一种环保型植被混凝土及制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种环保型植被混凝土及制备方法。

背景技术

由于植被难以在通常的混凝土上种植生存，因此为了缓解现代化建设中大量使用混凝土而造成的绿化和植被资源的压力，植被混凝土应运而生。植被混凝土是指能在混凝土中进行植被作业的生态混凝土，在保持原有的防护功能的同时，还能够适应植物的生长，起到保护环境，改善生态条件的作用，在边坡加固领域有广泛的应用前景。

现有的植被混凝土，如申请号为CN94116946.4的中国专利所公开的一种护坡植被混凝土，原料包括：水泥、石子、砂、陶粒、水，它们之间的用量比例(重量比)为1:3.4-4.0:0.46-0.60:0.30-0.47:0.40-0.50，其中水泥为425#，陶粒为事先喷洒复合肥的陶粒。

由于水泥在固化以及使用的过程中会产生碱性环境，影响植被的生长。

发明内容

为了降低植被混凝土中水泥造成的碱性环形对植被生长的影响，本申请提供一种环保型植被混凝土及制备方法。

第一方面，本申请提供一种环保型植被混凝土，采用如下的技术方案：

一种环保型植被混凝土，主要由以下质量份数的原料制备而得：

草炭土80-90份；

秸秆腐殖质40-50份；

麻纤维2-3份；

水泥50-70份；

粗骨料180-200份；

弱酸性离子交换树脂3-5份；

保水剂0.5-0.6份；

水220-270份。

通过采用上述技术方案，原料中只使用粗骨料而不使用细骨料，能使混凝土中保持较大的孔隙率，使草炭土和秸秆腐殖质能填充于粗骨料的孔隙中，为植被的根系提供合适的生长环境和营养供给，而水泥则负责提高提高混凝土凝固后的结构强度，使其具有防护功能。

原料中还含有麻纤维，麻纤维可提高草炭土、秸秆腐殖质和水泥之间的结合能力，提高草炭土和秸秆腐殖质在粗骨料空隙内的稳固性，提高整体的结构强度。而保水剂可为混凝土内部提供保水和供水能力，保持混凝土内部的湿度，使其更适于植物生长。弱酸性离子交换树脂则可以起到调节混凝土中的pH值的作用，在保水剂的配合作用下，为弱酸性离子交换树脂提供合适的离子交换环境，从而降低水泥在固化和使用过程中产生的碱性，为植被提供一个适合生长的环境。

又由于水泥的强碱性为限制其在植被混凝土中添加量的主要原因，而在弱酸性离子交换树脂和保水剂的配合作用下，可使具有更好的pH值调节能力，因此就可提高水泥在混凝土中的使用上限，从而提高了植被混凝土的强度。

优选的，所述原料中还包括质量份数8-10份的磷酸二氢钾改性沸石，磷酸二氢钾改性沸石由沸石在浓度为5％-8％的磷酸二氢钾水溶液中浸泡改性而得。

通过采用上述技术方案，磷酸二氢钾改性沸石也具有pH调节作用，可与酸性离子交换树脂相配合，进一步提高混凝土内的pH调节能力。沸石本身具有良好的孔隙结构，使用磷酸二氢钾溶液对其进行改性，可使磷酸二氢钾充分附着于孔隙内，从而减少磷酸二氢钾在混凝土制备过程中的流失，使其具有长效的pH调节作用。并且磷酸二氢钾还可作为磷肥，提高草炭土和秸秆腐殖质的肥力，提高植被的存活率。

优选的，所述磷酸二氢钾改性沸石的粒径为5-10mm。

通过采用上述技术方案，上述粒径的磷酸二氢钾改性沸石具有更好的pH值调节效果。

优选的，所述原料中还包括质量份数20-25份的高岭土。

通过采用上述技术方案，在原料中使用高岭土，可提高混凝土内部的流动性，从而使秸秆腐殖质、草炭土和水泥能充分填充到粗骨料的孔隙之间，提高结构的致密性，有利于植被的生长。

