本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種多孔植生混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展，城市地面被混凝土大面積覆蓋和硬化，在日照時(shí)大量吸收和輻射熱量，是造成城市“熱島效應(yīng)”的重要原因之一。同時(shí)傳統(tǒng)混凝土是一類密實(shí)性高的材料，缺乏透水性和透氣性，無法生長植物。城市地面大面積覆蓋混凝土之后，可供綠化的面積變少，更易產(chǎn)生揚(yáng)塵而使空氣質(zhì)量變差；而噪音經(jīng)混凝土多次反射也造成更明顯的污染。另外，混凝土色彩灰暗，給人以生硬、灰冷的視覺效果。因此，發(fā)展多孔植生混凝土用于城市部分地面的鋪筑具有重要意義，一方面實(shí)現(xiàn)地面一定程度硬化、方便通行和活動(dòng)，另一方面可生長草類等植物，實(shí)現(xiàn)綠化和防塵降噪。與此同時(shí)，隨著高速公路、鐵路網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，公路和鐵路邊坡也需要使用多孔植生混凝土進(jìn)行固化以保證土體的穩(wěn)定性、防止水土流失和綠化美觀。

要制備植生混凝土，需要在混凝土內(nèi)形成發(fā)達(dá)的連通孔隙，便于植物根系生長發(fā)育?，F(xiàn)有的植生混凝土通常用粗集料(石)和少量水泥凈漿制成。通過去除細(xì)集料(砂)、同時(shí)特意選擇間斷級配的粗集料，以使拌合物無法達(dá)到密實(shí)堆積而形成孔隙，達(dá)到造孔的目的。但該方法存在以下主要問題：拌合物非常干硬，澆筑、成型困難；對于要求表面平整的場地而言，需要采用碾壓或振搗板強(qiáng)振的方式整平，導(dǎo)致孔隙率和孔連通程度下降、施工難度大、成本高等問題。

為植物生長提供充足養(yǎng)分也是植生混凝土制備和應(yīng)用中需要重點(diǎn)解決的一個(gè)問題?，F(xiàn)有的植生混凝土為了給植物生長提供水分和肥分，通常需要將部分土壤添加填充至混凝土孔隙中。但是由于孔隙曲折，能填充到混凝土內(nèi)部孔隙的土壤十分有限，目前制備的植生混凝土往往保水能力差、也難以為植物生長持續(xù)提供充足養(yǎng)分。另外，為利于植物生長，必須降低植生混凝土中堿度。因此，進(jìn)一步探索植生混凝土及其制備方法，具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多孔植生混凝土，可保持較好的多孔結(jié)構(gòu)和低堿度環(huán)境，有利于植物生長，且涉及的原料來源廣、制備方法簡單，具有重要的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種多孔植生混凝土，它以硫鋁酸鹽水泥水泥漿體、飽水陶粒、吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠為原料，依次經(jīng)拌合、澆筑、成型、養(yǎng)護(hù)而成；各原料所述體積百分比包括：飽水陶粒45～55％，吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠30～40％，硫鋁酸鹽水泥漿體10～15％，各組分所占體積百分比之和為100％。

上述方案中，所述多孔植生混凝土的孔隙率為30～43％；堿度控制范圍為ph＝7.5～8.5。

上述方案中，所述硫鋁酸鹽水泥漿體中各組分及其所占質(zhì)量百分比包括：硫鋁酸鹽水泥59～70％，水29～40％，羥甲基丙基纖維素0.05～0.1％，超塑化劑0.3～1％；各組分所占質(zhì)量百分比之和為100％。

上述方案中，所述超塑化劑為聚羧酸減水劑，減水率為20～25％。

上述方案中，所述硫鋁酸鹽水泥漿體的制備步驟如下：先將羥甲基丙基纖維素與超塑化劑溶于水中得混合液，再將混合液與硫鋁酸鹽水泥混合，用攪拌機(jī)拌合0.5～1min。

