利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及植生混凝土材料技术领域，具体而言，涉及利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土、制备方法及其应用。

背景技术

植生透水混凝土是一种以骨料、水泥为主要原材料，具有连续大孔结构，并且能使植物在其孔隙中生长，而根系可以通过混凝土基架深入到土壤层中，源源不断地吸收土壤中养分的环保型建筑材料。与普通混凝土相比，植被型再生骨料混凝土具有护岸防坡、路面排水透水、植生、净化水质、降噪吸尘、美化环境、资源再生利用等功能，可有效实现降水的排泄与水质净化，彻底解决城市内涝问题，防止地下水位下降，调节温湿变化，减缓城市的“热岛效应”，改善生态环境，可实现混凝土上繁衍花草，降噪吸尘。

目前制备透水混凝土所使用的主要材料是天然砂石，然而过量开采天然砂石对生态循环有破坏作用。专利CN107827404S公开了一种再生骨料透水混凝土，包括普通硅酸盐水泥、粉煤灰、细沙、超细微珠、再生粗骨料、天然粗骨料、内养护剂和复合增韧材料，再生骨料为废弃混凝土，具有棱角多、表面粗糙、堆积密度小等特点，同时废弃混凝土的抗冻性、收缩、徐变等特性和普通混凝土存在差异，因此对废弃混凝土进行去除表面附着硬化水泥石的处理，提高废弃混凝土性能。利用这些再生骨料代替天然骨料，降低了透水混凝土对天然碎石的需求，但制备出的透水混凝土透水性能，使用范围有限并且容易在使用过程中发生淤堵情况，影响了透水混凝土的推广运用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土、制备方法及其应用。

本发明是这样实现的:

本发明提供一种利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土，主要使用以下质量份的原料拌合而成：块状发泡陶瓷10-20份、发泡陶瓷粗骨料20-30份、发泡陶瓷细粉5-25份、水泥20-35份、石膏1-5份及矿物外加剂10-20份。

本发明还提供一种利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土的制备方法，其包括：先将块状发泡陶瓷、发泡陶瓷细粉、水泥、石膏、矿物外加剂和水混合，进行第一次拌合，制得胶结浆体；然后将胶结浆体与发泡陶瓷粗骨料混合，进行第二次拌合，制得拌合料。

本发明还提供一种植生透水混凝土制品，植生透水混凝土制品采用上述的制备方法制备的拌合料制备得到；

优选地，植生透水混凝土制品通过以下方式制得：将拌合料分次浇筑到模中，每层压平压实，轻度振荡以减少粒间距离，使多孔混凝土的组织结构更加密实和稳定，之后静置定型后脱模养护，即得；

优选地，植生透水混凝土制品包括透水砖、透水板材和透水地坪中的任意一种；

优选地，植生透水混凝土制品的厚度控制在45-55mm，且植生透水混凝土制品的表面和底部均匀。

本发明还提供一种上述的植生透水混凝土制品的应用，将的植生透水混凝土制品作为透水层铺面；

优选地，实施铺面时，植生透水混凝土滚压夯实、硬固后，铺放土壤并播撒种子。

本发明具有以下有益效果:

本发明提供一种利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土、制备方法及其应用，本发明实施例提供的植生透水混凝土，利用生产轻质环保发泡陶瓷板材产生的边角料作为主要原料，再配合水泥、石膏和矿物外加剂等降低混凝土的碱性，发泡陶瓷的大孔径的特点导致所述的植生透水混凝土及其制成的轻质板材的透水性能好，有质量轻以及强度强的特点，其中混凝土中的孔隙较多，抗压强度和抗折强度均较高，上述植生透水混凝土及其制成的轻质板材可用于透水层铺面如种草、护坡固沙等绿化用途。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的植生混凝土的外观照片；