优选的，所述保水剂为聚丙烯酸酰胺和聚丙烯酸钠接枝淀粉中的组合物，聚丙烯酸酰胺和聚丙烯酸钠接枝淀粉的用量比为1:(1.5-2)。

通过采用上述技术方案，使用上述组分和用量的保水剂，在植被混凝土中具有更好的保水效果。聚丙烯酸钠接枝淀粉为还可自然降解，不会对植被以及土壤造成压力。

优选的，所述粗骨料的粒径为30-35mm。

通过采用上述技术方案，使用此粒径范围内的粗骨料制备的植被混凝土，具有较好的孔隙率以及较高的结构强度，为粗骨料粒径的优选范围。

优选的，所述麻纤维的长度为3-5mm。

通过采用上述技术方案，在此长度范围内的麻纤维可使草炭土、秸秆腐殖质和水泥得到充分的固定，并且还可有效进入粗骨料的孔隙之间，达到更好的填充效果。

第二方面，本申请提供一种环保型植被混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案：

包括以下步骤：

S1：磷酸二氢钾改性沸石的制备：将沸石浸泡于磷酸二氢钾溶液中，控制溶液温度为50-60℃，浸泡时间为2-2.5h，捞出后沥干得磷酸二氢钾改性沸石；

S2：将保水剂和水按质量比为1:100的比例混合并搅拌均匀后静置，得凝胶状保水剂；

S3：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土、麻纤维和高岭土混合均匀，得基底混合物；

S4：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将凝胶状保水剂和弱酸性离子交换树脂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物、磷酸二氢钾改性沸石和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后即得植被混凝土。

通过采用上述技术方案，S1中在将沸石浸泡到磷酸二氢钾溶液中后，对溶液进行加热，可使沸石更好的吸收磷酸二氢钾，减少沸石孔隙中的空气，提高改性的效果。

在S2中先将保水剂制成凝胶状，可方便后续的混合，使混合更加均匀，并且可防止在后续混合中由于保水剂吸水膨胀而造成混凝土内部结构改变，使混凝土在凝固过程中保持稳定的形状。

S3中先将水泥、秸秆腐殖质、草炭土和麻纤维混合均匀，可减少后续加水后组分间产生凝结而不易于混合的问题。

而在S4中先将粗骨料、凝胶状保水剂和弱酸性离子交换树脂进行混合，可使保水剂先充分附着于粗骨料表面，形成一层保水膜，以粗骨料为依托，可使保水剂更均匀稳定地存在于混凝土内，提高保水剂的保水和供水效果，并且可与弱酸性离子交换树脂充分接触，提高其pH值调节效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.以草炭土、秸秆腐殖质和水泥为基体，并通过添加保水剂和弱酸性离子交换树脂达到内部保水和调节pH值的效果，适于植被的生长。并且还添加了麻纤维，提高了各组分之间的结合能力，提高了结构的稳定性。

2.原料中还包含了磷酸二氢钾改性沸石，还给出了合适的粒径，进一步提高了混凝土的pH调节能力。

3.原料中还包含了高岭土，提高了混凝土的流动性，使草炭土和秸秆腐殖质能更好的填充于粗骨料之间。

4.本申请还提供了一种环保型植被混凝土的制备工艺，将各组分步进行处理，将粗骨料先与保水剂和弱酸性离子交换树脂混合，提高保水剂的均匀度和附着性，并且提高弱酸性离子交换树脂的pH调节能力。

具体实施方式

实施例

实施例1：一种环保型植被混凝土，

原料为：草炭土80kg、秸秆腐殖质40kg、麻纤维2kg、水泥50kg、粗骨料180kg、弱酸性离子交换树脂3kg、保水剂0.5kg、水220kg；其中保水剂为0.1kg聚丙烯酸酰胺和0.4kg聚丙烯酸钠接枝淀粉的混合物。

上述原料中，麻纤维的长度为4mm；水泥选用PI42.5R硅酸盐水泥；粗骨料粒径为33mm；弱酸性离子交换树脂选用D001大孔弱酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。

