專利名稱：一種復(fù)合集流場及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于收集降水的復(fù)合集流場及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前我國無灌溉旱作農(nóng)田為4684. 67萬公頃，主要依靠天然降水維護(hù)農(nóng)作物生 產(chǎn)。但由于旱區(qū)降水有限，水資源數(shù)量少，作物水分虧缺量較大，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 發(fā)展。實(shí)踐證明，采取制作集流面與水窖(窯、池)相結(jié)合方式收集、儲存雨季雨水徑流加 以利用是緩解干旱缺水地區(qū)水資源緊缺的有效措施，可促進(jìn)旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。坡地夯 實(shí)灰土集流面是旱區(qū)常見的一種集雨面類型。其特點(diǎn)是制作成本較低、技術(shù)簡單易行，但因 滲透速度和滲透系數(shù)都較大，平均集流效率不高(約65%左右)，小降水量時在集流面上形 成的徑流相對較少，甚至不能形成徑流，無法充分滿足實(shí)際需要。因此，采用新技術(shù)提高其 集雨效率十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效集流的收集降水的復(fù)合集流場及其制備方法。本發(fā)明所提供的用于收集降水的復(fù)合集流場，由夯實(shí)灰土基層和設(shè)于該夯實(shí)灰土 基層上的面層組成，所述夯實(shí)灰土基層由消石灰粉與土料組成，所述消石灰粉與所述土料 的體積比為(2 8)-(3 7)；所述面層由煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和 水組成，所述煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和水的質(zhì)量份數(shù)比為1 (0. ΟΙΟ. 05) (8-10) (70-100) (20-50)，其中，所述煅燒石灰?guī)r粉是由石灰?guī)r經(jīng)煅燒并磨細(xì)后 得到的。上述集流場中，所述夯實(shí)灰土基層中消石灰粉與土料的體積比具體可為2 8或 3 7。上述集流場中，所述面層中煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和水的 質(zhì)量份數(shù)比具體可為 1 0. 01 8 70 50 或 1 0. 05 10 100 20。上述煅燒石灰?guī)r粉在篩孔尺寸為0. 125mm方孔篩的篩余不大于13%，如12. 5% ； 所述煅燒石灰?guī)r粉的有效鈣含量不小于85%，如85. 5%或86%。上述煅燒的溫度為1300°C -1400°C ；所述煅燒的時間為0. 5h_2h上述夯實(shí)灰土基 層的干密度大于 1. 52g/cm3，如 1. 55g/cm3 或 1. 56g/cm3。上述夯實(shí)灰土基層的厚度為5cm-7cm，上述面層的厚度為2cm-3cm。上述土料的顆粒組成具體可為顆粒粒徑小于0. 5mm的土壤顆粒質(zhì)量百分含量是 97% 100%，顆粒粒徑小于0. 25mm的土壤顆粒質(zhì)量百分含量是96% 90%，顆粒粒徑小 于0. 05mm的土壤顆粒質(zhì)量百分含量是58% 89%，顆粒粒徑小于0. Olmm的土壤顆粒質(zhì)量 百分含量是27% 57%，顆粒粒徑小于0. 005mm的土壤顆粒質(zhì)量百分含量是16% 26%， 顆粒粒徑小于0. OOlmm的土壤顆粒質(zhì)量百分含量是3. 5% 15%。本發(fā)明提供了上述復(fù)合集流場的一種制備方法，其包括以下步驟
(1)將所述體積比的消石灰粉與土料拌合均勻并夯實(shí)得到夯實(shí)灰土基層；(2)按照所述質(zhì)量份數(shù)比，先將所述煅燒石灰?guī)r粉與硬脂酸混磨，再與礦渣硅酸鹽 水泥、土料和水?dāng)嚢璩删鶆虻臐{體，將所述漿體抹到所述夯實(shí)灰土基層上，得到由夯實(shí)灰土 基層和面層組成的復(fù)合集流場。本發(fā)明的方法中，上述步驟(2)中所述混磨的時間具體可為0. 5h_2h。本發(fā)明的方法中，上述步驟(2)中所述混磨時的溫度具體可為60°C -80°C。本發(fā)明提供的復(fù)合集流場，集流效率可達(dá)80% -85%。本發(fā)明集流面的面層材料中，石灰?guī)r經(jīng)煅燒后形成的主要是CaO，CaO顆粒表面 吸附空氣中H2O形成Ca(OH)2,因此在硬脂酸和煅燒石灰?guī)r粉混磨時，Ca(OH)2與硬脂酸 CH3 (CH2) 16C00H反應(yīng)形成的Ca (C18H38O2) 2包裹在CaO顆粒表面。由于硬脂酸CH3 (CH2) 16C00H 的熔點(diǎn)在70°C左右，混磨時，未參與反應(yīng)的硬脂酸CH3(CH2) 16C00H也會很容易地包裹在CaO 顆粒表面或Ca (C18H38O2) 2外面。這就減緩了 CaO顆粒遇H2O后的水化速度，與礦渣硅酸鹽水 泥中各種礦物成分的水化速度相適應(yīng)，其水化生成的Ca(OH)2還能激發(fā)礦渣硅酸鹽水泥的 混合材中活性Si02、Al2O3產(chǎn)生二次水化，生成水化硅酸鈣(C-S-H)和水化鋁酸鈣(C-A-H) 晶體；CaO遇水后化合生成Ca(OH)2晶體，在反應(yīng)過程中固相體積增大，其反應(yīng)通式及反應(yīng) 前后的體積變化情況見表1(計(jì)算所用數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)Lea，F(xiàn).M.，The Chemistry of Cement and Concrete, Third Edition. Glasgow Edward Arnold Limited,1970)。表1氧化鈣水化反應(yīng)前后的體積變化情況
