CN106007596A - 一种肥效缓释型水泥基胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备植生混凝土所用的肥效缓释型水泥基胶凝材料及其制备方法。本发明的技术方案为：一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥80.0～92.0份，性能调节组分5.0～10.0份，营养组分2.0～5.0份，调凝组分1.0～4.0份。使用本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料制备的植生混凝土不仅碱度低，而且可以缓慢释放营养成分以供应植物生长的需要。

Description

一种肥效缓释型水泥基胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备植生混凝土所用的肥效缓释型水泥基胶凝材料及其制备方法。
背景技术
目前制备植生混凝土所用的胶凝材料多为普通硅酸盐水泥，该水泥在水化过程中产生大量碱性物质，导致植生混凝土碱度较高，不适于植物生长。此外，植生混凝土本身不能提供营养组分，植物所需要的养分都要通过外部施肥获得，不但肥效时间短，而且在浇水过程中大量肥料随水流失，肥效利用率降低，植物常因营养不足枯萎死亡。这些问题制约了植生混凝土技术的推广应用。
硫铝酸盐水泥水化产物的碱度较普通硅酸盐水泥低，更适于植物生长的需要，使用硫铝酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥制备植生混凝土，有效解决了生态混凝土碱度高的问题。但是，由于植生混凝土结构的特殊性，后期追肥的肥效利用率低，植生后养护不够及时，草坪植物密度及覆盖率降低，甚至退化，制约着生态混凝土技术的推广应用。
考虑到水泥硬化浆体是一种多孔结构，具有一定的吸附特性，因此可以在水泥中预先掺入肥料，在水泥水化硬化过程中，部分肥料组分可以被吸附滞留在硬化水泥浆体孔隙中。当水泥混凝土硬化后，在环境潮湿的条件下，如浇水或下雨时，其中的肥料组分可通过其孔道向植物缓慢释放，形成肥效缓释效应，长期持续为植物生长供应养分。但是，仅靠水泥硬化浆体自身的孔隙对肥料有效成分的吸附量及缓释行为是有限的，还不能达到长期供应植物生长的需求，且肥效释放速率难以控制。
本申请人于是2014年申请的申请号为：2014100665170，申请名称为：一种肥效缓释型植生胶凝材料的发明专利，公开了由硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏、石灰石、营养组分和调凝组分组成的胶凝材料，由于肥效的释放特型是随着养护龄期延长，肥效释放量逐渐降低的。上述专利申请中为了达到肥效长效缓释的目的，其中高掺量营养组分，在实际使用过程中，由于早期的营养元素释放浓度过高，一方面植物不能吸收，必然造成肥效流失，肥效利用率降低；另一方面，过高的养分浓度会使土壤水分的离子浓度升高，阻碍植物对水分的吸收，使植物失水死亡；在整个胶凝材料中营养组分占的比重大，会影响其强度。
发明内容
本发明提供了一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，在水泥中加入性能调节组分，主要调控硬化水泥浆体的孔结构，以改善其对养分的吸附及缓释性能，使用本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料制备的植生混凝土不仅碱度低，而且可以缓慢释放营养成分以供应植物生长的需要。本发明还提供了该肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥80.0～92.0份，性能调节组分5.0～10.0份，营养组分2.0～5.0份，调凝组分1.0～4.0份。
所述的低碱度硫铝酸盐水泥，其原料组成的重量份数为：硫铝酸盐水泥熟料50.0～70.0份，硬石膏25.0～35.0份，石灰石10.0～15.0份；
其中硫铝酸盐水泥熟料矿物组成为：硫铝酸钙42.0～60.0%、硅酸二钙20.0～42.0%、铁相5.0～18.0%。
所述的性能调节组分，其原料组成的重量份数为：膨胀蛭石50.0～70.0份，机制黑木炭30.0～50.0份。
性能调节组分主要是膨胀蛭石和机制木炭，这两种材料都是多孔材料，具有较高的离子吸附特性，如果不加性能调节组分，加入的肥料会在较短的时间内释放出来，不能达到缓释效果，不能长期供应养分。
所述的营养组分为硫酸钾型复混肥，氮元素为尿素态氮，总养分≥42%。
所述的调凝组分，其原料组成的重量份数为：硼酸2.0～10.0份，尿素90.0～98.0份；硼酸、尿素均为纯化学试剂。