制备步骤为：

S1：将保水剂和水按质量比为1:100的比例混合并搅拌均匀后静置，得凝胶状保水剂；

S2：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土和麻纤维混合均匀，得基底混合物；

S3：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将凝胶状保水剂和弱酸性离子交换树脂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后即得植被混凝土。

实施例2-4：一种环保型植被混凝土，

与实施例1的区别在于：各组分的用量不同，保水剂中聚丙烯酸酰胺和聚丙烯酸钠接枝淀粉的配比也不同，具体用量如下表1所示。

实施例5-6：一种环保型植被混凝土，

与实施例1的区别在于：原料还含有磷酸二氢钾改性沸石，磷酸二氢钾改性沸石由沸石在浓度为6％的磷酸二氢钾水溶液中浸泡改性而得，所用沸石的粒径为3mm，组分的用量如下表1所示。

制备步骤为：

S1：磷酸二氢钾改性沸石的制备：将沸石浸泡于磷酸二氢钾溶液中，控制溶液温度为55℃，浸泡时间为2h，捞出后沥干得磷酸二氢钾改性沸石；

S2：将保水剂和水按质量比为1:100的比例混合并搅拌均匀后静置，得凝胶状保水剂；

S3：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土和麻纤维混合均匀，得基底混合物；

S4：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将凝胶状保水剂和弱酸性离子交换树脂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物、磷酸二氢钾改性沸石和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后即得植被混凝土。

实施例7：一种环保型植被混凝土，

与实施例5的区别在于：所用沸石的粒径为8mm，其余组分的用量如下表1所示。

实施例8-9：一种环保型植被混凝土，

与实施例1的区别在于：原料中还含有高岭土，各组分的用量如下表1所示。

制备步骤S3为：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土、麻纤维和高岭土混合均匀，得基底混合物。

实施例10：一种环保型植被混凝土，

与实施例1的区别在于：原料中还含有磷酸二氢钾改性沸石和高岭土，磷酸二氢钾改性沸石由沸石在浓度为6％的磷酸二氢钾水溶液中浸泡改性而得，所用沸石的粒径为3mm，组分的用量如下表1所示。

制备步骤为：

S1：磷酸二氢钾改性沸石的制备：将沸石浸泡于磷酸二氢钾溶液中，控制溶液温度为55℃，浸泡时间为2h，捞出后沥干得磷酸二氢钾改性沸石；

S2：将保水剂和水按质量比为1:100的比例混合并搅拌均匀后静置，得凝胶状保水剂；

S3：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土、麻纤维和高岭土混合均匀，得基底混合物；

S4：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将凝胶状保水剂和弱酸性离子交换树脂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物、磷酸二氢钾改性沸石和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后即得植被混凝土。

表1：实施例1-10各组分及用量表(kg)

对比例

对比例1：一种植被混凝土，

原料为：水泥50kg、粗骨料200kg、砂25kg、陶粒20kg、水20kg，其中陶粒上事先喷洒有复合肥，粗骨料的粒径为20mm，水泥选用PI42.5R硅酸盐水泥，复合肥中氮含量130mg/l、磷60mg/l、钾140mg/l。

制备步骤为：

S1：在陶粒上均匀喷洒复合肥，复合肥的喷洒用量为1kg/m

S2：将水泥、粗骨料、砂、喷涂复合肥之后的陶粒和水进行混合，得植被混凝土。

对比例2：一种植被混凝土，

与实施例1的区别在于：使用2kg磷酸二氢钾代替弱酸性离子交换树脂，各组分用量如下表2所示。

制备步骤为：

S1：将保水剂和水按质量比为1:100的比例混合并搅拌均匀后静置，得凝胶状保水剂；

S2：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土、麻纤维和磷酸二氢钾混合均匀，得基底混合物；

S3：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将凝胶状保水剂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后得植被混凝土。