上述方案中，所述吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠由超吸水樹脂珠浸泡于化肥溶液中，待其達(dá)到飽和吸附狀態(tài)后取出得到。

上述方案中，所述超吸水樹脂珠為聚丙烯酸鹽類超吸水樹脂珠形顆粒，其原始粒徑為2～5mm，飽和吸附狀態(tài)粒徑膨脹為5～12mm。

上述方案中，所述化肥溶液中化肥和水所占質(zhì)量百分比為：化肥0.1～0.2％，水99.8～99.9％。

上述方案中，所述飽水陶粒由陶粒浸沒于水中進(jìn)行飽水處理12～24h，然后取出瀝干至飽和面干狀態(tài)得到。

上述方案中，所述陶粒為市售陶粒，采用粘土、粉煤灰、湖泊或河流淤泥、污水處理廠污泥等其中一種或多種配料、經(jīng)造粒、燒制而成，其堆積密度等級為600～900級，粒徑為10～16mm。

上述一種多孔植生混凝土的制備方法，它包括如下步驟：1)按以下體積百分比要求稱取各組分：飽水陶粒45～55％，吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠30～40％，硫鋁酸鹽水泥漿體10～15％；

2)拌合：首選拌合硫鋁酸鹽水泥水泥漿體，然后加入經(jīng)過飽水預(yù)處理的陶粒，攪拌1～1.5min，再加入吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠，繼續(xù)攪拌1～1.5min，形成混凝土拌合物；

3)澆筑與成型：將所得混凝土拌合物澆筑于使用場合布設(shè)的模板之中，對上表面進(jìn)行整平處理；

4)養(yǎng)護(hù)：對澆筑成型之后的混凝土靜置養(yǎng)護(hù)至14～28d齡期，即得所述多孔植生混凝土。

上述方案所述多孔植生混凝土在市政、園林等領(lǐng)域中的應(yīng)用，可應(yīng)用于公路護(hù)坡、人行步道等場所：將所述多孔植生混凝土養(yǎng)護(hù)至14～28d齡期后，在多孔植生混凝土上可進(jìn)行植物的栽植：首先澆水使其濕透，再曬鋪一層混勻添加了草類等植物種子的市售細(xì)粒營養(yǎng)土，用刮板稍作整平，然后噴淋使?fàn)I養(yǎng)土呈濕潤狀態(tài)，在氣候適宜的情況下，植物種子將發(fā)芽、生長，根系發(fā)展至混凝土連通孔隙中，從超吸水樹脂珠中吸收水分及養(yǎng)分；一段時(shí)間之后，在水分及養(yǎng)分不足的情況下，可根據(jù)需要噴淋水或化肥溶液，再次吸附至超吸水樹脂珠中，持續(xù)供給植物生長。

本發(fā)明的原理為：

1)超吸水樹脂珠發(fā)揮集料、造孔組分、蓄水釋肥組分、改性組分和內(nèi)養(yǎng)護(hù)組分等多重作用；本發(fā)明將超吸水樹脂珠經(jīng)過預(yù)處理得到飽和吸附化肥溶液的球狀體后，將其與硫鋁酸鹽水泥漿體、陶粒等原材料一起直接用于制備多孔植生混凝土，具體作用如下；1)在新拌混凝土中作為一種特殊的集料，與陶粒等其他組分形成多粒級級配堆積體系，使所得新拌混凝土和易性好，易澆筑成型；2)在已經(jīng)硬化的混凝土中，相互接觸的超吸水樹脂球?qū)嶋H上形成了連通的、可供植物根系生長的空間，并與陶粒配合作用，保證所得混凝土體系的孔道結(jié)構(gòu)；3)植生混凝土服役過程中，超吸水樹脂珠為植物生長提供水分和肥分，且在降雨或噴淋之后可反復(fù)蓄存、釋放水分；4)聚丙烯酸鹽類超吸水樹脂本身可呈弱酸性，對中和混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境起到一定的改性作用；5)飽和吸附化肥溶液的超吸水樹脂在植生混凝土硬化過程中可釋放部分水分，對混凝土起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，減少收縮開裂并提升強(qiáng)度；同時(shí)，本發(fā)明采用陶粒與吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠配合使用，利用陶粒的多孔性狀，可進(jìn)一步起到增強(qiáng)植生混凝土蓄水能力、實(shí)現(xiàn)混凝土輕質(zhì)化的作用。

