一种植生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种植生混凝土及其制备方法。

背景技术

植生混凝土是一种具有多孔构架和连通孔隙、透气透水性良好的混凝土，其不仅具有保护边坡、防止水土流失的作用，而且还能够实现植物和水中生物的生长，从而达到绿化边坡、改善生态环境和改善景观的要求，此外，还可以净化水质、防治水体污染。

植生混凝土作为植物生长的载体，通常含有植物生长所需要的营养物质，在植物根系深入土壤层前为其提供营养。然而，传统的植生混凝土的保水性和保肥性较差，无法满足植物长期生长对水分和养分的需求，在干旱地区的工程应用中种植的植物容易因缺乏水分和养分而早期枯萎死亡。目前，为了提高植生混凝土的保水能力，主要有以下两种方法：1)添加高保水性填料：高保水性填料需要大量添加才能取得较好的保水效果，但同时也会造成植生混凝土的力学强度和耐久性能的明显下降，不能兼具优异的保水性能和高力学强度；2)改进植生混凝土的孔隙结构：孔隙结构的优化设计受限于其自身的力学性能，且会大幅增加施工的难度，可操作性不强。

因此，开发一种兼具优异的保水/缓释性能和高力学强度、制备过程简单的植生混凝土具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植生混凝土及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种植生混凝土，其组成包括多孔混凝土基体和保水性功能层；所述保水性功能层附着在多孔混凝土基体上的孔洞的内壁；所述保水性功能层的组成包括水泥、保水性填料和纤维素醚。

优选地，所述保水性功能层的厚度为1mm～3mm。

优选地，所述保水性功能层中的水泥、保水性填料、纤维素醚的质量比为1:0.3～1.1:0.02～0.07。

优选地，所述保水性功能层中的水泥为标号不小于42.5的硅酸盐水泥。

优选地，所述保水性功能层中的保水性填料为生物炭粉末、水凝胶、陶砂、浮石粉末、沸石粉末中的至少一种。

进一步优选地，所述保水性功能层中的保水性填料由生物炭粉末和水凝胶组成。水凝胶不仅拥有优异的保水性能，而且和生物炭粉末混合后还可以吸收肥料和农药，并缓慢释放出来以增加肥效和药效。

