本發(fā)明屬于道路工程與環(huán)境工程，具體涉及一種綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、眾所周知，由于高速公路、鐵路、河道等工程建設(shè)對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境造成破壞，產(chǎn)生大量裸露巖石或土質(zhì)邊坡，從而導(dǎo)致水土流失、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、物種多樣性降低等問(wèn)題。噴播邊坡基材是一種改善邊坡生態(tài)環(huán)境的有效方式，但是現(xiàn)有技術(shù)的邊坡基材仍存在很多問(wèn)題。

2、針對(duì)生態(tài)破壞嚴(yán)重的地勢(shì)復(fù)雜區(qū)域，國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家已研發(fā)出許多新技術(shù)，比如利用錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)加固山坡體，或使用噴射混凝土進(jìn)行防塌支撐，但是傳統(tǒng)的“灰色”技術(shù)并不足以起到恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的功效。一些生態(tài)學(xué)專(zhuān)家已將目光轉(zhuǎn)向植被重建技術(shù)，比如鋪草護(hù)坡、藤蔓護(hù)坡等綠化技術(shù)，以達(dá)到在穩(wěn)定邊坡的同時(shí)恢復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境的效果，但是植被重建邊坡防護(hù)技術(shù)需要在邊坡土壤表面鋪設(shè)多孔混凝土，并在空隙內(nèi)填充營(yíng)養(yǎng)成分和種子，此方法中鋪設(shè)混凝土施工困難、成本較高，同時(shí)需要加入有利于種子生長(zhǎng)的水分和養(yǎng)料，護(hù)養(yǎng)較為困難。

3、邊坡基材應(yīng)具有較強(qiáng)的黏性，從而使邊坡具有較好的抗雨水沖刷性能，防止坡面風(fēng)化剝落，增加邊坡的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)的邊坡基材依賴(lài)于水泥或粉煤灰作為粘結(jié)材料對(duì)土壤進(jìn)行穩(wěn)定，以期獲得同時(shí)具有低堿性和高穩(wěn)定性的邊坡基材，但是水泥的存在，不利于植物生長(zhǎng)。若邊坡基材中水泥含量過(guò)低，則使黏結(jié)強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致邊坡基材與坡面之間脫落，若邊坡基材中水泥含量過(guò)高，則導(dǎo)致ph值升高，不利于植被生長(zhǎng)。目前采取的措施是，使用石膏、陶粒、粉煤灰、低堿水泥、高分子固化劑等材料來(lái)兼顧邊坡基材的護(hù)坡能力和降堿能力，改變邊坡基材的理化性質(zhì)，使其適宜植物生長(zhǎng)，但是采用這些材料制備邊坡基材，其綜合性能與抗剪強(qiáng)度達(dá)不到平衡。

4、邊坡基材需要為植被生長(zhǎng)提供所必需的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，平衡的氣、固、液相以及充足的養(yǎng)分，且應(yīng)具有一定的保水能力，增加植物的生長(zhǎng)效果?，F(xiàn)有的邊坡基材通過(guò)添加優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)土、肥料等方式來(lái)提高邊坡基材的肥力和養(yǎng)分含量，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，容易造成土壤酸化板結(jié)而帶來(lái)環(huán)境污染。邊坡基材的保肥性能差，由于降解作用，養(yǎng)分流失較快，無(wú)法持續(xù)提供植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分，導(dǎo)致噴播數(shù)年后植被嚴(yán)重退化；邊坡基材的保水能力差，導(dǎo)致北方干旱地區(qū)的客土層難以保證植物生長(zhǎng)所需要的水分?？梢?jiàn)，需要定期對(duì)邊坡基材中的養(yǎng)分和水分進(jìn)行補(bǔ)充及養(yǎng)護(hù)，這就大大增加了施工運(yùn)維成本。

5、邊坡基材的配制往往需要大量的耕植土(即從田地里挖出的肥沃土壤)，這會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境被二次損壞，可以研究使用類(lèi)似功能的其它廢棄物來(lái)代替耕植土。此外，邊坡基材需要有一定的抗剪能力，而抗剪能力需要通過(guò)添加水泥來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是添加水泥又會(huì)導(dǎo)致邊坡基材的綜合性能變差，因此亟需開(kāi)發(fā)一種綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材及其制備方法，既能滿足邊坡需求，又能為植物生長(zhǎng)提供優(yōu)良環(huán)境，同時(shí)造價(jià)低廉。