对比例3：一种植被混凝土，

与实施例1的区别在于：原料中不含有弱酸性离子交换树脂，各组分用量如下表2所示。

制备步骤为：

S1：将保水剂和水按质量比为1:100的比例混合并搅拌均匀后静置，得凝胶状保水剂；

S2：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土和麻纤维混合均匀，得基底混合物；

S3：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将凝胶状保水剂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后得植被混凝土。

对比例4：一种植被混凝土，

与实施例1的区别在于：原料中不含有保水剂，各组分用量如下表2所示。

制备步骤为：

S1：将水泥、秸秆腐殖质、草炭土和麻纤维混合均匀，得基底混合物；

S2：将粗骨料和水按质量比为10:1的比例混合，至粗骨料表面充分润湿，再将弱酸性离子交换树脂添加到粗骨料中进行混合，待混合均匀后，将基底混合物和剩余的水添加到粗骨料中，混合均匀后即得植被混凝土。

对比例5：一种植被混凝土，

与实施例1的区别在于：原料中不含有麻纤维，各组分用量如下表2所示。

制备步骤S2为：将水泥、秸秆腐殖质和草炭土混合均匀，得基底混合物。

表2：对比例2-5组分及用量表

性能检测试验

由于本申请的植被混凝土的有点主要体现于更好的植被适应性和更好的强度，因此主要从这两个方面出发进行检测试验。

试验一：植被存活性试验

试验原理：以各试验组的混凝土为原料浇筑成被床，在被床上铺设混有植被种子的土壤作为被面，养护一段时间后对比植被的生长情况，即可判断个试验组的混凝土对植被的情和性。

试验对象：实施例1-10、对比例1-5。

试验步骤：将实施例1-10和对比例1-5制得的混凝土分别浇筑成3m×3m，厚度为20cm的混凝土板，并特别在对比例1的混凝土板上喷洒复合肥(与对比例1中的复合肥相同)，喷洒用量为0.075kg/m

表3实施例1-10和对比例1-4的混凝土被面上植株平均成活密度S(棵/m

对比表3中实施例1和对比例1的数据，可发现实施例1的S值明显高于对比例1，这可说明植被对实施例1制得的植被混凝土的适应性高于对比例1，这是因为实施例1中添加了弱酸性离子交换树脂，降低了混凝土在固化以及使用过程中的碱性，调节混凝土的pH值，使其更加适于植被的生长。相对的，在对比例1中，只是在混凝土中使用了复合肥，这种复合肥并没有能调节混凝土pH值的能力。

对比表3中实施例1和对比例2-3的数据，可发现实施例1的S值明显高于对比例2-3，这可说明实施例1的植被混凝土更适于植被的生长，由于对比例2中使用磷酸二氢钾代替弱酸性离子交换树脂，而对比例3中不使用弱酸性离子交换树脂，可进一步说明，通过弱酸性离子交换树脂的pH值调节作用，可有效降低混凝土的碱性，提高植被的存活率，并且可说明弱酸性离子交换树脂对pH值的调节效果优于磷酸二氢钾。

对比表3中实施例1和对比例4的数据，可发现实施例1的S值明显高于对比例4，这可说明实施例1的植被混凝土更适于植被的生长，这是因为保水剂可为混凝土内部提供保水和供水能力，保持混凝土内部的湿度，为植被提供生长所需的水分，并且保水剂与弱酸性离子交换树脂相配合，保水剂中的水分为离子交换树脂提供了更好的离子交换条件，从而进一提高了其对pH值的调节能力。

对比表3中实施例1和对比例5的数据，可发现实施例1的S值高于对比例5，这可说明在原料中添加麻纤维也有提高植被存活率的效果，这可能是因为，在麻纤维的作用下，原料中的各组分结合地更加紧密，在水泥养护和使用过程中，可减少粗骨料孔隙中各种有效组分的流失。

对比表3中实施例1-4的数据，可发现实施例2-3的S值更高，这说明实施例2-3中聚丙烯酸酰胺和聚丙烯酸钠接枝淀粉为更优的用量比，在此用量比下，可更好的为植被提供水分，并且更好地与弱酸性离子交换树脂产生配合。