更进一步优选地，所述保水性功能层中的保水性填料由生物炭粉末和水凝胶按照质量比1:1～3组成。

优选地，所述生物炭粉末的粒径为0.2mm～1mm，孔隙率为70％～80％。

优选地，所述保水性功能层中的纤维素醚的数均分子量为10000～180000，粘度为1000mPa·s～40000mPa·s。

优选地，所述保水性功能层中的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素。

优选地，所述多孔混凝土基体的组成包括水泥、骨料、掺合料和减水剂。

优选地，所述多孔混凝土基体中的水泥、骨料、掺合料、减水剂的质量比为1:4～6:0.1～0.3:0.01～0.03。

优选地，所述多孔混凝土基体中的水泥为标号不小于42.5的硅酸盐水泥。

优选地，所述多孔混凝土基体中的骨料的粒径为13.2mm～32.4mm。

进一步优选地，所述多孔混凝土基体中的骨料的粒径为16.5mm～23.4mm。

优选地，所述多孔混凝土基体中的掺合料为粒化高炉矿渣、硅灰中的至少一种。

优选地，所述植生混凝土的强度等级为C10～C20，透水系数>5mm/s，保水率>15％。

一种如上所述的植生混凝土的制备方法包括以下步骤：

1)将水泥、骨料、掺合料和减水剂加水分散后进行成型，得到多孔混凝土基体；

2)将水泥、保水性填料和纤维素醚加水分散制成保水功能浆体，再将保水功能浆体灌入多孔混凝土基体的孔洞中进行硬化形成保水性功能层，即得植生混凝土。

本发明的有益效果是：本发明的植生混凝土具有保水/缓释性能优异、力学强度高等优点，且其制备过程简单、生产成本低，适合用于干旱环境的护坡复绿工程。

具体来说：

1)本发明的植生混凝土的组成包括多孔混凝土基体和保水性功能层，多孔混凝土基体可以赋予植生混凝土高力学强度，而保水性功能层可以赋予植生混凝土优异的保水/缓释性能；

2)本发明的植生混凝土可以通过调整保水功能浆体的组成和灌入工艺参数实现对保水性功能层的厚度和性能的调控，从而可以得到不同渗透速率、保水率的植生混凝土；

3)本发明的植生混凝土饱和吸水后，水的缓释周期可达3个月～4个月，养分的缓释周期可达6个月～8个月，有效地延长了植物生长所需的水分和养分的供给周期，大大提高了人工施肥、补水或降雨的利用率，从而有效解决了干旱地区植物因水分、养分不足而过早干枯死亡的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种植生混凝土(强度设计等级为C10)，其制备方法如下：

1)将1690kg的粒径为16.5mm～23.4mm的碎石(骨料)和40kg的水加入搅拌机后搅拌30s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌60s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌120s，再注入模具进行成型，得到多孔混凝土基体；

2)将70kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、10kg的生物炭粉末(粒径为0.2mm～1mm，孔隙率为70％～80％)、30kg的水凝胶(中山市赛普科技有限公司的SPKB，5目～10目)、3kg的羟丙基甲基纤维素(数均分子量为180000，粘度为40000mPa·s)和80kg的水混合后搅拌均匀制成保水功能浆体，再将保水功能浆体灌入多孔混凝土基体的孔洞中进行硬化形成保水性功能层(厚度为1.2mm～2.6mm)，再参照“GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行脱模与养护，即得植生混凝土。

实施例2：

一种植生混凝土(强度设计等级为C10)，其制备方法如下：

1)将1690kg的粒径为16.5mm～23.4mm的碎石和40kg的水加入搅拌机后搅拌30s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌60s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌120s，再注入模具进行成型，得到多孔混凝土基体；

2)将50kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、20kg的生物炭粉末(粒径为0.2mm～1mm，孔隙率为70％～80％)、30kg的水凝胶(中山市赛普科技有限公司的SPKB，5目～10目)、3kg的羟丙基甲基纤维素(数均分子量为180000，粘度为40000mPa·s)和80kg的水混合后搅拌均匀制成保水功能浆体，再将保水功能浆体灌入多孔混凝土基体的孔洞中进行硬化形成保水性功能层(厚度为1.0mm～3.0mm)，再参照“GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行脱模与养护，即得植生混凝土。

实施例3：

一种植生混凝土(强度设计等级为C10)，其制备方法如下：

1)将1690kg的粒径为16.5mm～23.4mm的碎石和40kg的水加入搅拌机后搅拌30s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌60s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌120s，再注入模具进行成型，得到多孔混凝土基体；

2)将50kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、20kg的生物炭粉末(粒径为0.2mm～1mm，孔隙率为70％～80％)、20kg的水凝胶(中山市赛普科技有限公司的SPKB，5目～10目)、3kg的羟丙基甲基纤维素(数均分子量为180000，粘度为40000mPa·s)和80kg的水混合后搅拌均匀制成保水功能浆体，再将保水功能浆体灌入多孔混凝土基体的孔洞中进行硬化形成保水性功能层(厚度为1.4mm～2.5mm)，再参照“GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行脱模与养护，即得植生混凝土。

对比例1：

一种植生混凝土(强度设计等级为C10)，其制备方法如下：

将1690kg的粒径为16.5mm～23.4mm的碎石和40kg的水加入搅拌机后搅拌30s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌60s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰和2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)后搅拌120s，再注入模具进行成型，再参照“GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行脱模与养护，即得植生混凝土。

