiprumas siekė 565,42 kPa, o deformacijos modulis siekė 17,24 MPa – atitinkamai 3,36 ir 6,05 kartus didesnis už neapdorotus mėginius. Užšaldymo ir atšildymo ciklų sukeltas stiprumo praradimas buvo 49,3% mažesnis nei natūralaus dirvožemio. Skanuojimo elektroninė mikroskopija atskleidė trigubą stabilizacijos mechanizmą "užpildymo-cementavimo-sustiprinimo", kai PAM molekulinės grandinės sudaro gijų jungtis ir gelio plėvelės struktūras tarp dirvožemio dalelių, tvirtai jungiančios bioanglies ir pluošto medžiagas kartu.

2. Žalioji skydo purvo ir atliekų purvo šalinimas: atliekų pavertimas lobiu

Nuolat plėtojant Kinijos transporto infrastruktūrą, tunelių skydo statyba, tiltų gręžti krūvų pamatai ir kita statybos veikla generuoja didelius atliekų purvo ir skydo purvo kiekius. Šioms atliekoms būdingas didelis vandens kiekis, smulkių dalelių dydis ir didelis molio kiekis. Tiesioginis išmetimas sukeltų rimtą aplinkos taršą ir išteklių švaistymą. Kaip efektyviai pašalinti šias atliekas ir pasiekti išteklių naudojimą tapo svarbiu kelių statybos iššūkiu.

Poliakrilamidas, turintis efektyvias flokuliavimo ir suvanderinimo savybes, yra idealus sprendimas. Tyrimas dėl atliekų slurry iš tilto krūvų pamatų statybos tam tikroje Jiangxi provincijos vietovėje, parodė, kad anioninė PAM, kationinė PAM ir nejoninė PAM visos parodė reikšmingiausią suvanderinimo poveikį, esant 0,2% masės koncentracijai. Tik nedideliu priedu slurry flokuliavo ir greitai suvanderė per 10 sekundžių, o vandens kiekis žymiai sumažėjo atitinkamai 29,5%, 24,3% ir 19,5%. Anioninis PAM veikė geriausiai, o viršnafoninis trūkumas po 2 valandų sumažėjo iki 20 NTU. Smulkios dalelės veiksmingai susijungė į didesnius pulkus, o D90 dalelių dydis padidėjo nuo 15,10 μm iki 25,50 μm, o tai padidėjo 68,9%.

Tunelio skydo inžinerijoje panašūs tyrimai pasiekė proveržius. Siekiant išspręsti didelio vandens kiekio, didelio molio kiekio atliekų slurry atskyrimo sunkumus iš slurry skydo tunelio Jiangyin Antrojo kryžiaus upės perėjimo projekte, mokslininkai atliko sisteminius bandymus, naudojant anioninį poliakrilamidą, polialiuminio chloridą ir kitus flokulantus. Rezultatai parodė, kad organinių ir neorganinių flokulantų derinys geriausiai atliko nuvandenėjimą, pasiekdamas 90 minučių nuvandenėjimo greitį 29,6% ir sumažindamas viršutinio vandens trūkumą iki 62,0 NTU. Tyrimas taip pat parodė, kad kompozitinio flokuliantaus nuvanderinimo poveikį daugiausia dominuoja anioninių PAM ilgų grandinių adsorpcijos tiltų poveikis, kuris suteikia mokslinį pagrindą veiksmingam purvo ir vandens atskyrimui ir skydo šlamų nuvanderinimui.

Dar svarbiau pažymėti tai, kad poliakrilamido naujovės skydo šlovinės šalinimo srityje yra daug daugiau nei pats "gydymas". "Žaliojo skaidomasis purvo flokuliantas ir jo paruošimo metodas" patentas, kurį neseniai pateikė "China Railway No.4 Engineering Group Co., Ltd", sujungia poliakrilamidą su fotokatalizinio skaidymo nanomedžiagomis. Šviesos sąlygomis liekantis PAM gali būti skaidomas į nekenksmingas mažas molekules, tokias kaip CO. ₂ ir vandens, kad iš tikrųjų būtų galima iš didelio vandens kiekio atliekų šlamų išgauti pakartotinai naudojamą subgrade užpildą ir pavyzdžiui paversti žalią žiedinę ekonomiką kelių statyboje.

Faktinėje inžinerijoje, statant Shaanxi Meixian-Taibai greitkelį, PAM buvo pridėtas tunelio vandens srauto valymui, apdorojant apie 25 400 kubinių metrų vandens per dieną. Tai sėkmingai išspręsė kasdienio išleidimo problemą ir pasiekė ekologinį pažadą "be taršos statybos metu". Ši sėkminga patirtis suteikia pakartojamą ir skaliuojamą techninį modelį dideliems transporto projektams ekologiškai jautriose vietovėse.

