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利用此項成果，施工單位只需對現(xiàn)場土進(jìn)行翻耕、噴灑乳液、夯實壓平、自然晾曬等操作，就能建造一條生態(tài)超疏水土路。根據(jù)實測，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多地完成了多種生態(tài)超疏水土路的試驗工程和商業(yè)工程項目。

為人所熟悉的荷葉之所以能做到出淤泥而不染，就是因為其表面具有超疏水性。“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)任專家委員會主任，交通運輸部公路科學(xué)研究院、浙江省生態(tài)與環(huán)境修復(fù)技術(shù)協(xié)會、北京林業(yè)大學(xué)等單位專家組成的鑒定委員會的鑒定。

【資料圖】

與會專家普遍認(rèn)為，該成果值得在國土空間綜合整治、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，時常遠(yuǎn)赴東南亞國家，參與提煉棕櫚樹油衍生物的課題研究，期間他對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，不但成本高還會破壞耕地結(jié)構(gòu)。但土路也有弊端——非雨季時，行車過程中會造成塵土污染；雨季來臨，雨水則會將土路變成泥路。聯(lián)想到國內(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、效果維持時間短、會對土壤造成污染、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的蠟質(zhì)微乳突結(jié)構(gòu)，每個乳突上又分布大量納米級的細(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)團隊選用多硅聚合物、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)等院所試驗證實，將該乳液向泥土噴灑后，制成的生態(tài)超疏水土的強度約是素土的2倍，并且超疏水土表面和內(nèi)部都會產(chǎn)生“荷葉效應(yīng)”，肉眼能清晰地看到水珠在泥土間滾動。

已用于多條超疏水土路建設(shè)

緊挨浙江嘉興市平湖時尚中心，一座生態(tài)停車場建在淤泥層上。

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

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

宋永生表示，施工單位只需對現(xiàn)場土進(jìn)行翻耕、噴灑乳液、夯實壓平、自然晾曬等操作，就能建造一條生態(tài)超疏水土路。根據(jù)實測，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多地完成了多種生態(tài)超疏水土路的試驗工程和商業(yè)工程項目，比如浙江金東區(qū)塘雅鎮(zhèn)萬畝土地整治項目生態(tài)超疏水土機耕路、上海G15高速公路嘉瀏段生態(tài)超疏水土擴展施工便道、山西大同得勝堡生態(tài)超疏水土文化廣場等。

除了上述應(yīng)用項目，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。

交通運輸部公路科學(xué)研究院研究員吳立堅指出，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，團隊正在進(jìn)行具有針對性的試驗和研發(fā)，改進(jìn)超疏水土路的建造工藝，同時持續(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，團隊還研發(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)會副會長、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，需要對基坑邊坡進(jìn)行防水抗沖保護。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，費時費力。

宋永生介紹，通過與中交建雄安集團公司進(jìn)行合作，團隊將生態(tài)超疏水土技術(shù)用于到基坑邊坡保護上，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)徐禮根教授團隊，聚焦固土護坡和增強綠化的功能，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。

宋永生團隊的生態(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)，宋永生團隊研發(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，此前在實驗室內(nèi)，該團隊已開展了超疏水沙防蒸發(fā)和防下滲的對比試驗，效果達(dá)到了預(yù)期。未來，該團隊將聯(lián)合交通運輸部公路研究院、中國地質(zhì)大學(xué)等單位，在新疆塔中沙漠進(jìn)行超疏水沙的實地應(yīng)用。

“發(fā)明生態(tài)超疏水土技術(shù)的初衷，是想保護我們賴以生存的土地。”宋永生表示，團隊將繼續(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)用場景，助力我國鄉(xiāng)村振興與綠色可持續(xù)發(fā)展。