反應(yīng)式質(zhì)量~~Sl體積水化系統(tǒng)的體積固相的體積~~~體積變化率反應(yīng)所
(g) (g/cm3 ) (cm3) (cm3)_(cm3)_(%) 需的相
_反應(yīng)前反應(yīng)后反應(yīng)前反應(yīng)后水化系統(tǒng)固相對水量
~CaO 56 ^32 16.88
+
H 0 18 1.00 18 34.88 33.04 16.88 33.04 -5.26 95.73 0.321
I
Ca(OH)2 74 2.23 33.04_礦渣硅酸鹽水泥的摻入提高了面層土料的強(qiáng)度，煅燒石灰?guī)r粉和硬脂酸經(jīng)混磨 后，其中的CaO遇H2O形成后的固相體積增加(見表1)，可促進(jìn)礦渣硅酸鹽水泥的混合材中 活性SiO2、活性Al2O3的二次水化，可抑制面層濕土料干縮裂縫及由于環(huán)境溫度變化引起形 變。實(shí)踐也證明，如果不采用本發(fā)明的材料組成及其制備方法，只用礦渣硅酸鹽水泥和土料 兩種材料，加水拌和并壓抹成2cm-3cm厚面層，在其水分大量蒸發(fā)后由于環(huán)境溫度差大引 起形變過大，集流面層會因干縮而產(chǎn)生貫穿性裂縫，面層與基層結(jié)合力會減弱，從而會降低 其集流效率。


圖1為本發(fā)明復(fù)合集流場的面層材料各種組分加水后的水化反應(yīng)及作用圖。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實(shí)施例1、用于收集降水的復(fù)合集流場的制備1)消石灰粉與土料按體積比3 7拌合均勻，至少翻拌兩次，拌合好的灰土顏色應(yīng) 一致，拌合時要適當(dāng)控制含水量，其控制方法是用手將灰土緊握成團(tuán)，兩指輕捏即碎為宜， 如該混合料水分過大或不足時，應(yīng)晾干或?yàn)⑺疂櫇?。然后，采用機(jī)械夯實(shí)，得到夯實(shí)灰土基 層的干密度為1. 55g/cm3，厚度為5cm。2)將石灰?guī)r碎塊在1300°C溫度條件下煅燒0. 5h后，磨細(xì)，在篩孔尺寸為0. 125mm 方孔篩的篩余為13%，有效鈣含量為85. 5%。磨細(xì)后的煅燒石灰?guī)r粉與硬脂酸以質(zhì)量份數(shù) 比1 0. 01在球磨機(jī)混磨0. 5h，混磨時溫度控制為80°C ；混磨完畢后，再與礦渣硅酸鹽水 泥、土料和水?dāng)嚢璩删鶆虻臐{體；其中，煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和水 的質(zhì)量份數(shù)比為1 0.01 8 70 50 ；然后將漿體用鏝刀抹到上述夯實(shí)灰土基層上得 到面層，其厚度為2cm，上述夯實(shí)灰土基層和該面層的復(fù)合層即為復(fù)合集流場。上述土料為砂壤土，其顆粒組成如表2所示。表2 土料的顆粒組成 3)待14h后，覆蓋稻草或麥草或草袋或塑料布，在覆蓋物上灑水養(yǎng)護(hù)(注覆蓋塑 料布下面層的水分不易散失，不必灑水養(yǎng)護(hù))，以后每間隔24h撒水一次，21d后不再灑水， 除去覆蓋物后即可使用。為檢驗(yàn)實(shí)施例1的復(fù)合集流場的集雨效果，采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工模擬降雨。實(shí)施例1的復(fù)合集流場，其集流效率檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。表3實(shí)施例1的人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)施例2、用于收集降水的復(fù)合集流場的制備1)消石灰粉與土料按體積比2 8拌合均勻，至少翻拌兩次，拌合好的灰土顏色應(yīng) 一致，拌合時要適當(dāng)控制含水量，其控制方法是用手將灰土緊握成團(tuán)，兩指輕捏即碎為宜， 如該混合料水分過大或不足時，應(yīng)晾干或?yàn)⑺疂櫇?。然后，采用人工夯?shí)，得到夯實(shí)灰土基 層的干密度為1. 56g/cm3，厚度為7cm。2)將石灰?guī)r碎塊在1400°C溫度條件下煅燒2h后，磨細(xì)，其0. 125mm方孔篩的篩余為12.5%，有效鈣含量為86%。磨細(xì)后的煅燒石灰?guī)r粉與硬脂酸以質(zhì)量份數(shù)比1 0.05 混磨2h，混磨時溫度控制為60°C ；混磨完畢后，再與礦渣硅酸鹽水泥、土料和水?dāng)嚢璩?