图2为本发明实施例提供的在植生透水混凝土上种植植物的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

第一方面，本发明实施例提供一种利用发泡陶瓷制备的具有植物生长特性的透水混凝土，主要使用以下质量份的原料拌合而成：块状发泡陶瓷10-20份、发泡陶瓷粗骨料20-30份、发泡陶瓷细粉5-25份、水泥20-35份、石膏1-5份及矿物外加剂10-20份。

在可选的实施方式中，主要使用以下质量份的原料拌合而成：块状发泡陶瓷10-20份、发泡陶瓷粗骨料20-30份、发泡陶瓷细粉5-25份、水泥20-35份、粉煤灰5-10份、硅粉5-10份以及脱硫石膏1-5份。

在可选的实施方式中，主要使用以下质量份的原料拌合而成：块状发泡陶瓷10-15份、发泡陶瓷粗骨料20-25份、发泡陶瓷细粉10-23份、水泥25-35份、粉煤灰8-10份、硅粉4-8份以及脱硫石膏2-4份。

在可选的实施方式中，主要使用以下质量份的原料拌合而成：块状发泡陶瓷12-15份、发泡陶瓷粗骨料20-22份、发泡陶瓷细粉15-21份、水泥28-35份、粉煤灰8-9份、硅粉4-6份以及脱硫石膏3份。

在可选的实施方式中，发泡陶瓷包括以下质量百分比的组分：SiO

产生上述的块状发泡陶、发泡陶瓷粗骨料和发泡陶瓷细粉的发泡陶瓷化学分析可如下表1所示：

表1

在可选的实施方式中，块状发泡陶瓷为不规则形状，表面积较大，块状发泡陶瓷的大小尺寸在40mm以内，以20-30mm居多为最优选择，由于拱桥效应堆积存在很多间隙，间隙为不规则孔隙，如制备的植生混凝土外观所示，则可作为植生混凝土的骨料骨架使用，使混凝土孔隙可以适合一般植物的正常生长。粗骨料是经过大块发泡陶瓷加工过程中产生的较细颗粒，颗粒在3-20mm之间。发泡陶瓷细粉是在加工发泡陶瓷板材和加工大块发泡陶瓷时产生的粉末，细度在380-600μm之间。轻质环保发泡陶瓷板材加工生产时产生的边角料破碎而成的块状发泡陶瓷、发泡陶瓷粗骨料和发泡陶瓷细粉浸水后的水溶液pH值在5-7之间。本方案使用的块状发泡陶瓷、发泡陶瓷粗骨料、发泡陶瓷细粉均为生产轻质环保发泡陶瓷板材产生的边角料，可以有效利用边料制备具有附加高值的产品。另外发泡陶瓷多以硅酸盐类固体废弃物作为原材料制备所得，本身具有环保固废消纳属性，这样发泡陶瓷的生产就形成了闭环。与使用锰渣复合肥陶粒的透水混凝土相比较，其好处在于：发泡陶瓷边角料本身的强度较高，生产的植生混凝土的强度也会有所提高。

在可选的实施方式中，水泥是常规在用的水泥(通用水泥)，以磷酸盐水泥或低碱硫铝酸盐水泥性能最优，使用常规在用的水泥，将水泥水化硬化后的孔隙溶液pH值保持在7.0-7.6，能满足植物生长的需要，使用低碱硫铝酸盐水泥的水泥水化浆液pH值小于10.5。

在可选的实施方式中，硅粉为高温熔炼工业硅及硅铁的过程中产生的细粉，硅粉中SiO

在可选的实施方式中，粉煤灰采用某电厂生产的优质II级粉煤灰，粉煤灰矿粉的堆积密度为1070-2400kg/m

在可选的实施方式中，脱硫石膏是生产发泡陶瓷板材过程中废气脱硫工艺产生的副产物，与粉煤灰中的Al

可见，本发明实施例提供的植生透水混凝土，以生产环保发泡陶瓷板材产生的边角料(大块发泡陶瓷、发泡陶瓷粗骨料、发泡陶瓷细粉)为主料，加入水泥作为胶结材料，为了降低作为植物生长的透水混凝土的碱度，加入硅粉、粉煤灰和脱硫石膏等材料，本发明方案降低碱度措施包括：

