1.本发明属于珊瑚岛礁土壤质地改良技术领域，具体涉及一种珊瑚砂改良基质、改良珊瑚砂及其应用。
背景技术：
2.近年来，各国向海域发展趋势明显，吹沙造岛成为人们有效利用海洋以谋求生存空间、开发海洋资源的重要手段。我国南海诸岛主要为珊瑚岛礁，其表层为形成年代晚、松散未胶结或弱胶结的珊瑚和生物碎屑砂层，珊瑚砂成为了人工岛工程建设吹填材料的主要来源。大量研究表明，由于生物成因的珊瑚砂具有易破碎、多孔隙、高压缩等固有特性，给人工岛工程建设带来了诸多不利。例如，一方面，在风浪和潮汐作用下自然堆积表层的珊瑚砂具有高渗透性能，导致其承压性能较差，不利于桩基稳定；并且，造岛后由于常规珊瑚砂质地具有粗质多孔、易碎的结构特征，即使有丰富的降水也很难产生地表径流，加之砂土缺乏天然有机物，从而形成了结构性缺水、土地贫瘠、生态脆弱的海岛水土资源环境系统。另一方面，吹沙造岛时如果将大粒径珊瑚砂进行粉碎，颗粒过细又容易造成地面板结，不利于地表植被健康生长。所以，为促进健康的海岛水土资源生态系统形成，对珊瑚砂进行必要的改造就显得十分必要。
技术实现要素：
3.针对上述现有技术，本发明提供一种珊瑚砂改良基质、改良珊瑚砂及其应用，以解决珊瑚砂承压性能和保水效果差的技术问题。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种珊瑚砂改良基质、改良珊瑚砂及其应用。本发明中的珊瑚砂改良基质包括以下质量份的组分：
5.改性吸水纤维棉10～20份，硅铝酸盐8～15份，絮凝剂1～3份，椰壳粉5～10份，土壤结构稳定剂2～5份，离子交换剂5～10份和膨润土20～40份。
6.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
7.进一步，本发明中的珊瑚砂改良基质包括以下质量份的组分：
8.改性吸水纤维棉15份，硅铝酸盐10份，絮凝剂2份，椰壳粉5份，土壤结构稳定剂3份，离子交换剂8份和膨润土30份。
9.本发明采取上述技术方案的有益效果是：本发明中的改良基质专用于珊瑚砂改良，改良基质包括改性吸水纤维棉、硅铝酸盐、絮凝剂、椰壳粉、土壤结构稳定剂、离子交换剂和膨润土等组分。其中，改性吸水纤维棉通过对多孔纤维进行吸水改性得到，其具有较强的吸湿性能，能够锁住水分，使改良后的珊瑚砂具有良好的持水性；并且，改性吸水纤维以多孔纤维为基底，本身具有较高的孔隙率，可以储藏更多的水分，进一步增加改性后珊瑚砂的保水性能。硅铝酸盐对海水中的盐类具有吸附作用，可以吸附去除海水中的盐类，起到海水淡化的作用；并且，硅铝酸盐中存在开链的si-o-si键、si-o-al键，游离的si-oh键等，其通过这些开链和游离的键，可以将珊瑚砂粘结在一起，进而提升珊瑚砂的力学性能，珊瑚砂
的承压能力增强，有利于桩基的稳定。絮凝剂可以将海水中的杂质和金属离子等去除，与硅铝酸盐协同作用可以实现海水淡化的目的。椰壳粉粒径较小，其能够填充进入珊瑚砂的孔隙中，并且吸水后会发生一定程度的膨胀，起到填充支撑珊瑚砂的作用，珊瑚砂的承压性能得以提升。土壤结构稳定剂与硅铝酸盐协同作用，可以使松散的珊瑚砂胶结在一起，进而改变珊瑚砂所形成壤土的物理结构，壤土的力学性能、水稳性等得以提升，承压能力更强。
10.进一步，改性纤维棉经过以下步骤制得：
11.s1：将丙烯酸、聚乙二醇、聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液和水按8～12:5～8:4～6:3～5:25～35的质量比混合，拌匀后得改性液；
12.s2：将多孔纤维棉浸没于改性液中，以20～30khz的频率超声处理0.5～1h，然后取出风干，即得。
13.本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：改性纤维棉以多孔纤维为基底，在其表面和空隙内附着丙烯酸、聚乙二醇、聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液组分，这些组分含有大量的吸水性基团，具有良好的亲水性能，结合多孔纤维的孔洞，可以较好的锁住水分，提升多孔纤维的吸水能力，保水性能较好。
14.进一步，多孔纤维棉的直径为3～5μm。
15.进一步，硅铝酸盐按以下步骤制得：
16.s1：将硅酸钠和硫酸铝按2～4:1的摩尔比混合，然后将混合物与水按1g:3～5ml的料液比混合，并于35～40℃下以300～500rpm的速率搅拌1～2h，再过滤；
17.s2：将过滤后的固体物料加入碱液中，于45～60℃下晶化12～36h，即得。