对比表3中实施例1和实施例5-7的数据，可发现实施例5-7的S值高于实施例1，并且实施例7的S值最高，这可说明在原料中添加磷酸二氢钾改性沸石，可提高植被的存活率，并且实施例7中沸石的粒径为更优选的粒径。这是因为，磷酸二氢钾改性沸石也具有pH调节作用，可与酸性离子交换树脂相配合，进一步提高混凝土内的pH调节能力，使混凝土更好的适用于植被的生存。

对比表3中实施例1和实施例8-9的数据，可发现实施例8-9的S值高于实施例1，这说明在原料中添加高岭土，可提高植被的存活率。这是因为，高岭土可提高混凝土内部的流动性，从而使秸秆腐殖质、草炭土和水泥能充分填充到粗骨料的孔隙之间，提高结构的致密性。

对比表3中实施例1和实施例5-10的数据，可发现实施例10的S值最高，这可说明磷酸二氢钾改性沸石和高岭土的同时添加，可进一步提高混凝土的植被存活率，两种物质可起到配合作用，高岭土可提高沸石在粗骨料孔隙之间的分散程度，使其达到更好的效果。

试验二：混凝土pH检测试验

试验原理：对养护后的植被混凝土的pH值进行检测，从pH值的大小上直观判断混凝土酸碱度对植被生长的影响。

试验对象：实施例1-7，对比例1-4。

试验步骤：由于植被混凝土在一定程度上具有土壤的性质，因此可通过检测土壤的方法对其pH值进行检测。将实施例1-7和对比例1-4养护28天后的植被混凝土捣碎，筛去粗骨料后将内部的各种填充料捣碎，以捣碎后的碎末作为检测对象，根据国家标准NY/T1377-2007所述的土壤pH的测定方法，以水为浸提剂，测量各试验对象的pH值，实验结果如下表4所示。

表4实施例1-7和对比例1-4植被混凝土pH值

对比表4中实施例1-4和对比例1-4的pH值，可发现实施例1-4的pH值低于对比例1-4，因此实施例1-4更适于大多中性以及偏酸性植被的生长。这说明弱酸性离子交换树脂确实有调节混凝土pH值使其适合植被生长的作用，并且保水剂对弱酸性离子交换树脂的性能具有配合以及提升的作用。而弱酸性离子交换树脂对pH值的调节效果优于直接在混凝土中添加磷酸氢二钾。

对比表4中实施例1-4和实施例5-7的pH值，可发现实施例5-7的pH值更低，由于大多数植物的最优环境pH为6.5-7，因此实施例5-7更适于大多中性以及偏酸性植被的生长。从而说明了在原料中添加磷酸二氢钾改性沸石可进一步提高混凝土上植被的存活率。

试验三：混凝土强度试验试验原理：将各试验组的混凝土作为原料制成混凝土试块，并检测各试块的抗压强度，从而对比各试验组的强度。

试验对象：实施例1-10，对比例1，对比例5。

试验步骤：根据中华人民共和国国家标准GB/T50081-2019中“抗压强度试验”内容，分别实施例1、对比例1和对比例5的植被混凝土的抗压强度f

表5实施例1-10、对比例1和对比例5植被混凝土的抗压强度f

对比表5中实施例1-10和对比例1的数据，可发现实施例1-10的抗压强度高于对比例1，结合试验一的结论，可说明实施例1-10在具备更好的植被存活率时，还具有更好的结构强度，并且符合植被混凝土强度要求7-20MPa的要求。

实施例5-7的抗压强度高于实施例1-4，这是因为磷酸二氢钾改性沸石可在一定程度上起到细骨料的作用，提高了混凝土的抗压强度。而实施例8-9的抗压强度也略高于实施例1-4，这是因为高岭土提高了水泥以及各组分的流动性，使其更加充分填充于粗骨料的孔隙中，提高了结构的致密性。

对比表5中实施例1和对比例5的数据，可发现实施例1的抗压强度高于对比例5，这可说明麻纤维可有效提高混凝土的抗压强度，提高混凝土内各组分结合的稳定性

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。