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利用此項(xiàng)成果，施工單位只需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土進(jìn)行翻耕、噴灑乳液、夯實(shí)壓平、自然晾曬等操作，就能建造一條生態(tài)超疏水土路。根據(jù)實(shí)測(cè)，現(xiàn)階段這一建路方法的成本相較水泥路可降低30%左右，目前該成果已在全國(guó)多地完成了多種生態(tài)超疏水土路的試驗(yàn)工程和商業(yè)工程項(xiàng)目。

為人所熟悉的荷葉之所以能做到出淤泥而不染，就是因?yàn)槠浔砻婢哂谐杷浴?ldquo;應(yīng)用仿生荷葉原理，我們研發(fā)出了環(huán)保型納米超疏水乳液。”疏科納米疏水科技（嘉興）有限公司董事長(zhǎng)宋永生博士介紹說，該乳液可將荷葉的疏水特性“移植”到土壤中，既可以解決土路下雨成泥的難題，又能將土路復(fù)墾還田。

日前，在浙江省嘉興市的平湖人才之家，該成果通過了由浙江大學(xué)童菊兒研究員擔(dān)任專家委員會(huì)主任，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院、浙江省生態(tài)與環(huán)境修復(fù)技術(shù)協(xié)會(huì)、北京林業(yè)大學(xué)等單位專家組成的鑒定委員會(huì)的鑒定。

【資料圖】

與會(huì)專家普遍認(rèn)為，該成果值得在國(guó)土空間綜合整治、生態(tài)修復(fù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開發(fā)、土壤改良、水土保持等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

讓土壤產(chǎn)生“荷葉效應(yīng)”

早在20世紀(jì)90年代，化學(xué)制藥專業(yè)出身的宋永生，時(shí)常遠(yuǎn)赴東南亞國(guó)家，參與提煉棕櫚樹油衍生物的課題研究，期間他對(duì)棕櫚樹種植園中的土路產(chǎn)生了興趣。從種植園主口中得知，若直接建造柏油路或者水泥路，不但成本高還會(huì)破壞耕地結(jié)構(gòu)。但土路也有弊端——非雨季時(shí)，行車過程中會(huì)造成塵土污染；雨季來臨，雨水則會(huì)將土路變成泥路。聯(lián)想到國(guó)內(nèi)道路施工及生態(tài)環(huán)保需求，宋永生萌生了創(chuàng)新土路修建方法的念頭。

近20年，在全球范圍內(nèi)，土壤黏合劑、有機(jī)硅殺菌劑、土壤固化劑等產(chǎn)品在土路建造過程中得到應(yīng)用，一定程度上可以起到路面防塵、硬化的作用。“但部分材料在工程應(yīng)用上，仍需柏油覆蓋或者水泥配合。除此之外，還存在耐水性差、效果維持時(shí)間短、會(huì)對(duì)土壤造成污染、難以復(fù)墾等問題。”宋永生說。于是他決心研發(fā)一種沒有上述弊端、用于土路建造的新材料。

公開研究表明，荷葉表面分布著大量微米級(jí)的蠟質(zhì)微乳突結(jié)構(gòu)，每個(gè)乳突上又分布大量納米級(jí)的細(xì)枝狀結(jié)構(gòu)，加上荷葉表皮存在許多蠟質(zhì)三維細(xì)管，賦予荷葉獨(dú)特的超疏水特性和低黏附性。

“受荷葉啟發(fā)，宋永生帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)選用多硅聚合物、植物油降解物和植物纖維素等作為原料，用純水作為溶劑，采用微乳液法，經(jīng)數(shù)道工序制成不含有害物質(zhì)的超疏水乳液。”宋永生介紹，將這種乳液用于土壤表面，可使土壤獲得類似荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)。

所謂微乳液法，是疏水材料完全溶于不含任何有機(jī)溶劑的純水溶液的制備方法的一種。用這一方法制備的納米粒子的單分散和界面性相對(duì)較好，尺寸均勻，可確保納米疏水材料的性能穩(wěn)定和均勻分散性。

吉林大學(xué)等院所試驗(yàn)證實(shí)，將該乳液向泥土噴灑后，制成的生態(tài)超疏水土的強(qiáng)度約是素土的2倍，并且超疏水土表面和內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生“荷葉效應(yīng)”，肉眼能清晰地看到水珠在泥土間滾動(dòng)。

已用于多條超疏水土路建設(shè)

緊挨浙江嘉興市平湖時(shí)尚中心，一座生態(tài)停車場(chǎng)建在淤泥層上。

“按施工要求，這塊區(qū)域很難作硬化處理，我們?cè)谑┕ら_挖時(shí)發(fā)現(xiàn)底下有較深的淤泥層。”該停車場(chǎng)施工單位、杭州啟晟建筑工程有限公司總經(jīng)理趙昌華說，當(dāng)時(shí)他就覺得這工程怕是干不下去了。

后來了解到宋永生團(tuán)隊(duì)研發(fā)的環(huán)保型納米超疏水乳液后，公司將其用于停車場(chǎng)施工，確保了工程交付。驗(yàn)收期間恰逢雨季，周邊河水上漲，淹了停車場(chǎng)。“河水退去后，我們用自重13噸的工程車在場(chǎng)地內(nèi)跑圈測(cè)試，發(fā)現(xiàn)整個(gè)土層基本沒問題。”趙昌華說。

