摘要：高吸水性树脂作为新材料用于防洪工程维修养护、防汛抢险、植树绿化中，因其特性及成分区别，导致使用效果参差不齐；无法充分发挥该材料实际作用，易形成应用误区，导致不堪后果。本文通过对其特性及机理的分析，提出该材料在治黄工程中适用范围及指标，以期该材料能在防洪工程中得到更充分的利用，发挥更大的作用。
关键词：高吸水性树脂；新型材料；防洪工程；应用
高吸水性树脂（Superabsorbent Polymers，简称SAP），是一种具有强亲水性和特殊吸湿能力的高聚物的总称，又称超强吸水剂。近年，SAP以其优良性能和特点，进入水利行业、土木建设、林业等领域。在治黄工作中，SAP被用于抢险、维修、养护以及植树绿化等，发挥着重要作用。但该材料属于新兴材料，还在不断衍生中，其特性根据制备方法的不同，相差甚大。熟悉制备方法，了解其特性与应用范围，是该材料能更好服务黄河防洪工程的必须条件。
1.黄河防洪工程中SAP的应用
SAP在黄河防洪工程中主要应用于防汛抢险（SAP防汛袋、防汛毯等）、工程维修养护（淤区土壤改良、混凝土工程等）、植树绿化（作为保水剂提高成活率等）。
1.1防汛抢险
在黄河防洪工程险情中，渗水、管涌、漏洞、滑坡、风浪淘刷、漫溢等几种险情以抢护时间紧、任务重、用料多、工时长、抢护难度大而著称；这些险情在传统险情抢护方法中往往需要大量砂石、土料、土工织物为主要抢险材料。2017年以来，市场上涌现出以SAP抢险袋、SAP抢险毯等以高吸水性树脂材料为主的抢险方法。利用SAP为填充物，结合无纺布内袋、麻布外袋做成的SAP防汛袋及抢险毯利用SAP吸水膨胀、凝胶增重、不易脱水特性，用于漏洞、渗水、滑坡等险情的抢护中。在清水、浑水、静态下进行模拟试验，取得一定效果，但在黄河泥沙复杂水情的险情中有待实战考验。
1.2维修养护
黄河防洪工程维修养护中的应用主要集中在混凝土的改良，在水泥中加入少量的SAP作为保养剂，可以缩短干燥时间，防止出现裂纹，从而得到质量好、光洁度高、凝固好的混凝土；近年在涵闸除险加固工程中用于涵闸洞室侵蚀面丙乳砂浆修补时添加。
淤区土壤改良中，加入适量SAP，可以使土壤容积质量降低，总孔隙度提高，土壤毛管水饱和时的固、液、气三相组成发生了不同程度的变化，且对土壤团粒结构的形成有明显的促进作用。提高了土壤蓄水容量和持水能力，改善了土壤通透性，防止表土结皮，有效抑制土壤中水分蒸发。
1.3植树绿化
在黄河防洪工程的植树绿化中应用，主要是利用了SAP的高吸水性，在干旱时缓慢释放水分供树木及绿化苗木吸收，起到“储水罐”的作用，抗旱保水、促进树木及绿化苗木生长，能提高新植、补植苗木的成活率；同时SAP还可吸收肥料及药物，并缓慢释放，起到“药箱”和“肥仓”的作用。
2.SAP在黄河防洪工程应用中存在的问题
2.1 SAP抢险袋/抢险毯存在的问题
（1）制备方法的区别。SAP根据制备原材不同，其性能也大相径庭；市场上SAP的主供销路还是在个人卫生产品、医疗卫生、日用化工等领域，在土木建筑、水利工程中应用的SAP选择上更细化，应区别市场供给的制备方法；虽然都称为“高吸水性树脂”，但特征、耐候性相差很大。（2）SAP吸水率及吸水速率的差别（交联度关系到吸水率及吸水速率）。（3）黄河水的含盐量（700mg/l）的影响（离子型SAP耐盐性较弱）。
2.2 SAP在维修养护中存在的问题及应注意事项
（1）作为添加剂在混凝土拌和中，SAP的添加量应视混凝土的用途而定，并非所有混凝土制品中都适用于添加SAP；（2）因不同制备原材制备的SAP性能不同，部分会对混凝土造成的蜂窝麻面；（3）养护工程中用于土壤改良，其成本相对有些高，在土壤中吸水能力不够，重复使用性较差。
2.3 SAP在植树绿化中存在的问题及应注意事项
（1）SAP有很高的吸水、保水能力，过量使用会使植物根部土壤水分过大，病菌易于繁殖，导致烂根；（2）在使用无机肥时防止Ca2+、Mg2+等离子，与高吸水分子网络上的Na+等离子产生交换，易使吸水性树脂失去保水能力[1]；（3）SAP是节水产品，自身不产生水，当水凝胶中水分被植物吸收后，需要外部接供给水分。
3.高吸水性树脂类别及性能分析
3.1高吸水性树脂工作机理
SAP从结构分析，它含有大量的亲水性基团（如羧基、磺酸基、羧酸盐基、酰胺基等）低交联度的三维空间网格，具有高分子电解质的分子扩张性能，同时由于其微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张，分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子，所以可以吸收和保持自身重量几百甚至几千倍的水，而且在加压和加热下也不容易脱水。
3.2高吸水性树脂分类
根据原料来源、亲水基团引入方法、交联方法、产品形状等的不同，SAP有多种分类方法。其中以原料来源这一分类方法最为常用。
高吸水性树脂分类表
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3.3影响吸水性能的因素