(1)、水泥为常规使用的水泥，选用磷酸盐水泥或低碱硫铝酸盐水泥性能最优，使用常规使用的水泥，水泥水化硬化后的孔隙溶液pH值保持在7.0-7.6，能满足植物生长的需要，使用低碱硫铝酸盐水泥的水泥水化浆液pH值小于10.5。

(2)、硅粉为超细粉体，属于降碱材料范畴，与水泥水化产生的Ca(OH)

(3)、粉煤灰减少了一次水化生成物中CH的含量，另外粉煤灰颗粒较大的比表面积以及所含的SiO

(4)、石膏与粉煤灰中的Al

以上，本发明实施例提供的植生混凝土的28d龄期抗压强度为5-10MPa，抗折强度为2.31-3.10MPa，体积密度为420-715kg/m

第二方面，本发明实施例还提供一种利用发泡陶瓷制备的具有植物生长特性的植生混凝土的制备方法，步骤如下：

(1)、先将块状发泡陶瓷、发泡陶瓷细粉、水泥、石膏和矿物外加剂按照比例准确称量后，加入水进行搅拌，当胶结浆体搅拌均匀；

(2)、再加入发泡陶瓷粗骨料，使搅拌充分、稠度适宜的胶结浆体均匀包裹于粗骨料表面，得到拌合料。

在可选的实施方式中，植生混凝土的制备方法，步骤如下：

(1)、先将块状发泡陶瓷、发泡陶瓷细粉、水泥、石膏、物外加剂和减水剂按照比例准确称量后，加入水进行搅拌，当胶结浆体搅拌均匀；

(2)、再加入发泡陶瓷粗骨料，使搅拌充分、稠度适宜的胶结浆体均匀包裹于粗骨料表面，得到拌合料。

第三方面，本发明实施例还提供一种植生透水混凝土制品，植生透水混凝土制品采用上述的制备方法制备的拌合料制备得到；

优选地，植生透水混凝土制品通过以下方式制得：将拌合料分次浇筑到模中，每层压平压实，轻度振荡以减少粒间距离，使多孔混凝土的组织结构更加密实和稳定，之后静置定型后即可脱模养护；

优选地，植生透水混凝土制品包括透水砖、透水板材和透水地坪中的任意一种；

优选地，植生透水混凝土制品的厚度控制在45-55mm，且植生透水混凝土制品的表面和底部均匀。

第四方面，本发明实施例还提供一种上述的植生透水混凝土制品的应用，将植生透水混凝土制品作为透水层铺面；

优选地，实施铺面时，植生透水混凝土滚压夯实、硬固后，铺放土壤并播撒种子。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明以下实施例中，原材料来源、组分、制备和实验方法与对比例相同。

实施例1

一种利用发泡陶瓷制备具有植物生长特性的透水混凝土，使用以下重量份的组分拌合而成：块状发泡陶瓷：15份，发泡陶瓷粗骨料：20份，发泡陶瓷细粉：21份，水泥：28份，粉煤灰：8份，硅粉：5份，脱硫石膏3份。