6、申請(qǐng)公布號(hào)為cn111387010a的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種磷石膏制備邊坡綠化基質(zhì)材料的方法，包括以下工序：原料粗處理，將磷石膏和建筑石料廢渣混合后送入離心式攪拌機(jī)進(jìn)行粉碎，將廚余垃圾送入沼氣池進(jìn)行發(fā)酵處理；原料精處理，將粉碎后的磷石膏和建筑石料廢渣送入篩分機(jī)進(jìn)行篩分，將粒徑小于2mm的原料作為后續(xù)工序的固體物料進(jìn)行收集，沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，將剩余底料中的廢水廢料混合物進(jìn)行脫水，脫水后得到含水量為10-15％的含碳有機(jī)物；原料的混合與烘干，將固體物料和含碳有機(jī)物進(jìn)行混合，加入營(yíng)養(yǎng)液，送入攪拌機(jī)攪拌均勻，將攪拌均勻后的混合物料送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行烘干，得到干燥的顆粒狀粉料；道路邊坡綠化基質(zhì)材料的制備，取干燥的顆粒狀粉料和生活污水處理廠的底泥經(jīng)混合后送入大型攪拌機(jī)攪拌均勻，制成道路邊坡綠化基質(zhì)材料。雖然該技術(shù)方案制備的邊坡基材既有混凝土固化邊坡的能力又有土壤層供綠植生長(zhǎng)的能力，但是基材的綜合性能與抗剪強(qiáng)度仍無(wú)法達(dá)到平衡，技術(shù)方案中也未記載任何有關(guān)邊坡基材抗剪性能和綜合性能的測(cè)試數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材，所述磷石膏邊坡基材中各物質(zhì)占所述磷石膏邊坡基材的質(zhì)量百分比為，挖方土占48-62wt％、建筑垃圾再生骨料占5-7wt％、磷石膏占8-23wt％、珍珠巖占0.3-0.5wt％、水占20-25wt％；所述磷石膏的質(zhì)量與所述挖方土、所述建筑垃圾再生骨料、所述磷石膏、所述珍珠巖的質(zhì)量之和的配比為0.1-0.3:1；所述建筑垃圾再生骨料中各物質(zhì)占所述建筑垃圾再生骨料的質(zhì)量百分比為，低磚混建筑垃圾再生骨料占75-80wt％、高磚混建筑垃圾再生骨料占20-25wt％。

2、優(yōu)選的是，所述挖方土為在道路施工過(guò)程中采用人工或機(jī)械的方式進(jìn)行挖方所挖出的土；所述挖方土的ph值小于8，每千克挖方土中含有機(jī)質(zhì)不低于7g。

3、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述挖方土包括六檔粒徑，各檔粒徑占所述挖方土的質(zhì)量百分比為，粒徑1.18-2mm占15-20wt％、粒徑0.6-1.18mm占16-21wt％、粒徑0.3-0.6mm占18-23wt％、粒徑0.15-0.3mm占17-22wt％、粒徑0.075-0.15mm占10-15wt％、粒徑0-0.075mm占7-12wt％。

4、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述低磚混建筑垃圾再生骨料為混凝土類(lèi)建筑物拆除產(chǎn)生的建筑垃圾，其磚混含量為10-30wt％；所述高磚混建筑垃圾再生骨料為磚混類(lèi)建筑物拆除產(chǎn)生的建筑垃圾，其磚混含量為70-80wt％。

5、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述低磚混建筑垃圾再生骨料包括六檔粒徑，各檔粒徑占所述低磚混建筑垃圾再生骨料的質(zhì)量百分比為，粒徑1.18-2mm占10-15wt％、粒徑0.6-1.18mm占10-15wt％、粒徑0.3-0.6mm占15-20wt％、粒徑0.15-0.3mm占25-30wt％、粒徑0.075-0.15mm占25-30wt％、粒徑0-0.075mm占5-10wt％。

