高吸水树脂应用于绿色屋顶的效能研究

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绿色屋顶具有调控雨水径流、缓解热岛效应等多种功能,已成为重要的海绵城市建设单元。但是,由于绿色屋顶基质层较薄,蓄存水能力不足,需要进行频繁浇水,增大了其养护难度,限制了其推广。高吸水树脂(Super Absorbent Polymer,SAP)材料来源广泛、制备工艺成熟、吸水保水效果优良,已广泛应用于农林业抗旱技术。SAP可有效改善土壤蓄水性能,减少灌溉需求或无需灌溉,有望作为绿色屋顶基质改良剂,解决绿色屋顶蓄存水能力不足的问题。但是,目前关于将SAP作为绿色屋顶基质改良剂的研究较少。本论文在通过清水实验考察SAP性能的基础上,研究其对基质和绿色屋顶常用植被佛甲草的影响,综合筛选适用于绿色屋顶的SAP,并对其综合效能进行研究。以吸水性能、反复利用性和抗逆性为指标,通过清水实验研究3种常见SAP的基本性能,并进行SAP种类初步筛选。确定聚丙烯酸钾盐型-进口原料SAP(ASAP)和丙烯酸-凹凸棒土杂化型SAP(C-SAP)有作为绿色屋顶基质改良剂的潜力。A-SAP的吸水保水性能最好,吸水量可达266 g水/g SAP。C-SAP的反复利用性和温度抗逆性最好,反复吸-释水13次后,C-SAP的吸水量降低率和质量减损率最低,分别为8.9%和35.9%;温度波动对C-SAP吸水量的影响最小。在此基础上,通过土柱实验考察SAP对基质持水性(包括饱和含水量、田间持水量和容重)及垂直入渗性(渗透速率和渗吸性能)的影响,进行SAP种类优选。确定C-SAP为最适宜绿色屋顶的基质改良剂。当C-SAP施用量为0.6~0.9%,粒径小于等于12目时,基质的饱和含水量和田间持水量分别比无SAP组提高了23.8%和24.6%;且基质的下渗速率降低了48.5%,渗吸性能提高了39.3%。为确定最优的施用量和粒径,研究了C-SAP对佛甲草生理指标和生长指标的影响,并通过隶属函数法进行优选。实验结果表明,C-SAP的最佳施用量为0.6%,粒径为12目,此时隶属函数值取得最大值,即对佛甲草生长的促进作用最显著。基于上述研究确定的C-SAP施用参数,完成了佛甲草覆被的绿色屋顶构建,并研究其综合效能。结果表明,C-SAP的施用能显著提高绿色屋顶草坪质量和成坪速度,并且提高绿色屋顶基质吸水保水能力。生长8个月后,C-SAP处理组总生长量比无SAP组高了33.6%;以盖度达80%为成坪标准,C-SAP处理组需要40d,而无SAP组需要50 d。另外,C-SAP处理组的平均土壤湿度为63.3%,而无SAP组仅为53.3%,并且C-SAP处理组的径流产率比无SAP组低了7.4~23.1%。
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