对比例2：

一种植生混凝土(强度设计等级为C10)，其制备方法如下：

将1690kg的粒径为16.5mm～23.4mm的碎石和40kg的水加入搅拌机后搅拌30s，再加入185kg的P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥、30kg的水、45kg的硅灰、2.5kg的聚羧酸减水剂(佛山市新启拓达新材料集团有限公司)、5kg的生物炭粉末(粒径为0.2mm～1mm，孔隙率为70％～80％)、15kg的水凝胶(中山市赛普科技有限公司的SPKB，5目～10目)和1.5kg的羟丙基甲基纤维素(数均分子量为180000，粘度为40000mPa·s)后搅拌120s，再注入模具进行成型，再参照“GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行脱模与养护，即得植生混凝土。

性能测试：

实施例1～3和对比例1～2的植生混凝土的性能测试结果如下表所示：

表1植生混凝土的性能测试结果

注：

保水率：将植生混凝土切割成3个大小规格为100mm×100mm×60mm的测试样品，采用比重法在空气温度为20℃、空气相对湿度为50％的环境下进行测试，具体测试过程：1)将测试样品烘干后称重，记为m

渗透系数：将植生混凝土切割成3个大小规格为100mm×100mm×100mm的测试样品，采用恒定水位差的方式进行测量，测试时水温为15℃，透水系数测定仪的测试原理基于Darcy定律，水温为T℃时的透水系数计算公式为：k

4)更换测试样品重复上述操作，以三次平行试验结果的算术平均值作为测试样品的透水系数。

抗压强度/28天：参照“GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准”进行测试，试样的大小规格为100mm×100mm×100mm。

发芽率/28天自然条件生长：将高羊茅种子放入测试样品的内部孔洞中，再在温度为20℃、空气相对湿度为70％的条件下自然放置28天，统计正常发芽的种子粒数，再根据以下公式计算发芽率：发芽率(％)＝正常发芽的种子粒数/供试种子粒数×100％。具体测试过程：1)准备高羊茅种子样品并记录种子数量，保证样品具有代表性，再将高羊茅种子均匀地放置在一块纸巾上，再将另一张纸巾覆盖其上，浸湿纸巾后用塑料袋密封，放置在室温下避光处保存24h以恢复种子的活力；2)将高羊茅种子放入含有营养土的植生混凝土的内部孔洞中，营养基质的组成为肥沃园土65％、细沙10％、火烧土25％，过筛，加入0.4％的钙镁磷肥和适当的水分拌匀而成；3)在温度为20℃、空气相对湿度为70％的条件下，将植生混凝土置于适当的位置，避免阳光直射或者风口过大，同时，每天需要检查一次孔洞中的种子是否有发芽现象；4)在28天之后，统计器皿中正常发芽的种子粒数，正常发芽的标准为新生的幼芽长度超过种子本身长度的一半。

水分释放周期和养分释放周期：参照“HG/T 4216-2011缓释控释肥料养分释放期及释放率的快速检测方法”进行测试。

由表1可知：

a)实施例1～3和对比例1～2的植生混凝土的抗压强度/28天为8.92MPa～14.90MPa，对比例2的植生混凝土的抗压强度并不符合相应的设计要求，说明将保水填料直接添加至水泥中来制备植生混凝土容易造成强度下降，实施例1～3和对比例1～2的植生混凝土的渗透系数均大于5mm/s，满足透水路面渗透系数的要求；

b)在模拟干旱环境条件下，实施例1～3的植生混凝土与对比例1的透水混凝土相比，高羊茅的发芽率分别提高了9.34％、10.40％和10.63％，说明保水填料的保水性能有利于高羊茅发芽生长，最终存活的植物数量也比较多；

c)实施例1～3的植生混凝土在饱和吸水后水的缓释周期可达3个月～4个月，养分的缓释周期可达6个月～8个月，有效地延长了植物生长所需的水分、养分的供给周期，大大提高了人工施肥、补水或降雨的利用率，从而有效解决了干旱地区植物因水分、养分不足而过早干枯死亡的问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。