6、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述高磚混建筑垃圾再生骨料包括六檔粒徑，各檔粒徑占所述高磚混建筑垃圾再生骨料的質(zhì)量百分比為，粒徑1.18-2mm占10-15wt％、粒徑0.6-1.18mm占20-25wt％、粒徑0.3-0.6mm占20-25wt％、粒徑0.15-0.3mm占15-20wt％、粒徑0.075-0.15mm占15-20wt％、粒徑0-0.075mm占10-15wt％。

7、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述磷石膏中含有二水硫酸鈣的質(zhì)量為80-95wt％，所述磷石膏的ph值小于7；所述磷石膏包括一檔粒徑，為5-50μm。

8、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述珍珠巖的粒徑不大于2mm，密度為2.3g/cm3，吸水率為238％。

9、本發(fā)明還提供一種綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材的制備方法，用于制備上述任一項(xiàng)所述的綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材，按照先后順序包括以下步驟：步驟一：按照設(shè)計(jì)要求稱(chēng)取各粒徑的挖方土、各粒徑的低磚混建筑垃圾再生骨料、各粒徑的高磚混建筑垃圾再生骨料、磷石膏、珍珠巖、水備用；

10、步驟二：將各粒徑的挖方土、各粒徑的低磚混建筑垃圾再生骨料、各粒徑的高磚混建筑垃圾再生骨料、珍珠巖放入攪拌機(jī)中進(jìn)行低速攪拌，形成固體混合物；

11、步驟三：將水加入攪拌機(jī)中，并與固體混合物進(jìn)行低速攪拌，形成混合料漿；

12、步驟四：將磷石膏加入攪拌機(jī)中，并與混合料漿進(jìn)行三次攪拌，依次為低速攪拌、高速攪拌和低速攪拌，待三次攪拌結(jié)束后，即可制得綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材。

13、優(yōu)選的是，步驟二中，低速攪拌的攪拌速率為80-150r/min、攪拌時(shí)間為1-2min、攪拌溫度為常溫；步驟三中，低速攪拌的攪拌速率為80-150r/min、攪拌時(shí)間為30-60s、攪拌溫度為常溫；步驟四中，低速攪拌的攪拌速率為80-150r/min、攪拌時(shí)間為30-60s、攪拌溫度為常溫，高速攪拌的攪拌速率為200-300r/min、攪拌時(shí)間為60-90s、攪拌溫度為常溫，低速攪拌的攪拌速率為80-150r/min、攪拌時(shí)間為30-60s、攪拌溫度為常溫。

14、本發(fā)明中，低磚混建筑垃圾再生骨料為混凝土類(lèi)建筑物拆除產(chǎn)生的建筑垃圾，其磚混含量為10-30wt％，高磚混建筑垃圾再生骨料為磚混類(lèi)建筑物拆除產(chǎn)生的建筑垃圾，其磚混含量為70-80wt％，這里的磚混含量特指建筑垃圾再生骨料中磚瓦、紅磚碎料等非混凝土類(lèi)物質(zhì)的含量。

15、挖方土、建筑垃圾再生骨料的粒徑均為為1.18-2mm、0.6-1.18mm、0.3-0.6mm、0.15-0.3mm、0.075-0.15mm、0-0.075mm，即1.18mm≤粒徑＜2mm、0.6mm≤粒徑＜1.18mm、0.3mm≤粒徑＜0.6mm、0.15mm≤粒徑＜0.3mm、0.075mm≤粒徑＜0.15mm、0mm＜粒徑＜0.075mm；磷石膏的粒徑為5-50μm，即5μm≤粒徑＜50μm。對(duì)于每檔粒徑而言，將物料依次經(jīng)過(guò)上、下兩個(gè)篩孔后獲得的粒徑介于上、下兩個(gè)篩孔之間的物料，比如：粒徑為1.18-2mm(1.18mm≤粒徑＜2mm)，即將物料依次經(jīng)過(guò)2mm篩孔和1.18mm篩孔后獲得的粒徑在1.18-2mm之間的物料。