宋永生表示，施工單位只需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土進(jìn)行翻耕、噴灑乳液、夯實(shí)壓平、自然晾曬等操作，就能建造一條生態(tài)超疏水土路。根據(jù)實(shí)測(cè)，現(xiàn)階段這一建路方法的成本相較水泥路可降低30%左右。

記者了解到，該成果目前已在全國(guó)多地完成了多種生態(tài)超疏水土路的試驗(yàn)工程和商業(yè)工程項(xiàng)目，比如浙江金東區(qū)塘雅鎮(zhèn)萬畝土地整治項(xiàng)目生態(tài)超疏水土機(jī)耕路、上海G15高速公路嘉瀏段生態(tài)超疏水土擴(kuò)展施工便道、山西大同得勝堡生態(tài)超疏水土文化廣場(chǎng)等。

除了上述應(yīng)用項(xiàng)目，成果還在北京、上海等地進(jìn)行了推廣，其中北京和上海建筑工地臨時(shí)使用的生態(tài)超疏水土施工便道，目前已就地還原成可耕種的土地。

交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院研究員吳立堅(jiān)指出，環(huán)保型納米超疏水乳液建造土路的目標(biāo)明確，技術(shù)路線清晰，應(yīng)用前景可觀。企業(yè)還可就生態(tài)超疏水土路在凍融、暴雨等環(huán)境下的耐用程度進(jìn)一步完善研究。

“根據(jù)不同的土質(zhì)和道路用土，團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行具有針對(duì)性的試驗(yàn)和研發(fā)，改進(jìn)超疏水土路的建造工藝，同時(shí)持續(xù)跟蹤環(huán)保型納米超疏水乳液在土路中的降解和道路耐候性情況。”宋永生表示，根據(jù)跟蹤測(cè)算，生態(tài)超疏水土路總體使用壽命可在10年以上。

修復(fù)生態(tài)也是把好手

在研發(fā)環(huán)保型納米超疏水乳液的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了生態(tài)超疏水土技術(shù)，并進(jìn)一步將該技術(shù)應(yīng)用于不同領(lǐng)域。

“土壤的結(jié)構(gòu)與功能、土體的安全與穩(wěn)定，很大程度上受親水性、疏水性的影響。”浙江省生態(tài)與環(huán)境修復(fù)技術(shù)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、浙江大學(xué)農(nóng)技推廣中心研究員徐禮根告訴記者，除了用于建造生態(tài)土路，生態(tài)超疏水土技術(shù)及其產(chǎn)品在生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域也大有用武之地。

在建筑工地，需要對(duì)基坑邊坡進(jìn)行防水抗沖保護(hù)。常見方式是使用鋼筋制成的土釘進(jìn)行加固，涉及綁扎鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等工序。隨著施工結(jié)束，需要拆卸加固基坑邊坡的土釘墻，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

宋永生介紹，通過與中交建雄安集團(tuán)公司進(jìn)行合作，團(tuán)隊(duì)將生態(tài)超疏水土技術(shù)用于到基坑邊坡保護(hù)上，確保施工期間邊坡不滲水、不塌方。施工結(jié)束后，直接回填即可。

基于工地邊坡保護(hù)的嘗試，宋永生透露，公司接下來將聯(lián)合浙江大學(xué)徐禮根教授團(tuán)隊(duì)，聚焦固土護(hù)坡和增強(qiáng)綠化的功能，開展超疏水土技術(shù)和產(chǎn)品在道路和礦山邊坡修復(fù)方面的工程應(yīng)用研究。

宋永生團(tuán)隊(duì)的生態(tài)超疏水土技術(shù)不光能用于道路施工，通過調(diào)控土壤的親水性、疏水性，該技術(shù)還能用于生態(tài)修復(fù)。

從“沙進(jìn)人退”到“綠進(jìn)沙退”，我國(guó)荒漠化防治取得顯著成效。防沙固沙、增加植被覆蓋率是沙漠生態(tài)修復(fù)治理的關(guān)鍵。

基于超疏水土技術(shù)，宋永生團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了超疏水沙，讓兩層超疏水沙層將種植沙層夾在中間，分別起到防止地表水分蒸發(fā)和地下層水分滲漏的作用。

據(jù)了解，此前在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，該團(tuán)隊(duì)已開展了超疏水沙防蒸發(fā)和防下滲的對(duì)比試驗(yàn)，效果達(dá)到了預(yù)期。未來，該團(tuán)隊(duì)將聯(lián)合交通運(yùn)輸部公路研究院、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)等單位，在新疆塔中沙漠進(jìn)行超疏水沙的實(shí)地應(yīng)用。

“發(fā)明生態(tài)超疏水土技術(shù)的初衷，是想保護(hù)我們賴以生存的土地。”宋永生表示，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)完善生態(tài)超疏水土技術(shù)的應(yīng)用和推廣，拓展其在生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，助力我國(guó)鄉(xiāng)村振興與綠色可持續(xù)發(fā)展。