一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料及制备方法

技术领域

本申请属于生态护坡建筑材料技术领域，尤其涉及一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料及制备方法。

背景技术

生态植生混凝土是能够满足绿色植物生长、又具有一定防护功能的无砂多孔混凝土，植物根系可以生长于孔隙内或穿透混凝土生长于下层土壤中。生态植生混凝土在日本和欧美等国家主要应用于加固和绿化边坡工程。国内研究起步较晚，主要集中在解决普通混凝土内部碱度较高(pH＝13左右)而无法满足植物根系正常生长(pH＜9.5)的难题，主要措施包括降低水泥用量、自然碳化法和封碱法，这些措施势必会破坏混凝土内部浆体和骨料界面粘结结构，导致混凝土后期力学性能、耐久性大幅度降低，而且封碱法采用的高分子化合物毒性强，施工成本高。

目前，在生态植生混凝土的应用中，仍无法平衡碱度、强度以及耐久性的问题，一方面是混凝土内部高碱性，植物无法正常生长；另一方面是混凝土强度迅速降低、耐久性差，导致混凝土结构破坏，无法满足护坡要求。现有的很多生态护坡工程1-2年就要重新施工，远达不到5-8年的施工设计要求。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料及制备方法，既具有较低的碱度又可大大提高生态植生混凝土的长期强度和耐久性，进而防止混凝土结构出现开裂、剥落和失稳等问题。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料，由如下重量份的组分组成：

磷酸盐100份；

金属氧化物250-350份；

粉煤灰微珠30-40份；

硅灰20-30份；

粗骨料2500-2800份；

碳纤维0.5-1.0份；

减水剂2-5份；

缓凝剂0.5-1.5份；

水60-80份。

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述磷酸盐为磷酸二氢钾或磷酸二氢钠的一种或两种混合物，所述磷酸盐的纯度不小于98wt％。

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述金属氧化物为重烧氧化镁，所述金属氧化物的勃氏比表面积为300-350m

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述粉煤灰微珠的球形微珠含量不小于90％，细度不小于1200目。

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述硅灰的勃氏比表面积不小于20000m

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述粗骨料包括玄武岩、辉绿岩或石英岩的一种，所述粗骨料的母岩抗压强度不小于150MPa，单粒径级配，粒径范围为16-25mm，压碎值小于5％，针片状含量小于3％。

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述碳纤维为微细单丝碳纤维，直径为7±10％μm，长度3±10％mm，所述碳纤维的拉伸强度不小于3500MPa，拉伸弹性模量不小于220GPa。

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述减水剂为缓释型聚羧酸系高性能减水剂，其减水率不小于25％。

进一步地，上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料，其中，所述缓凝剂为硼酸，其纯度不小于99wt％。

本申请还提出了一种上述的低碱度高耐久生态植生混凝土材料的制备方法，将磷酸盐、金属氧化物、粉煤灰微珠、硅灰、粗骨料以及碳纤维加入搅拌机中混合第一时间，同时将减水剂、缓凝剂以及水预先混合均匀，然后加入搅拌机中拌合第二时间，即可制备出所述生态植生混凝土材料。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

1)本申请采用合理配比的磷酸盐、重烧氧化镁、硅灰以及粉煤灰微珠，可以使生态植生混凝土具有满足植物生长所需的碱度环境，且具有稳定的后期强度和耐久性，制备出的混凝土碱度pH值小于9.5，360d强度不小于10MPa，56d干燥收缩小于100×10

2)本申请中碳纤维具有高抗拉强度和高弹模，分散在浆体中形成三维交错网络，增加浆体强度，同时减少内部微裂纹，提高了生态植生混凝土的耐久性。

3)本申请中粗骨料具有高强度和坚固性，可以避免连通孔堵塞，提高生态植生混凝土的孔隙率，其中连通孔隙率不小于25％，更有利于植物根系的生长。

4)本申请较好地解决了生态植生混凝土的碱度、强度和耐久性之间的矛盾问题，兼具绿化和护坡功能，具有低碱度、稳定的长期强度以及高耐久性，延长了生态植生混凝土的使用年限，适用于河道护坡、山体生态修复以及生态城市建设等技术领域。