同时在拌合的过程中，为了加强混凝土的流动性，还可以加入0.3-0.45份的聚羧酸系高效减水剂。具体的拌合工艺为：

a、先将块状发泡陶瓷、发泡陶瓷细粉、水泥、粉煤灰、硅粉、石膏和减水剂按照比例准确称量后，加入水进行搅拌，当胶结浆体搅拌均匀；

b、再加入发泡陶瓷粗骨料，使搅拌充分、稠度适宜的胶结浆体均匀包裹于粗骨料表面；

c、拌合料分3次浇筑到模中，每层压平压实，轻度振荡以减少粒间距离，使多孔混凝土的组织结构更加密实和稳定，之后静置定型后即可脱模养护。

植生混凝土的28d龄期抗压强度为8.0MPa，抗折强度为3.10MPa，体积密度为603kg/m

该方案制备的植生混凝土的外观参见图1，其4幅图为不同角度拍摄的外观图，可见植生混凝土中的孔隙较多，抗压强度和抗折强度均较高，适合用于制备根系下扎和水土涵养。

实施例2

为了实现短期迅速覆盖路面且具备长期自恢复能力的植生效果，根据不同植物适宜生长环境，选择发芽快、发芽率高、根系发达、耐旱、耐碱性的高羊茅草种进行植生试验。试验采用上置式种植方式，植生再生混凝土板按实施例1配方制备，植生试验过程如下，在植生混凝土制品上种植植物的示意图如图2所示：

(该方案是常见的种植方式，选用高羊茅作为试验植被)

(1)、选择边长1m的正方形土地，去除表面杂草及草根。

(2)、铺装植生再生混凝土板，混凝土孔隙内灌注自配植生基材。

(3)、将表层植生基材与草种混合后覆盖于植生再生混凝土表面，厚度控制在20-30cm之间。

(4)、及时补充水分保证发芽期间土壤湿润，并覆草席以减少水分流失。

经过3个月后，高羊茅草长势较好，证明以该方案植被的植生混凝土可行，以发泡陶瓷边角料作为主材植被植生混凝土可行。

对比例1

一种利用发泡陶瓷制备具有植物生长特性的透水混凝土，使用以下重量份的组分拌合而成：发泡陶瓷粗骨料：30份，发泡陶瓷细粉：30份，水泥：30份，粉煤灰：5份以及聚羧酸系高效减水剂：0.45份。

植生混凝土的28d龄期抗压强度为16.3MPa，抗折强度为6.34MPa，体积密度为1350kg/m

该方案制备的植生混凝土孔隙较少，基本不透水，抗压强度和抗折强度均较高，体积密度高，偏碱性，不适合用于制备根系下扎和水土涵养。

对比例1与本发明方案相比，无添加块状发泡陶瓷，导致孔隙率下降，体积密度高，不具备透水性；无添加硅粉和脱离石膏，偏碱性，不适宜植被生长。

对比例2

一种利用发泡陶瓷制备具有植物生长特性的透水混凝土，使用以下重量百分比的组分拌合而成：块状发泡陶瓷：30份，发泡陶瓷细粉：41份，水泥：28份，粉煤灰：8份，硅粉：5份，脱硫石膏3份以及聚羧酸系高效减水剂：0.3-0.45份。

混凝土存在大小颗粒分离现象，表现在大颗粒上浮，细料下沉的情况，细料下沉后固化后不存在可以漏水的孔隙，而表层大颗粒黏连不牢固容易脱落，试验方案失败不可行。

对比例2与本发明方案相比，无添加发泡陶瓷粗骨料，添加的发泡陶瓷细粉量大于本发明添加的量，导致存在大小颗粒分离现象，且细料过多的情况下，细料下沉后固化后不存在可以漏水的孔隙。

对比例3

一种利用发泡陶瓷制备具有植物生长特性的透水混凝土，使用以下重量百分比的组分拌合而成：发泡陶瓷细粉：30份，水泥：30份，粉煤灰：5份，聚羧酸系高效减水剂：0.45份。

凝土的28d龄期抗压强度为18.31MPa，抗折强度为6.25MPa，体积密度为1800kg/m

对比例3与本发明方案相比，无添加块状发泡陶瓷、发泡陶瓷粗骨料，添加的发泡陶瓷细粉量大于本发明添加的量，抗压强度、抗折强度和体积密度均大于本发明方案，但其不渗水，不能用于植物栽培基础条件。

对比例4

一种利用发泡陶瓷制备具有植物生长特性的透水混凝土，使用以下重量百分比的组分拌合而成：块状发泡陶瓷：15份，发泡陶瓷粗骨料：23份，发泡陶瓷细粉：27份，水泥：35份，聚羧酸系高效减水剂：0.3-0.45份。

