CN102369834B - Bsc大骨料生物基质植生混凝土及其制备、施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明全称“BSC大骨料生物基质植生混凝土及其制备、施工方法”，是一种植被生态恢复方法、基质材料制备及施工的综合技术系统，属于植被生态恢复技术领域。本方法解决了水利工程中传统水泥混凝土技术不能进行植被恢复和传统绿化方式不能满足水利工程堤防安全要求之间的矛盾。本方法通过特有配方获得高强度的大骨料水泥混凝土层满足堤防要求，通过富含BSC活性菌剂的基质保证植被在水泥混凝土中生长良好，通过工程措施使得大骨料层和基质完美结合满足水利施工和植被生态恢复的要求。本方法主要应用于涉水领域的城市河道、湖泊水库、大坝水景等坡岸防护，公路铁路的边坡防护，矿业废弃地边坡防护等需要进行植被生态恢复的工程体上，同时也可以应用在屋顶绿化领域。

Description

BSC大骨料生物基质植生混凝土及其制备、施工方法

技术领域

本发明属于植被生态恢复技术领域，具体是一种植被生态恢复方法、基质材料制备及施工的技术系统。

BSC大骨料生物基质植生混凝土制备及施工方法中，BSC是Bio-substrate concrete的英文缩写，意为生物基质混凝土。本发明涉及到的大骨料植生混凝土概念，其本意为包含了BSC生物活性菌剂的大骨料型植被生态恢复水泥混凝土，是一个广义混凝土概念，其制备过程中使用了粒径较大的单一级配石块、高标号低碱性水泥、BSC-WY系列水泥添加剂等水泥混凝土材料，也同时包含具超强活性的BSC菌剂、植物生长激素、种子、土壤、肥料、保水材料等植物生长基质和植物活体材料。

背景技术

目前，随着生态恢复和环境保护的观念逐步深入人心，特别是2009年哥本哈根气候峰会的召开，其所描述的严峻气候和生态环境，更是促使我国在节能减排和植被生态恢复工作加大力度进行技术创新和资金投入。我国在水利工程建设领域，每年因为新开工或修缮工程存在大量开挖河道、充填基础、河岸护砌等水利修建活动，因此造成地表工作面大量的破损、水泥混凝土的大量使用，严重破坏了施工区域原有的植被和生态环境。在建设生态水利、保持可持续发展的原则下，这些工程在主体工程完成的同时必须初步完成植被生态恢复。

我国在水利工程体植被生态恢复技术主要有两个大的研究方向：生态环保建筑材料和生态护坡施工技术。在生态环保建筑材料方面，人工生长基及其加固材料是现阶段生态环保建筑材料的主要研究对象，BSC大骨料生物基质植生混凝土的制备和施工方法就是在研究人工生长基质和加固材料基础上对生态护坡技术进行提升和发展，是综合了建筑材料和施工方法的技术系统。

国际上，20世纪90年代，美国、日本、欧洲等国家开始研发使用绿化种植混凝土这种新型生态材料，尤其是日本在这方而做了深入细致的研究。日本从上世纪90年代开始研究能改善水质富营养化状况的混凝土材料，1995年日本提出了环境友好混凝土/生态混凝土的概念。它是由低碱度水泥、粗骨料、保水材料等材料按照特殊工艺制成的混凝上，具有连续的孔隙和一定的抗压强度，能较容易融入生态环境，植被恢复后可使水质得到净化。2000年，日本公司开发出表面可生长植物的混凝土，用这种新型混凝土构筑海堤和河堤，能起到恢复植被、保护生态环境的作用。这种吸水混凝土内混有植物纤维，吸水量最多可达自身重量的35％，有高度的浸透性，具有很好的植被恢复功能。