18.本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：以硅酸钠和硫酸铝为原料制得硅铝酸盐，原料容易获得；铝硅酸盐在形成过程中，由于铝是三价，硅为四价，两者均与氧形成正四面体结构，形成骨架，从而使骨架带负电荷，表面需要金属离子来平衡骨架负电荷，因此可以对海水中的金属离子进行有效吸附，降低海水中盐的含量。
19.进一步，絮凝剂经过以下步骤制得：
20.s1：将碳酸钠与丙烯酸按2～3:1的质量比共溶于水中，得反应原液；
21.s2：将丙烯酰胺加入到反应原液中，惰性气体保护下升温至40～45℃，然后加入引发剂，拌匀后升温至65～70℃，并保温反应5～8h；所加入的丙烯酰胺与丙烯酸的质量之比为2～4:1，所述引发剂由亚硫酸氢钠和过硫酸钾按1:1的质量比混合而成。
22.s3：依次对反应后的产物进行造粒、干燥、粉碎处理，即得。
23.本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：絮凝剂为聚合物絮凝剂，其含有大量的抗盐基团，可以对海水中的盐类形成有效絮凝吸附，同时可有效去除海水中的金属离子，其与硅铝酸盐协同作用，可以产生；良好的海水淡化效果。
24.进一步，土壤结构稳定剂由羧甲基纤维素和聚丙烯酸铵1:1～3的质量比混合而成。
25.本发明还公开一种改良珊瑚砂，改良珊瑚砂包括以下质量份的组分：
26.权利要求1～8任一项所述的珊瑚砂改良基质10～20份和珊瑚砂80～90份。
27.本发明中的改良珊瑚砂具有良好的保水、海水淡化和稳定性能，能够满足人工岛建造需求。
28.本发明的有益效果是：采用本技术中的改性基质对珊瑚砂改性后，珊瑚砂的紧实
度显著提升，用改性后的珊瑚砂作为建岛材料建岛后，有利于保证桩基的稳定。并且，所得改性珊瑚砂具有优良的脱盐性能和良好的保水性能，脱盐性能可以对海水进行淡化，长此以往，可以在人工岛内形成可以被植被利用的淡水，有利于形成植被的形成；保水性能可以在降雨时将渗透进入的雨水锁住，进而提升人工岛地下水的含量。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
30.实施例1
31.一种珊瑚砂改良基质，包括以下质量份的组分：
32.改性吸水纤维棉15份，硅铝酸盐10份，絮凝剂2份，椰壳粉5份，土壤结构稳定剂3份和膨润土30份；土壤结构稳定剂由羧甲基纤维素和聚丙烯酸铵1:2的质量比混合而成。
33.其中，改性纤维棉经过以下步骤制得：
34.s1：将丙烯酸、聚乙二醇600、聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液和水按10:6:5:4:30的质量比混合，拌匀后得改性液；
35.s2：将直径为4μm的多孔纤维棉浸没于改性液中，以25khz的频率超声处理1h，然后取出风干、粉碎，即得。
36.硅铝酸盐过以下步骤制得：
37.s1：将硅酸钠和硫酸铝按3:1的摩尔比混合，然后将混合物与水按1g:4ml的料液比混合，并于40℃下以400rpm的速率搅拌1h，再过滤；
38.s2：将过滤后的固体物料加入浓度为1mol/l的氢氧化钠中，于50℃下晶化24h，即得。
39.絮凝剂经过以下步骤制得：
40.s1：将碳酸钠与丙烯酸按3:1的质量比共溶于水中，得反应原液；
41.s2：将丙烯酰胺加入到反应原液中，氦气保护下升温至45℃，然后加入引发剂，拌匀后升温至65℃，并保温反应6h；所加入的丙烯酰胺与丙烯酸的质量之比为3:1，引发剂由亚硫酸氢钠和过硫酸钾按1:1的质量比混合而成。
42.s3：依次对反应后的产物进行造粒、干燥、粉碎处理，即得。
43.本实施例中的珊瑚砂改良基质经过以下步骤制得：
44.按配方量称取各组分，然后将称取的组分在室温下拌和均匀，即得。
45.实施例2
46.一种珊瑚砂改良基质，包括以下质量份的组分：
47.改性吸水纤维棉10份，硅铝酸盐15份，絮凝剂1份，椰壳粉10份，土壤结构稳定剂2份和膨润土40份；土壤结构稳定剂由羧甲基纤维素和聚丙烯酸铵1:1的质量比混合而成。
48.其中，改性纤维棉经过以下步骤制得：
49.s1：将丙烯酸、聚乙二醇600、聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液和水按8:8:4:5:25的质量比混合，拌匀后得改性液；
50.s2：将直径为3μm的多孔纤维棉浸没于改性液中，以20khz的频率超声处理1h，然后取出风干、粉碎，即得。
51.硅铝酸盐过以下步骤制得：
52.s1：将硅酸钠和硫酸铝按2:1的摩尔比混合，然后将混合物与水按1g:3ml的料液比混合，并于35℃下以500rpm的速率搅拌2h，再过滤；