16、磷石膏中含有植被所必須的p、s、ca、si、n、k等營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，使植物酶活化，改善品質(zhì)，抗病和抗早能力增強(qiáng)且磷石膏用于土壤中能夠降低干縮率，也能夠增加土壤的透水和透氣能力。

17、在磷石膏邊坡基材的整個(gè)制備過(guò)程中，各組分的質(zhì)量百分比、各組分中各粒徑的質(zhì)量配比、各組分的添加順序、各步驟的工藝參數(shù)等都非常關(guān)鍵，只有將各參數(shù)進(jìn)行協(xié)同作用，才能達(dá)到本發(fā)明所預(yù)期的技術(shù)效果。

18、本發(fā)明所制備的磷石膏邊坡基材在功能與作用上具有如下特點(diǎn)：①綜合性能強(qiáng)，能夠?yàn)橹脖簧L(zhǎng)提供所必需的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，平衡的氣、固、液相以及養(yǎng)分，并且具有一定的保水能力；②抗剪強(qiáng)度高，邊坡基材具有較強(qiáng)的黏性，能夠使邊坡具有較好的抗雨水沖刷性能，防止坡面風(fēng)化剝落，增加了邊坡的穩(wěn)定性；③就地取材，能夠充分利用廢棄物作為原料，降低了材料成本。

19、本發(fā)明綜合性能與抗剪強(qiáng)度平衡的磷石膏邊坡基材及其制備方法，具有如下有益效果：

20、(1)本發(fā)明采用磷石膏作為膠結(jié)組分，充分利用其膠凝作用改善基材質(zhì)地，可使基材與地表有機(jī)結(jié)合，為邊坡基材提供早期強(qiáng)度及粘附性，提升邊坡基材的抗雨水沖刷性能，并有效防止基材流失及風(fēng)化剝落，增加邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)磷石膏可用作土壤鹽分的改良劑，也可作為低級(jí)肥料，并且具有一定的保水能力，兼顧降低基材的堿性、提升基材的養(yǎng)分、改善土壤的結(jié)構(gòu)、提高土壤的滲透性能等效能。磷石膏能夠?yàn)橹脖簧L(zhǎng)提供所必需的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，平衡的氣、固、液相以及養(yǎng)分，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物酶的活力，改善植物的品質(zhì)，并且能夠增強(qiáng)植物的抗病和抗旱能力，提高植被的恢復(fù)效果。

21、(2)本發(fā)明采用的珍珠巖可作為土壤改良成分之一，用以降低邊坡基材的容重并提高其保水能力，從而實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)。

22、(3)本發(fā)明在骨料、膠結(jié)料組分中均使用了大量的可持續(xù)性材料，其中作為膠結(jié)料的磷石膏占比為8-23％，采用挖方土作為砂土，同時(shí)配合使用建筑拆除垃圾作為再生砂，建筑拆除垃圾的占比為5-7％，就地取材，最大程度的利用固體廢棄物，平衡土壤中的酸堿度并補(bǔ)償土壤的失水收縮，極大的降低了邊坡綠化修復(fù)材料對(duì)水泥、石料等不可再生資源的依賴(lài)，有助于緩解現(xiàn)有材料高度依賴(lài)不可再生資源的問(wèn)題，降低了材料成本。

23、(4)本發(fā)明在生產(chǎn)施工過(guò)程中沒(méi)有過(guò)度消耗能源，不會(huì)產(chǎn)生廢氣、揚(yáng)塵等污染情況，大大減少了生產(chǎn)施工維護(hù)全過(guò)程的環(huán)保性。同時(shí)邊坡基材主要由挖方土(砂土)、建筑垃圾再生骨料(再生砂)、磷石膏、珍珠巖和水組成，原材料組成簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了施工工藝，并且最大程度的利用固體廢物，實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展。

24、(5)本發(fā)明主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中邊坡基材的綜合性能與抗剪強(qiáng)度不平衡、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、原材料過(guò)度依賴(lài)水泥等天然礦物及優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)土等問(wèn)題。本發(fā)明所制備的邊坡基材更適合于北方干旱的邊坡。