我国对绿化种植混凝土的研究最早从1998年开始，由吉林省水科院对绿化种植混凝土进行了实验、观测、研究工作，积累了第一批试验观测数据，限于当时国家整体工业基础、工程技术、水泥混凝土技术、添加剂研发、植被配置研究等都处于较低水平，国内与国外水平还存在较大的差距。但经过近10多年的努力，我国研制的绿化种植混凝土已具追上世界先进水平的能力。我国专家和研究人员系统地提出了绿化种植混凝土构造理论、特定植物生长环境理论、孔隙盐碱性水环境的概念及改造理论、植物营养元素需求及供给理论、植物配置设计原则与方法等理论体系，并结合国内生产水平，提出用常见各种水泥、集料制作绿化种植混凝土的原理和方法，解决了绿化种植混凝土应用的关键理论问题，使绿化种植混凝土的大规模推广应用成为可能。

严格上讲，环保型绿化种植混凝土在欧美和我国均处于中试阶段(小范围使用到进入产业化阶段)，即使是最早研究使用绿化种植混凝土的日本也还没有进入产业化阶段。国内各大科研机构、行业相关的公司企业都有进一步研究和优化绿化种植混凝土技术的基础和动力，在国家层面也应该予以政策和资金大力扶持。

发明内容

本发明目的在于提供一种涉水领域为主的硬质或土质堤岸植被生态恢复施工方法，包括如下步骤：

步骤一：在已做水泥混凝土硬化或其他类型涉水堤岸上，铺设富含植物所需营养、诱导和促使根系生长激素、具有较好保水性能的BSC活性菌剂基质；

步骤二：在BSC活性菌剂层上，采用3-12cm单一粒径硬质建材为骨料经水泥、BSC混凝土添加剂和水的粘结作用形成孔隙率18％-38％的大骨料层，大骨料层厚度5-30cm；

步骤三：采用浇注、浇灌、喷射、铺设振捣等方法将富含BSC生物活性菌剂、水泥、肥料等材料的BSC生物活性菌剂基质充分注入大骨料层内部孔隙；

步骤四：大骨料层以上采用浇注、喷射或铺设方法将富含BSC生物活性菌剂、种子、水泥、沙石和土壤的混合物基质附着其上，简单养护至植被生态恢复。

优选地，步骤一中，所述BSC活性菌剂基质主要成分有营养有机肥、植物生长素、BSC活性菌剂、土壤等。

优选地，步骤二中，所述大骨料层抗压强度达到8-18MPa，具有连续性空隙。

优选地，步骤三中，所述BSC活性菌剂中有效活性菌个数＞1.5亿/g。

优选地，步骤三中，所述混拌基质可以同时加入种子和植物纤维等。

优选地，步骤四中，所述混合基质中植物种子配置可根据不同地域和应用条件不同而有调整。

本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明方法的施工过程中在大骨料层底部加入数量较大的BSC生物活性菌剂、植物生长激素类物质，菌剂和生长激素类物质共同作用能够诱导植物迅速生根，植株生长旺盛。

(2)本发明方法采用的BSC-WY系列水泥混凝土添加剂，能有效提高大孔隙率下大骨料层的抗压强度，并且能降低因为水泥浸出液对土壤的碱性影响，更适合植物生长。

(3)本发明在中加入BSC生物活性菌剂基质富含大量的BSC活性菌剂，其生物活性个数＞1.5亿/g，用以保证生态混凝土基质内部有足够活性，并且能够迅速分解枯枝败叶等腐殖质，为植生混凝土提供可持续有机肥料。

(4)本发明在中BSC生物活性菌剂基质富含的BSC活性菌剂，具有良好活性并偏酸性，能够有效缓和大骨料层浸出液碱性对土壤环境的影响，营造更合适植物生长的条件。

(5)本发明使用BSC活性菌完全替代化肥，能最大限度降低植被恢复工程措施对水体的二次污染，减少“藻华”产生的物质条件。

(6)利用本发明的方法构建的植被可长时间覆盖在施工区域上，可抑制流水及地表径流对土壤的冲刷侵蚀，起到保持水土的作用，适用于边坡地表及亲水环境生态恢复施工。

(7)本发明的施工完成后，能在已做水泥混凝土硬化的堤岸上直接实现绿化植被的生态恢复，这是普通城市园林绿化技术所不能达到的，这对减少城市特别是大城市“热岛”效应，降低因为水泥混凝土大量使用带来的光污染、空气污染都有良好作用。