2)混凝土堿度控制：通常為了降低植生混凝土內(nèi)部堿度，一般在硅酸鹽水泥中摻入粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等摻合料，通過二次火山灰反應(yīng)消耗水泥水化產(chǎn)生的ca(oh)2，達(dá)到降低堿度的目的，但因植生混凝土本身水泥用量少，容易造成摻合料摻加過多而明顯降低強(qiáng)度的問題；本發(fā)明首次提出將硫鋁酸鹽水泥漿體與超吸水樹脂配合使用，硫鋁酸鹽水泥本身堿度低，結(jié)合超吸水樹脂珠本身的弱酸性以及超吸水樹脂珠吸附的化肥溶液的弱酸性可進(jìn)一步降低植生混凝土堿度。

本發(fā)明的有益效果為：

1)本發(fā)明首次提出將硫鋁酸鹽水泥漿體與超吸水樹脂配合使用于植生混凝土中，在降低堿度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化和提供植物生長所需養(yǎng)分等多種功能。

2)本發(fā)明涉及的制備方法簡單，所得混凝土拌合物具有良好的和易性和流動(dòng)性，成型過程中無需額外進(jìn)行壓制或振動(dòng)；且原料來源廣，所得植生混凝土可保持較好的多孔結(jié)構(gòu)和堿度環(huán)境，有利于植物生長，同時(shí)具有良好的力學(xué)性能和施工性能，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

以下實(shí)施例中，所述超吸水樹脂珠由廣州博峰化工公司提供的聚丙烯酸鹽類超吸水樹脂珠形顆粒，其原始粒徑為2～5mm，飽和吸附狀態(tài)粒徑膨脹為5～12mm。

所述超塑化劑為市售聚羧酸減水劑，減水率為20％。

所述陶粒為由宜昌光大陶粒廠提供的粘土陶粒，其堆積密度等級為800級，粒徑為10～16mm。

所述硫鋁酸鹽水泥為孝感鳳凰水泥有限責(zé)任公司提供的42.5硫鋁酸鹽水泥。

實(shí)施例1

一種多孔植生混凝土，各原料及其所占體積百分比為：飽水陶粒45％，吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠40％，硫鋁酸鹽水泥漿體15％，具體制備步驟如下：

1)陶粒的預(yù)處理：將陶粒裝袋，浸沒于水中進(jìn)行飽水處理12h，之后撈出瀝干至飽和面干狀態(tài)備用；

2)超吸水樹脂珠的預(yù)處理：將尿素(化肥)溶于水中制成0.2wt％濃度的水溶液(化肥溶液)；然后超吸水樹脂珠浸入化肥溶液中，待其達(dá)到飽和吸附狀態(tài)后撈出備用，得吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠；

3)硫鋁酸鹽水泥漿體的拌制；按下述配比稱取各組分，各組分所占質(zhì)量百分比：硫鋁酸鹽水泥60％、水39.6％、羥甲基丙基纖維素0.1％、超塑化劑(聚羧酸減水劑)0.3％；將稱取的羥甲基丙基纖維素與超塑化劑溶于水中得混合液，再將混合液與硫鋁酸鹽水泥混合，用攪拌機(jī)拌合0.5min，得硫鋁酸鹽水泥漿體；