均勻的漿體；其中，煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和水的質(zhì)量份數(shù)比為 1 0.05 10 100 20;然后將漿體用鏝刀抹到上述夯實(shí)灰土基層上得到面層，其厚度 3cm,上述夯實(shí)灰土基層和該面層的復(fù)合層即為復(fù)合集流場。4)待14h后，覆蓋稻草或麥草或草袋或塑料布，在覆蓋物上灑水養(yǎng)護(hù)(注覆蓋塑 料布下面層的水分不易散失，不必灑水養(yǎng)護(hù))，以后每間隔24h撒水一次，22d后可不再灑 水，除去覆蓋物后即可使用。為檢驗(yàn)實(shí)施例2發(fā)明的集雨效果，采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工模擬降雨。所用土料顆粒組 成如表2所示。實(shí)施例2的復(fù)合集流場，其集流效率檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。表4實(shí)施例2的人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
一種用于收集降水的集流場，其特征在于所述集流場由夯實(shí)灰土基層和設(shè)于所述夯實(shí)灰土基層上的面層組成，所述夯實(shí)灰土基層由消石灰粉與土料組成，所述消石灰粉與所述土料的體積比為(2∶8) (3∶7)；所述面層由煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和水制成，所述煅燒石灰?guī)r粉、所述硬脂酸、所述礦渣硅酸鹽水泥、所述土料和所述水的質(zhì)量份數(shù)比為1∶(0.01 0.05)∶(8 10)∶(70 100)∶(20 50)，其中，所述煅燒石灰?guī)r粉是由石灰?guī)r經(jīng)煅燒并磨細(xì)后得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流場，其特征在于所述煅燒石灰?guī)r粉在篩孔尺寸為 0. 125mm方孔篩的篩余不大于13% ；所述煅燒石灰?guī)r粉的有效鈣含量不小于85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集流場，其特征在于所述煅燒的溫度為 1300°C -1400°C ；所述煅燒的時間為0. 5h-2h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的集流場，其特征在于所述夯實(shí)灰土基層的干密 度大于 1. 52g/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的集流場，其特征在于所述夯實(shí)灰土基層的厚度 為5cm-7cm，所述面層的厚度為2cm_3cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的集流場，其特征在于所述集流場按照權(quán)利要求 7-9中任一所述的方法制備。
7.一種制備權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的集流場的方法，其包括以下步驟(1)將所述體積比的消石灰粉與土料拌合均勻并夯實(shí)得到夯實(shí)灰土基層；(2)按照所述質(zhì)量份數(shù)比，先將所述煅燒石灰?guī)r粉與硬脂酸混磨，再與礦渣硅酸鹽水 泥、土料和水?dāng)嚢璩删鶆虻臐{體，將所述漿體抹到所述夯實(shí)灰土基層上，得到由夯實(shí)灰土基 層和面層組成的集流場。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述混磨的時間為 0.5h-2h。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述混磨的溫度為 60 °C -80 °C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于收集降水的復(fù)合集流場及其制備方法。本發(fā)明的復(fù)合集流場由夯實(shí)灰土基層和設(shè)于其上的面層組成，所述夯實(shí)灰土基層由消石灰粉與土料組成，所述消石灰粉與所述土料的體積比為(2∶8)-(3∶7)；所述面層由煅燒石灰?guī)r粉、硬脂酸、礦渣硅酸鹽水泥、土料和水組成，所述煅燒石灰?guī)r粉、所述硬脂酸、所述礦渣硅酸鹽水泥、所述土料和所述水的質(zhì)量份數(shù)比為1∶(0.01-0.05)∶(8-10)∶(70-100)∶(20-50)；所述夯實(shí)灰土基層的干密度大于1.52g/cm3，所述夯實(shí)灰土基層的厚度為5cm-7cm，所述面層的厚度為2cm-3cm。本發(fā)明也提供了上述集流場的一種制備方法。本發(fā)明的集流場，集流效率可達(dá)80-85％。
文檔編號E03B3/02GK101892686SQ20101022396
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者任樹梅, 彭紅濤 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)