(8)本发明的施工完成后，植被有良好的生态可持续性，无需人工养护、不用再投入人力财力进行维护，经济可行，成本低廉。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施案例1

施工区域位于西南某市涪江上游流经该市城区段，该市位于我国西南地区，常年气候适宜，植物种类繁多，但雨季常有暴雨侵袭，工作面在河道坡面的消落带以内，设计高程在马道以上50年一遇洪水位以下，平常年份洪水期有1-3天过洪要求。水工设计防洪面为水泥混凝土过水，混凝土面板上荷载BSC大骨料生物基质植生混凝土，要求完工后生态混凝土层迅速形成较强的韧性、抗流水和抗地表径流冲刷能力，大骨料层能抗5m/s流速洪水冲刷。

实施步骤一，清理沿江水泥混凝土防护坡面，根据设计图纸要求在混凝土面板上浇注高200mm长宽为2m×4m的格梁框，养护成型备用。

实施步骤二，将BSC活性菌剂、植物生长激素类物质、保水材料材料、土壤等混拌好的材料铺设在格梁框内的水泥混凝土面板上。

实施步骤三，按施工设计方案混拌大骨料、BSC-WY添加剂、水泥、水等基材，浇注到格梁框内部空间的BSC活性诱导层上，厚度15cm，养护成型备用。

实施步骤四，将BSC活性菌剂、种子、保水材料材料、有机质、土壤等材料混拌好的生态混凝土基质放入湿法浇注系统浇注进入大骨料层内，采用干法喷播系统喷射使其注入和附着在大骨料层上，基质层达设计厚度即可。

实施步骤五，BSC大骨料生物基质植生混凝土初步建成后经过覆盖无纺布、浇水等简单园林养护至植物发芽并形成良好植被层，初步恢复植被生态。

本案例实施效果：在BSC生物基质植生混凝土初步建成后7天内，经受了日降雨达124mm的大暴雨冲袭，BSC大骨料生物基质植生混凝土表面无明显冲蚀沟，整体无任何滑坡或塌方现象。建成30天后，植物完全长出，植株高度10-20cm，植被覆盖率95％以上，完全达到初步恢复植被生态的要求。该生态混凝土工程建设完成后的当年7月，该地区连续大雨导致江面水位上升，洪峰水位漫过部分BSC大骨料生物基质植生混凝土，浸泡时间长达48小时，洪峰水流速度超过3m/s，洪水消退后，植被层无明显水流冲蚀现象，大骨料层无浸泡塌方或冲垮现象，洪水过后BSC植生混凝土层植被依然生长良好并且种类较为丰富。

实施案例2

工程实施区域为某县所属巢湖湖岸护坡段，该区域位于我国中南地区，气候适宜，降雨适量，自然气候良好和植被繁多利于植被生态保护，但由于该湖岸段位于巢湖迎风面，湖岸在风季会受到1米左右大浪冲击，普通绿化技术因为没有坚固基础极易被湖浪淘蚀，从而存在崩岸风险，而传统水泥混凝土护岸不利于工程建设后当地生态环境恢复。设计部门根据湖岸是土质边坡的特性，要求BSC大骨料生物基质植生混凝土厚度达到20cm，以加强防护效果，植物选择以根深性较好草本水保植物为主。

本实施例的步骤同实施例1，所不同之处在于：一是直接在土质堤岸上实施BSC大骨料生物基质植生混凝土护岸方案；二是大骨料层厚度要求20cm以上，以获得更坚固堤岸防护效果。

实施步骤一，清理沿江水泥混凝土防护坡面，根据设计图纸要求在混凝土面板上浇注高250mm长宽为2m×4m的格梁框，养护成型备用；格梁框按照设计要求设置有锚杆与土质堤岸相接。