3. Kelių nuolydžių ekologinė apsauga: inžinerinės saugos ir ekologinio atkūrimo laimėjimas

Kalnų greitkelių statyba, ekologinis atkūrimas ir dirvožemio išsaugojimas aukštuose ir staigiuose šlaituose jau seniai buvo iššūkis. Tradiciniai paramos metodai, pvz., vielos tinklo šaudymo, gali užtikrinti trumpalaikį nuolydio stabilumą, tačiau kenčia nuo prasto žalinimo poveikio ir mažos ekologinės naudos. Sezoniniuose užšaldytuose dirvožemio rajonuose intensyvūs užšaldymo ir atšildymo ciklai daro aukštus ir staigius akmeniškus nuolydžius labai linksius žemės nuoslėvams ir griuvžiams.

Poliakrilamido naudojimas aukštų ir staigių nuolydžių ekologinėje apsaugoje rodo didelį techninį potencialą. Tyrimas dėl aukštų ir stakių akmenų nuolydžių ekologinio atkūrimo sezoniniame užšaldytame dirvožemyje parodė, kad poliakrilamido naudojimas kartu su karboksimetilceliulioze (CMC) kaip dirvožemio pagerintojas žymiai padidino dirvožemio pjovimo stiprumą, vandens stabilumą, atsparumą užšaldymui ir atšildymui ir atsparumą erozijai. Skanuojimo elektroninė mikroskopija atskleidė, kad poliakrilamido ir CMC sudaryta gelio plėvelė suteikia "tiltą" ir ryšį tarp dirvožemio dalelių, taip didinant bendrą dirvožemio stabilumą. Tyrimas nustatė, kad optimalus PAM taikymo rodiklis yra 3%, kurio metu dirvožemio struktūra buvo veiksmingai pagerinta neslobdydama augmenijos augimo. Tolesni lauko taikymo tyrimai parodė, kad PAM pagerintas dirvožemis galėjo stabiliai klijuotis prie aukštų ir staigių akmenų nuolydžių, o augalumas išliko penkių mėnesių užšaldymo ir atšildymo ciklus ir tęsėsi be rankinės priežiūros po vienerių metų.

Dirvožemio erozijos kontrolei ant pakrantės ir pjaustymo nuolydžių PAM taip pat parodė puikią veiklą. Lauko kritulių tyrimas, atliktas Jungtinėse Valstijose dėl greitkelių nupjaustytų nuolydžių ir sąvartynų dangčių, parodė, kad anioninio poliakrilamido naudojimas sumažino bendrą dirvožemio nuostolius nuo 40% iki 54%, tuo pat metu žymiai skatindamas augalijos įsikūrimą ir augimą. Tyrime pažymėta, kad labai staigiuose nuolydžiuose, ypač tuose, kurių nuolydžio santykis yra nuo 2:1 iki 3:1, PAM taikymas užtikrina veiksmingą dirvožemio apsaugą kritiniu augmenijos įkūrimo laikotarpiu, žymiai sumažina žalą vietoje ir ištaisymo išlaidas, taip pat sumažina neigiamą dirvožemio erozijos poveikį aplinkiniams vandens telkiniams.

4. Kelių dulkių kontrolė: žalias sprendimas pabėgėlių dulkių valdymui

Keliai atvirose kasybos vietovėse ir laikinos statybos prieigos keliai yra pagrindiniai bėgančių dulkių šaltiniai. Tai ypač taikoma kasyklų vežimo keliams, kuriuose vežamos sunkios transporto priemonės – aukštos temperatūros, sausos aplinkos sąlygomis vandens garavimas iš kelio paviršiaus yra labai didelis, o transporto priemonės trikdžiai yra intensyvūs. Įprastas vandens purškimas dulkių slopinimui yra ne tik ribotas veiksmingumas, bet ir suvartoja milžinišką vandens kiekį. Statistika rodo, kad didžiausią dulkių susidarymo dalį atvirose kasyklose sudaro krovinių vežimo įrangos dulkės, o daugiau nei 80% kasyklų dulkių kilsta iš kelių dulkių, kurias sukėlė judančios transporto priemonės.

Drėkinančių medžiagų pagrindu esantys dulkių slopinantys medžiagai, kurių pagrindinis komponentas yra poliakrilamidas, siūlo tvarų žaliąjį sprendimą. Tyrimas, atliktas atviroje anglių kasykloje, parodė, kad drėkinantis dulkių slopinantis medžiagas, suformuluotas su glicerinu kaip drėkintuvu, natrio dodecilbenzensulfonatu kaip drėkintuvu ir poliakrilamidu kaip koaguliantu, sukūrė ploną plėvelę kelio paviršiuje, kuris užtikrino tiek drėgmės sulaikymą, tiek konsolidavimo funkcijas, veiksmingai užfiksuodamas ir nusprendžiant dulkių daleles. Pramoninių bandymų lauke duomenys parodė, kad bendra dulkių ir kvėpuojančių dulkių koncentracija tiek nešiojose, tiek nenuosiojose dalyse, purškiamose slopinančiu medžiagu, buvo žymiai mažesnė nei įprastose vandeniu purškiamose dalyse, ir abi buvo mažesnės nei nacionalinės reguliavimo ribos. Vidutinis dirvožemio drėgmės kiekis po slopinančių medžiagų naudojimo buvo daugiau nei du kartus didesnis nei įprastiniuose vandeniu purškiamuose skyriuose, o efektyvus dulkių slopinimo laikas per taikymą pasiekė 3-4 dienas. PAM vaidino pagrindinį vaidmenį dulkių koaguliacijoje - jo ilgos polimerinės grandinės adsorbuoja ir sujungia smulkias dulkių daleles į didesnius klasterius - pasiekiant reikšmingą dulkių slopinimo poveikį, todėl jis labai tinka dulkių kontrolei dinaminėse darbo sąlygose, pvz., kasyklos keliuose.