4)多孔植生混凝土的拌合，向所得硫鋁酸鹽水泥漿體中加入經(jīng)過飽水預(yù)處理的陶粒，攪拌1.5min，再加入超吸水樹脂珠，繼續(xù)攪拌1min，形成混凝土拌合物；

5)澆筑與成型：將所得混凝土拌合物澆筑于使用場合布設(shè)的模板之中，攤鋪后用刮板對上表面進(jìn)行整平處理；

6)養(yǎng)護(hù)：對澆筑成型之后的混凝土上表面覆蓋塑料薄膜，靜置養(yǎng)護(hù)至28d齡期，然后將塑料薄膜去除，即得所述多孔植生混凝土。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例所得多孔植生混凝土的28d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)12.5mpa，干燥狀態(tài)下孔隙率41.3％，混凝土內(nèi)部平均堿度為ph＝7.8。

在本實(shí)施例所得多孔植生混凝土上進(jìn)行植物栽植，具體步驟如下：首先澆水使多孔混凝土層濕透，再灑鋪一層混勻了黑麥草種子的細(xì)粒營養(yǎng)土，用刮板稍作整平，然后噴淋至濕潤狀態(tài)。

本實(shí)施例所得種植結(jié)果如下：黑麥草種子于種植后9d齡期萌芽，后續(xù)長勢良好。經(jīng)探查發(fā)現(xiàn)，草的根系發(fā)展至混凝土連通孔隙中，可從超吸水樹脂珠中吸收水分及養(yǎng)分；30d齡期之后，天氣持續(xù)干燥，經(jīng)探查發(fā)現(xiàn)超吸水樹脂珠失水收縮，經(jīng)自來水噴淋處理后重新吸水膨脹，可在后期為草的生長持續(xù)供水一段時(shí)間。

實(shí)施例2

一種多孔植生混凝土，各原料及其所占體積百分比為：飽水陶粒55％，吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠30％，硫鋁酸鹽水泥漿體15％，具體制備步驟如下：

1)陶粒的預(yù)處理：將陶粒裝袋，浸沒于水中進(jìn)行飽水處理24h，之后撈出瀝干至飽和面干狀態(tài)備用；

2)超吸水樹脂珠的預(yù)處理：將碳酸氫銨化肥溶于水中制成0.1wt％濃度的水溶液(化肥溶液)；然后超吸水樹脂珠浸入化肥溶液中，待其達(dá)到飽和吸附狀態(tài)后撈出備用，得吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠；

3)硫鋁酸鹽水泥漿體的拌制；按下述配比稱取各組分，各組分所占質(zhì)量百分比：硫鋁酸鹽水泥69％、水30.15％、羥甲基丙基纖維素0.05％、超塑化劑(聚羧酸減水劑)0.8％；將稱取的羥甲基丙基纖維素與超塑化劑溶于水中得混合液，再將混合液與硫鋁酸鹽水泥混合，用攪拌機(jī)拌合1min，得硫鋁酸鹽水泥漿體；

4)多孔植生混凝土的拌合，向所得硫鋁酸鹽水泥漿體中加入經(jīng)過飽水預(yù)處理的陶粒，攪拌1min，再加入超吸水樹脂珠，繼續(xù)攪拌1.5min，形成混凝土拌合物；

5)澆筑與成型：將所得混凝土拌合物澆筑于使用場合布設(shè)的模板之中，攤鋪后用刮板對上表面進(jìn)行整平處理；

6)養(yǎng)護(hù)：對澆筑成型之后的混凝土上表面覆蓋塑料薄膜，靜置養(yǎng)護(hù)至28d齡期，然后將塑料薄膜去除，即得所述多孔植生混凝土。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例所得多孔植生混凝土的28d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)18.2mpa，干燥狀態(tài)下孔隙率32.5％，混凝土內(nèi)部平均堿度為ph＝7.5。