实施步骤二，将BSC活性菌剂、植物生长激素类物质、保水材料材料、土壤等混拌好的活性诱导层材料铺设在格梁框内的土质堤岸上。

实施步骤三，按施工设计方案混拌大骨料、BSC-WY添加剂、水泥、水等基材，浇注到格梁框内部空间的BSC活性诱导层上，厚度20cm，养护成型备用。

实施步骤四，将BSC活性菌剂、种子、保水材料材料、有机质、土壤等材料混拌好的生态混凝土基质放入湿法浇注系统浇注进入大骨料层内，采用干法喷播系统喷射使其注入和附着在大骨料层上，基质层达设计厚度即可。

实施步骤五，BSC大骨料生物基质植生混凝土初步建成后经过覆盖无纺布、浇水等简单园林养护至植物发芽并形成良好植被层，初步恢复植被生态即可。

本案例实施效果：该示范工程已完成3年以上，所防护湖岸段在这三年时间里经受了多次的大风浪洗礼，现在无淘蚀冲垮现象，大骨料层以上植被恢复状况良好，除了有播种的外来植物，当地乡土品种也开始入侵并繁衍，基本取得生态可持续性的恢复效果。

Claims (10)

1.一种针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，包括以下措施：

措施一：在已做水泥混凝土硬化或其他类型涉水堤岸上，铺设富含植物所需营养、诱导和促使根系生长激素、具有较好保水性能的BSC活性菌剂基质；

措施二：在BSC活性菌剂基质层上，采用3-12cm单一粒径硬质建材为骨料经水泥、BSC混凝土添加剂和水的粘结作用形成孔隙率18％-38％的大骨料层，大骨料层厚度5-30cm；

措施三：采用浇注、浇灌、喷射、铺设振捣方法将富含BSC生物活性菌剂基质、水泥、肥料材料的混拌基质充分注入大骨料层内部孔隙；

措施四：大骨料层以上采用浇注、喷射或铺设方法将富含BSC生物活性菌剂基质、种子、水泥、沙石和土壤的混合物基质附着其上，简单养护至植被生态恢复。

2.如权利要求1所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：BSC活性菌剂基质主要成分有BSC生物活性菌剂、营养物质、生长激素缓释剂、保水材料；各种材料质量百分比为：BSC生物活性菌剂∶营养物质∶生长激素缓释剂∶保水材料按1-2∶3-4.5∶0.5-1∶2-2.5组成。

3.如权利要求2所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：BSC活性菌剂可根据工程实施地的特征，设计适当菌剂用量和调整比例。

4.如权利要求1所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：大骨料层骨料为单一粒径3-12cm的石块、砖块硬质材料，粘结材料为325#以上水泥和BSC混凝土添加剂，粘结材料中根据需要添加少量砂子或者不添加。

5.如权利要求1所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：大骨料层材料质量配比，水∶425#水泥∶BSC混凝土添加剂为0.20-0.33∶1∶0.01-0.05。

6.如权利要求1所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：建成的大骨料层具有连续性空隙，孔隙率在18-38％，抗压强度8-18MPa，具有良好植物根系穿透性和抗水流冲刷能力。

7.如权利要求1所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：建成大骨料层经过5-7d简单水泥混凝土养护措施养护后即可进入植被恢复施工阶段，时效性好。

8.如权利要求2所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：BSC活性菌剂基质实际施工中为现用现配，根据工程设计调整各组分比例，以获得最佳植被恢复效果为原则。

9.如权利要求2所述的针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：BSC活性菌剂基质中保水材料为可降级聚丙烯酰胺类聚合或化合物，对环境无害。

10.如权利要求2所述针对涉水或硬化堤岸防护的植被生态恢复混凝土制备和施工方法，其特征为：BSC活性菌剂基质中BSC活性菌剂有效微生物个数指标达到1.5亿个/g。