植生混凝土的28d龄期抗压强度为8.0MPa，抗折强度为3.10MPa，体积密度为603kg/m

该方案制备的植生混凝土孔隙较多，偏碱性，不适合用于制备根系下扎和水土涵养。

对比例4与本发明方案相比，无添加粉煤灰、硅粉和脱硫石膏，添加的发泡陶瓷细粉量大于本发明添加的量，抗折强度和体积密度均大于本发明方案，但偏碱性，不适合用于制备根系下扎和水土涵养。

对比例5

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：三种发泡陶瓷的粒径均偏大，分别为：块状发泡陶瓷粒径50mm、发泡陶瓷粗骨料25mm、发泡陶瓷细粉25mm，其质量百分比仍按照实施例1的比例配料，结果：块状发发泡陶瓷、粗骨料与细粉、水泥等物料出现严重偏析，无法正常注浆制备植混凝土。

对比例6

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：三种发泡陶瓷的粒径均偏小，分别为：块状发泡陶瓷粒径5mm、发泡陶瓷粗骨料2mm，其质量百分比仍按照实施例1的比例配料，结果：浆体流动性较好，可以正常灌浆，但孔隙率低，密度2000kg/m

对比例7

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：粉煤灰的用量超过限定值，替换水泥，降低水泥的用量，使用以下重量份的组分拌合而成：块状发泡陶瓷：15份，发泡陶瓷粗骨料：20份，发泡陶瓷细粉：21份，水泥：8份，粉煤灰：28份，硅粉：5份，脱硫石膏3份以及聚羧酸系高效减水剂：0.45份。

植生混凝土的28d龄期抗压强度为5.34MPa，抗折强度为2.34MPa，体积密度为1288kg/m

对本发明实施例和对比例的结果进行分析，可得出以下的结论：

1、块状发泡陶瓷的大小对该技术方案的孔隙率、抗压强度和密度影响较大，需要控制在合理的粒径范围内，如果级配方式发生变化，则制品的孔隙率、强度和体积密度均会发生变化，因此使用的各个尺寸的发泡陶瓷的尺寸不可过大过小；

2、水泥、粉煤灰、硅粉的合理使用可以有效改善试件的机械强度，如抗压强度、抗折强度等；

3、发泡陶瓷细粉、粉煤灰、硅粉可以有效填充块状发泡陶瓷表面空隙，改善粘结性能；

4、脱硫石膏为生产发泡陶瓷副产物，可以有效利用，对生产形成闭环。

综上，本发明实施例提供了一种利用发泡陶瓷制备的植生透水混凝土、制备方法及其应用，本发明实施例利用发泡板材生产过程中产生的废料(块状发泡陶瓷、发泡陶瓷粗骨料和发泡陶瓷细粉)作为主要原料加入水泥混凝，制成植生透水混凝土轻质板材，利用发泡陶瓷的大孔径的特点导致的植生透水混凝土及其制成的轻质板材的透水性能好，有质量轻以及强度强的特点，上述植生透水混凝土及其制成的轻质板材可用于种草、护坡固沙等绿化用途。植生混凝土生物兼容性好，可以用于屋顶绿化、河道护坡等工程，能够对保护环境和维持生态平衡起到积极的作用。植生混凝土的连通大孔隙不仅使其具有良好的透水排水性能，能够改善水循环；而且还可以储存养分以满足植物的生长，美化环境，维持生态平衡并吸声降噪，可应用于城市屋顶绿化和河道护坡等工程。边坡采用植生混凝土进行护坡后，在经历暴雨等不利天气后，坡面未出现任何垮塌现象，抗冲刷能力强，边坡稳定性好；同时坡面植物生长良好，起到了固土护坡与美化边坡景观的作用。由此可见，本发明实施例提供一种孔隙较多，抗压强度和抗折强度均较高、适合植物生长的透水混凝土及其制成的轻质板材和应用。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。