具体实施方式

下面将结合对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文各实施例中所采用的原料采购信息如下：

所述减水剂采购自上海三瑞高分子材料有限公司，型号为VIVID500聚羧酸高性能减水剂。

其它原料及规格以具体实施例中记载的为准，其中，下文所述的磷酸盐、重烧碳酸镁以及硼酸为工业产品。

下文各实施例中的性能测试方法如下：

力学性能的测定按GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》相关规定进行。

干燥收缩和耐久性按GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定进行。

参照日本《透水性混凝土河川护堤施工手则》来测多孔生态混凝土的总孔隙率和连通孔隙率。

碱度的测定采用碱度释放原理测定，具体步骤如下：在直径200mm的桶中加入5.8kg水，然后将生态植生混凝土试块(100×100×100mm)放入水桶中，水超过生态植生混凝土试块的表面，待浸泡24h后，采用PHS-3C型精密pH计测量水溶液的pH值。再换一桶5.8kg的自来水，重复以上步骤，直到浸泡水的pH值稳定不变停止测量。

实施例1

一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料，由以下重量份数的组份组成：磷酸盐100份、金属氧化物250份、粉煤灰微珠30份、硅灰20份、粗骨料2500份、碳纤维0.5份、减水剂2份、缓凝剂0.5份以及水70份。

其中，所述磷酸盐为磷酸二氢钾，纯度98wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积300m

实施例2

一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料，由以下重量份数的组份组成：磷酸盐100份、金属氧化物300份、粉煤灰微珠35份、硅灰25份、粗骨料2600份、碳纤维0.8份、减水剂3份、缓凝剂0.8份以及水80份。

其中，所述磷酸盐为磷酸二氢钠，纯度98wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积330m

实施例3

一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料，由以下重量份数的组份组成：磷酸盐100份、金属氧化物350份、粉煤灰微珠40份、硅灰30份、粗骨料2800份、碳纤维1份、减水剂5份、缓凝剂1.5份以及水60份。

其中，所述磷酸盐为磷酸二氢钠，纯度98wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积350m

表1：上述实施例低碱度高耐久生态植生混凝土材料的各原料的重量份配比表

基于上述的测试方法，对上述实施例的各性能进行测试，测试结果如下。

表2：上述实施例对应的性能测试结果

从上述表2可以看出，本申请低碱度高耐久生态植生混凝土材料的后期内部碱度pH值均小于9.5，满足植物生长需要的环境，且长期强度稳定增长，不存在现有技术中“生态植生混凝土后期强度倒缩”的问题。本申请利用磷酸盐和重烧氧化镁反应产物本身具有的较低碱度、高强度、低收缩的特点，通过掺入硅灰和粉煤灰微珠进一步改善浆体的碱度和耐久性，再复合三维交错的高强碳纤维网络，增加浆体强度和浆骨粘结力的同时，减少了内部微裂纹，进而有效地提高了生态植生混凝土的长期强度和耐久性。

从上述表2还可以看出：本申请所述的生态植生混凝土内部连通孔隙率较高，所选用的粗骨料避免了连通孔的堵塞，提升了植物根系的穿透率以及生长空间，提高了植物的存活率。

上述各实施例低碱度高耐久生态植生混凝土材料的制备方法如下：

按上述比例将磷酸盐、金属氧化物、粉煤灰微珠、硅灰、粗骨料、碳纤维加入搅拌机中混合第一时间，同时将减水剂、缓凝剂、水预先混合均匀，然后加入搅拌机中拌合第二时间，得到本申请的低碱度高耐久生态植生混凝土材料。其中，上述各原料的配比以及化学性能见上文描述，这里不再赘述。

其中，上述的第一时间优选为1-2min，上述的第二时间优选为1-2min，上述时间可是根据实际情况进行适当地增减，上述仅为举例说明，并不对本申请的保护范围进行限定。

本申请还提出一种低碱度高耐久生态植生混凝土材料的应用，其可制作成生态植生混凝土预制砌块，施工方便，可用于河道护坡、山体生态修复以及生态城市建设等场景中。

本申请采用低碱度磷酸盐水泥基材料，通过掺入粉煤灰微珠、硅灰和碳纤维，可以有效减少浆体收缩裂缝，增强浆体与骨料的粘结力，提高生态植生混凝土的抗裂性和耐久性，在满足植被生长所需的低碱度、大孔隙率的环境下，可以保持混凝土整体稳定性，防止生态植生混凝土结构出现开裂、剥落或失稳等问题，延长其使用寿命。本申请低碱度高耐久生态植生混凝土材料具有内部碱度低、孔隙率高、长期强度稳定、收缩小、耐久性高等特点，在生态护坡、山体修复和生态城市建设等领域应用前景广阔。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。