影响SAP吸水率有很多因素，除了产品本身的化学组成之外，还与产品的交联度、水解度和被吸液体的性质等有关。
3.3.1影响吸水率的因素
（1）交联度对吸水性的影响 高吸水性树脂在未经交联前，一般是水溶性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常需要进行交联。但实验表明，交联密度过高对吸水性并无好处。交联密度过高，一方面，网格太小而影响水分子的渗透，另一方面，相交弹性的作用增大，也不利于水分子向网络内的渗透，因此造成吸水能力的降低。
（2）水解度对吸水率的影响 高吸水性树脂的吸水率一般随水解度的增加而增加。但事实上，往往当水解度高于一定数值后，吸水率反而下降。这是因为随着水解度的增加，亲水性基团的数目固然增加，但交联剂部分也将发生水解而断裂，使树脂的网格受到破坏，而影响吸水性。
（3）被吸液的pH值与盐分对吸水率的影响 高吸水性树脂是高分子电解质，水中盐类物质的存在和pH值的变化都会显著影响树脂的吸水能力。这是因为酸、碱、盐的存在，一方面影响亲水的羧盐基团的解离，另一方面由于盐效应而使原来在水中应扩张的网格收缩，与水分子的亲和力降低。
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3.3.2影响SAP吸水速率的因素
SAP吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散，另一方面组成吸水剂的高分子链在水的作用下彼此分离、扩展。吸水速率取决于水向SAP内部的扩散速率以及高分子链在水的作用下扩展的速率。影响吸水速率的因素主要有：吸水剂的种类、表面积大小以及表面结构。
3.4各类高吸水性树脂优缺点
淀粉改性的SAP优点是原料来源丰富，产品吸水倍率较高，通常都在千倍以上；缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。
纤维素改性SAP优点是有很多毛细管，表面积大，应用广泛，吸水率在百倍以上；缺点是易受细菌的分解失去吸水、保水能力。
合成聚合物类：（1）聚丙烯酸盐类吸水率较高，一般均在千倍以上；(2)聚丙烯腈水解物吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右；（3）醋酸乙烯酯共聚物吸水后有较高的机械强度，使用范围较广；（4）改性聚乙烯醇类吸水倍率为150～400倍，虽吸水能力较低，但初期吸水速度较快，耐热性和保水性都较好。上述四类缺点同为：耐盐性差，因为SAP在盐水中的吸水倍数是评价其性能的一个重要指标。（5）聚丙烯酸钠—CO—丙烯酰胺类，具有耐盐性高，吸水性强优点，成本低廉。
4.措施及方法
（1）在选材上，根据不同原料制备的SAP，注意根据工程需要选择性购买。如防汛器材工具中应用的SAP，要选用聚丙烯酸钠—CO—丙烯酰胺高吸水树脂[2]。这种树脂不仅具备良好的吸水性能，还具有高抗盐性；面对黄河水时，高浑浊水吸水300g/g以上，中度轻度浑浊吸水600g/g，轻度浑浊1200g/g。
（2）作为混凝土保养剂或添加剂使用时，应选用醋酸乙烯酯共聚物制备的SAP，该原材制备的SAP不加交联剂即可成为不溶于水的高吸水性树脂，在吸水后，该SAP具有较高的机械强度，使用范围较广。
（3）淤区土壤改良中，淀粉改性SAP更具性价比，虽长期保水性差，但首次吸水倍率较高，通常都在千倍以上，添加量控制在0.5%左右，渗漏量比添加前可减少60%，其水分蒸发速度较其他土壤慢30%[3]。
（4）植树绿化应控制SAP粒径，一般控制在0.1～1.0mm左右，如大于1mm，其水分蒸发后在土壤中形成较大的空洞，加之堤防留水性差，将会加剧土壤中水分的蒸发。防止因大量的钙、镁离子与SAP离子产生交换；SAP水分被吸收后，需要外界供水，视植株的壤情进行补充。
5.结论
SAP以高吸水性、高吸水速率、高保水性、高膨胀性等特性成为黄河防洪工程中的新兴材料，已逐渐应用到防汛抢险、工程维修养护、植树绿化等工作中。随着该材料不断涌现的制备方法和新特性，掌握该材料不断改良的特性，选择适应、适用于治黄工作的高吸水性树脂材料，仍是今后一段时间该材料在黄河防洪工程中大规模应用的焦点。
参考文献
[1]刘维刚，林杰.高吸水性树脂在园林绿化生产中的应用技术.福建热作科技，2003，28（2）：（18-19）.
[2]张恩瑞，彭少贤，赵西坡，林真，黄亚琼.耐盐性高吸水树脂的合成及性能研究.塑料工程,2012,40(10)(32-36).
[3]唐群委，林建明，吴季怀，郝旭.国内高吸水性树脂的应用现状.福建化工，2005,4（43-45）.
论文作者:董英龙,董泽先,吕延昌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：吸水性论文; 吸水论文; 吸水率论文; 树脂论文; 防洪工程论文; 黄河论文; 交联论文; 《基层建设》2019年第27期论文;