53.s2：将过滤后的固体物料加入浓度为1mol/l的氢氧化钠中，于45℃下晶化36h，即得。
54.絮凝剂经过以下步骤制得：
55.s1：将碳酸钠与丙烯酸按2:1的质量比共溶于水中，得反应原液；
56.s2：将丙烯酰胺加入到反应原液中，氮气保护下升温至40℃，然后加入引发剂，拌匀后升温至70℃，并保温反应5h；所加入的丙烯酰胺与丙烯酸的质量之比为2:1，引发剂由亚硫酸氢钠和过硫酸钾按1:1的质量比混合而成。
57.s3：依次对反应后的产物进行造粒、干燥、粉碎处理，即得。
58.本实施例中的珊瑚砂改良基质经过以下步骤制得：
59.按配方量称取各组分，然后将称取的组分在室温下拌和均匀，即得。
60.实施例3
61.一种珊瑚砂改良基质，包括以下质量份的组分：
62.改性吸水纤维棉20份，硅铝酸盐8份，絮凝剂3份，椰壳粉5份，土壤结构稳定剂5份和膨润土20份；土壤结构稳定剂由羧甲基纤维素和聚丙烯酸铵1:3的质量比混合而成。
63.其中，改性纤维棉经过以下步骤制得：
64.s1：将丙烯酸、聚乙二醇600、聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液和水按12:5:6:3:35的质量比混合，拌匀后得改性液；
65.s2：将直径为5μm的多孔纤维棉浸没于改性液中，以30khz的频率超声处理0.5h，然后取出风干、粉碎，即得。
66.硅铝酸盐过以下步骤制得：
67.s1：将硅酸钠和硫酸铝按4:1的摩尔比混合，然后将混合物与水按1g:4ml的料液比混合，并于40℃下以300rpm的速率搅拌1h，再过滤；
68.s2：将过滤后的固体物料加入浓度为1mol/l的氢氧化钾溶液中，于60℃下晶化12h，即得。
69.絮凝剂经过以下步骤制得：
70.s1：将碳酸钠与丙烯酸按3:1的质量比共溶于水中，得反应原液；
71.s2：将丙烯酰胺加入到反应原液中，氮气保护下升温至45℃，然后加入引发剂，拌匀后升温至65℃，并保温反应8h；所加入的丙烯酰胺与丙烯酸的质量之比为4:1，引发剂由亚硫酸氢钠和过硫酸钾按1:1的质量比混合而成。
72.s3：依次对反应后的产物进行造粒、干燥、粉碎处理，即得。
73.本实施例中的珊瑚砂改良基质经过以下步骤制得：
74.按配方量称取各组分，然后将称取的组分在室温下拌和均匀，即得。
75.对比例1
76.与实施例1相比，将改性吸水纤维棉替换为普通的多孔纤维棉，其余组分和制备方法均相同。
77.对比例2
78.与实施例1相比，将硅铝酸盐替换为硅酸钠，其余组分和制备方法均相同。
79.对比例3
80.与实施例1相比，将硅铝酸盐替换为硫酸铝，其余组分和制备方法均相同。
81.对比例4
82.与实施例1相比，将有机絮凝剂替换为无机絮凝剂聚合氯化铝，其余组分和制备方法均相同。
83.对比例5
84.与实施例1相比，将土壤结构稳定剂中的羧甲基纤维素替换为甲基纤维素，其余组分和制备方法均相同。
85.对比例6
86.与实施例1相比，将椰壳粉去除，其余组分和制备方法均相同。
87.对比例7
88.与实施例1相比，将絮凝剂去除，其余组分和制备方法均相同。
89.实验例
90.取南海珊瑚砂和上述各实施例和对比例中制得的珊瑚砂改良基质，然后分别将珊瑚砂改良基质与南海珊瑚砂按20:80的质量比混合，得到改良珊瑚砂，并测量改良珊瑚砂的紧实度。然后将改良珊瑚砂平铺于渗水试验装置中，铺设厚度15cm，将海水从改良珊瑚砂表面缓慢引入(进水)，收集从改良珊瑚砂底部渗出的海水(出水)，检测其盐含量(以钾盐、镁盐为准)，按式i所示公式计算盐脱除率，按式ii所示公式计算保水率，结果列于表1中。
[0091][0092][0093]
表1改良珊瑚砂性能测试结果
[0094] 紧实度(mpa)盐脱除率(％)保水率(％)实施例10.895218实施例20.885416实施例30.914918对比例10.844114对比例20.753414对比例30.773113对比例40.823213对比例50.734515对比例60.714413对比例70.793012南海珊瑚砂0.64157
[0095]
从表中可以看出，采用本技术中的改性基质对珊瑚砂改性后，珊瑚砂的紧实度显著提升，用改性后的珊瑚砂作为建岛材料建岛后，有利于保证桩基的稳定。并且，所得改性珊瑚砂具有优良的脱盐性能和良好的保水性能，脱盐性能可以对海水进行淡化，长此以往，可以在人工岛内形成可以被植被利用的淡水，有利于形成植被的形成；保水性能可以在降
雨时将渗透进入的雨水锁住，进而提升人工岛地下水的含量。
[0096]
虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。