在本實(shí)施例所得多孔植生混凝土上進(jìn)行植物栽植，具體步驟如下：首先澆水使多孔混凝土層濕透，再灑鋪一層混勻了草地熟禾種子的細(xì)粒營養(yǎng)土，用刮板稍作整平，然后噴淋至濕潤狀態(tài)。

本實(shí)施例所得種植結(jié)果如下：草地熟禾種子于種植后12d齡期萌芽，后續(xù)長勢良好。經(jīng)探查發(fā)現(xiàn)，草的根系發(fā)展至混凝土連通孔隙中，可從超吸水樹脂珠中吸收水分及養(yǎng)分；60d齡期之后，天氣持續(xù)干燥，經(jīng)探查發(fā)現(xiàn)超吸水樹脂珠失水收縮，經(jīng)自來水噴淋處理后重新吸水膨脹，可在后期為草的生長持續(xù)供水一段時(shí)間。

實(shí)施例3

一種多孔植生混凝土，各原料及其所占體積百分比為：飽水陶粒50％，吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠38％，硫鋁酸鹽水泥漿體12％，具體制備步驟如下：

1)陶粒的預(yù)處理：將陶粒裝袋，浸沒于水中進(jìn)行飽水處理18h，之后撈出瀝干至飽和面干狀態(tài)備用；

2)超吸水樹脂珠的預(yù)處理：將復(fù)合肥溶于水中制成0.15wt％濃度的水溶液(化肥溶液)；然后超吸水樹脂珠浸入化肥溶液中，待其達(dá)到飽和吸附狀態(tài)后撈出備用，得吸入化肥溶液的超吸水樹脂珠；

3)硫鋁酸鹽水泥漿體的拌制；按下述配比稱取各組分，各組分所占質(zhì)量百分比：硫鋁酸鹽水泥65％、水34.42％、羥甲基丙基纖維素0.08％、超塑化劑(聚羧酸減水劑)0.5％；將稱取的羥甲基丙基纖維素與超塑化劑溶于水中得混合液，再將混合液與硫鋁酸鹽水泥混合，用攪拌機(jī)拌合40s，得硫鋁酸鹽水泥漿體；

4)多孔植生混凝土的拌合，向所得硫鋁酸鹽水泥漿體中加入經(jīng)過飽水預(yù)處理的陶粒，攪拌80s，再加入超吸水樹脂珠，繼續(xù)攪拌70s，形成混凝土拌合物；

5)澆筑與成型：將所得混凝土拌合物澆筑于使用場合布設(shè)的模板之中，攤鋪后用刮板對上表面進(jìn)行整平處理；

6)養(yǎng)護(hù)：對澆筑成型之后的混凝土上表面覆蓋塑料薄膜，靜置養(yǎng)護(hù)至21d齡期，然后將塑料薄膜去除，即得所述多孔植生混凝土。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例所得多孔植生混凝土的28d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)15.7mpa，干燥狀態(tài)下孔隙率39.3％，混凝土內(nèi)部平均堿度為ph＝8.5。

在本實(shí)施例所得多孔植生混凝土上進(jìn)行植物栽植，具體步驟如下：首先澆水使多孔混凝土層濕透，再灑鋪一層混勻了高羊茅種子的細(xì)粒營養(yǎng)土，用刮板稍作整平，然后噴淋至濕潤狀態(tài)。

本實(shí)施例所得種植結(jié)果如下：草地熟禾種子于種植后10d齡期萌芽，后續(xù)長勢良好。經(jīng)探查發(fā)現(xiàn)，草的根系發(fā)展至混凝土連通孔隙中，可從超吸水樹脂珠中吸收水分及養(yǎng)分；43d齡期之后，天氣持續(xù)干燥，經(jīng)探查發(fā)現(xiàn)超吸水樹脂珠失水收縮，經(jīng)自來水噴淋處理后重新吸水膨脹，可在后期為草的生長持續(xù)供水一段時(shí)間。

本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的工藝參數(shù)(如攪拌時(shí)間等)的上下限取值以及區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。