5. Betono grindų veikimo gerinimas: kelių patvarumas

Aukštos kokybės kelių projektuose, pavyzdžiui, viaduktuose ir tuneliuose, betono veikimas tiesiogiai turi įtakos inžinerijos kokybei ir saugai. Poliakrilamido kaip betono priedo naudojimas plečia kelių statybos veiklos ribas. Kai PAM pridedamas prie betono, jo efektyvus storinimo veiksmas padidina betono konsistenciją ir sumažina vandens poreikį, taip sumažinant betono susitraukimą. Tai ne tik pagerina betono atsparumą slėgiui ir tempimui, bet ir žymiai pratęsia kelių infrastruktūros tarnavimo laiką.

Poliakrilamidas taip pat veiksmingai užkirsti kelią pernelyg greitam vandens garui iš betono statybos metu. Jis formuoja apsauginę plėvelę ant betono paviršiaus, sulėtinant garinimo procesą ir užkertant kelią greito drėgmės praradimo sukeltam įtrūkimui – ypač vertinga savybė karštame, sausame klimate. Tuo pačiu metu PAM pagerina betono sujungimą, sumažina didelio aukščio betono įdėjimo metu slydimo riziką, taip suteikiant naują techninę paramą statybos saugos valdymui.

Cementu stabilizuotų dirvožemio gatvių patvarumo gerinimo požiūriu vidaus mokslininkai taip pat padarė svarbią pažangą. Norėdami spręsti prastą įprastinio cementu stabilizuoto dirvožemio ilgaamžiškumą, mokslininkai pridėjo poliakrilamidus, turinčius skirtingas vandens absorbcijos savybes cementu stabilizuotam smėliui, ir atliko neribotus slėgio stiprumo bandymus, sauso ir drėgno ciklo bandymus, džiovinimo susitraukimo bandymus ir mikroskopinę analizę. Rezultatai parodė, kad PAM pridėjimas ne tik veiksmingai padidino cementu stabilizuoto dirvožemio stiprumą, bet ir pagerino jo atsparumą sauso ir šlapio ciklo pažeidimams ir padidino jo atsparumą džiovinimui susitraukimui. Skanuojimo elektroninė mikroskopija patvirtino, kad cementu stabilizuotame dirvožemyje PAM sudarė integruotą "PAM - cemento pasta - dirvožemio dalelės" tinklo struktūrą, suteikiančią mikrostruktūrinį pagrindą pagerintoms makroskopinėms mechaninėms savybėms.

6. Perspektyvos ir išvados

Poliakrilamido naudojimas kelių statybai vyksta gilią transformaciją nuo "pagalbinio priedo" į "pagrindinę funkcinę medžiagą". Ateityje, nuolat pažengus molekulinės struktūros projektavimui ir kompozitinių medžiagų technologijai, toliau atsiras specialios funkcinės PAM medžiagos: druskos atsparus hiperšakuotas anioninis poliakrilamidas aukšto druskos dirvožemio aplinkoje, biologiškai skaidus PAM, kad visiškai išspręstų galimų mikroplastikų likučių problemą iš ilgalaikio naudojimo, ir sinerginiai PAM deriniai su nanomedžiagomis ir mikrobiniais agentais, kurie atvers visiškai naujas aplinkai draugiškas kelių statybos medžiagas.

Kelių statybos sektoriuje poliakrilamido vertė yra ne tik inžinerijos kokybės gerinimas, bet ir "ekologinio ir tvaraus" techninio kelio užtikrinimas. Nuo subklasės stabilizavimo iki purvo valymo, nuo nuolydžio apsaugos iki dulkių slopinimo ir betono našumo gerinimo, PAM keičia infrastruktūros ir aplinkos santykius nuo konfrontacijos iki simbiozės. Kaip aukštųjų technologijų įmonė, specializuojasi mokslinių tyrimų ir plėtros srityje; D ir poliakrilamido ir kitų polimerinių flokuliantų gamyba,Henano SekkoAplinkos apsaugos technologijos bendrovė ir toliau sutelks dėmesį į pažangiausią "aplinkos apsaugos + infrastruktūros" sritį. Naudodami aukštos kokybės produktus ir pritaikytus techninius sprendimus, mes esame įsipareigoję padėti Kinijos kelių statybai pereiti prie efektyvesnės, saugesnės ir žalesnės ateities.