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法，是由以下步骤制备得到：
（1）将性能调节组分和营养组分置于球磨机中混合并粉磨5分钟，然后冷却10分钟，用200目方孔筛测试筛余，如此循环粉磨，直至筛余≤15%，得料I。
（2）将硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏及石灰石置于球磨机中混合并粉磨，用200目方孔筛测试筛余，当筛余≤5%，停止粉磨，得料II。
（3）将料I、料II及调凝组分一同置于混料机中，混合均匀后得到肥效缓释型水泥基胶凝材料。
由于硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏及石灰石比较难粉磨，粉磨时产生的热量较多，不适合于营养组分一同粉磨，因为粉磨温度过高会使营养组分分解并挥发。将性能调节组分与营养组分一块粉磨，可以使性能调节组分与营养组分充分接触，使性能调节组分吸附更多的营养组分，缓释效果会更明显。粉磨过程中的冷却步骤也是为了防止温度过高导致营养组分挥发。
本发明的突出优点在于：
（1）本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料，调节低碱度胶凝材料的组成，使水泥水化产物更多的转化成为钙矾石，降低Ca（OH）2的生成量，从而使碱度降低，使碱度更适合植物生长，此外，降低了产品的成本。利用了低碱度硫铝酸盐水泥碱度低及其硬化浆体的多孔特性，掺加肥料后用于制备植生混凝土，不仅碱度较低，适于植物生长，而且能够使肥效缓释，供应植物的生长需求。
（2）本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料，通过添加具备离子吸附及离子交换特性的性能调节组分，改善了低碱度硫铝酸盐水泥硬化浆体的孔结构，使肥效缓慢释放，达到肥效缓释的效果，提高了肥效的利用率。
（3）本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料，使用调凝组分，不仅可以调控水泥凝结时间，降低了单一硼酸缓凝剂对强度的不利影响，还可以作为营养组分，在水泥服役期间缓慢释放氮营养元素。
（4）本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料，水化产物碱度低，pH值可降低至8.20，适于植生混凝土植物生长的需求。
（5）本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法，可以有效降低肥料的分解及挥发，使肥料与性能调节组分充分混合，提高了性能调节组分对肥料的吸附量，不仅可以降低肥料对低碱度硫铝酸盐水泥性能的影响，还可以延缓肥效的释放周期。
（6）本发明公开的肥效缓释型水泥基胶凝材料，制备方法简单，易施工，成本低。
具体实施方式
结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥80.0份，性能调节组分10.0份，硫酸钾型复混肥5.0份，调凝组分4.0份；其中性能调节组分中的膨胀蛭石5份，机制黑木炭5份，调凝组分中硼酸0.08份，尿素3.92份，低碱度硫铝酸盐水泥中的硫铝酸盐水泥熟料44份、硬石膏28份、石灰石8份。
肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法，是由以下步骤制备得到的：
（1）将性能调节组分和营养组分置于球磨机中混合并粉磨5分钟，然后冷却10分钟，用200目方孔筛测试筛余，如此循环粉磨，直至筛余≤15%，得料I。
（2）将硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏及石灰石置于球磨机中混合并粉磨，用200目方孔筛测试筛余，当筛余≤5%，停止粉磨，得料II。
(3）将料I、料II及调凝组分一同置于混料机中，混合均匀后得肥效缓释型水泥基胶凝材料。
对本实施例制得的肥效缓释型水泥基胶凝材料进行性能检测，结果如下：测试得其3天的净浆抗压强度为61.0MPa。换水养护28天后，碱度为8.20。测得28天的氮元素累积释放量为35mg/cm3、钾元素累积释放量为17mg/cm3。
实施例2
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥86.0份，性能调节组分7.5份，营养组分4.0份，调凝组分2.5份。其中性能调节组分中的膨胀蛭石4份，机制黑木炭3.5份，调凝组分中硼酸0.25份，尿素2.25份。低碱度硫铝酸盐水泥中的硫铝酸盐水泥熟料54份、硬石膏20份、石灰石12份。
肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法同实施例1。
对本实施例制得的肥效缓释型水泥基胶凝材料进行性能检测，结果如下：测试得其3天的净浆抗压强度为69.1MPa。换水养护28天后，碱度为8.23。测得28天的氮元素累积释放量为31mg/cm3、钾元素累积释放量为11mg/cm3。
实施例3
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥92.0份，性能调节组分5.0份，营养组分2.0份，调凝组分1.0份。其中性能调节组分中的膨胀蛭石3.5份，机制黑木炭1.5份，调凝组分中硼酸0.05份，尿素0.95份。低碱度硫铝酸盐水泥中的硫铝酸盐水泥熟料52份、硬石膏27份、石灰石13份。
肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法同实施例1。
对本实施例制得的肥效缓释型水泥基胶凝材料进行性能检测，结果如下：测试得其3天的净浆抗压强度为74.3MPa。换水养护28天后，碱度为8.31。测得28天的氮元素累积释放量为26mg/cm3、钾元素累积释放量为12mg/cm3。
表1为本发明三个实施例的测试参数：
对照例1
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥86.0份，营养组分4.0份，调凝组分2.5份。其中调凝组分中硼酸0.25份，尿素2.25份；低碱度硫铝酸盐水泥中的硫铝酸盐水泥熟料54份、硬石膏20份、石灰石12份。
肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法同实施例1。
对本实施例制得的具有肥效的硫铝酸盐水泥进行性能检测，结果如下：测试得其3天的净浆抗压强度为83.1MPa。换水养护28天后，碱度为8.22。测得28天的氮元素累积释放量为69mg/cm3、钾元素累积释放量为23.2mg/cm3。
对照例2
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥86.0份，性能调节组分7.5份，营养组分4.0份，调凝组分2.5份。其中性能调节组分中的膨胀蛭石4份，机制黑木炭3.5份，调凝组分中硼酸0.25份，尿素2.25份。低碱度硫铝酸盐水泥中的硫铝酸盐水泥熟料54份、硬石膏20份、石灰石12份。
一种具有肥效的硫铝酸盐水泥的制备方法：将硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏、石灰石、性能调节组分、营养组分及调凝组分一同置于球磨机中粉磨，用200目方孔筛测试筛余，直至筛余≤5%。
对本实施例制得的具有肥效的硫铝酸盐水泥进行性能检测，结果如下：测试得其3天的净浆抗压强度为62.7MPa。换水养护28天后，碱度为8.1。测得28天的氮元素累积释放量为47mg/cm3、钾元素累积释放量为21mg/cm3。
对照例3
一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，是由以下重量份数的原料组成的：低碱度硫铝酸盐水泥86.0份，性能调节组分7.5份，营养组分4.0份，调凝组分2.5份。其中性能调节组分中的膨胀蛭石4份，机制黑木炭3.5份，调凝组分中硼酸2.5份；低碱度硫铝酸盐水泥中的硫铝酸盐水泥熟料54份、硬石膏20份、石灰石12份。
肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法同实施例1。
对本实施例制得的具有肥效的硫铝酸盐水泥进行性能检测，结果如下：测试得其3天的净浆抗压强度为68.6MPa。换水养护28天后，碱度为8.3。测得28天的氮元素累积释放量为23.6mg/cm3、钾元素累积释放量为13.7mg/cm3。
表2为本发明实施例2与三组对照例的性能参数的对比表：
从上表2可看出：对照例1体现了性能调节组分的作用，没有性能调节组分，28天的氮钾养分释放量多，缓释周期大大缩短。
对照例2体现了本发明粉磨方法的作用，传统一步粉磨法中性能调节组分不能与营养组分充分结合，并且营养组分部分挥发，28天释放量较实施例高，缓释效果差。
对照例3体现了本发明调凝组分的作用，因为调凝组分中含有尿素，尿素不仅可以延缓水泥的凝结，并且可以提供共氮元素的释放量，供应植物生长需要。

Claims (6)

1.一种肥效缓释型水泥基胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：低碱度硫铝酸盐水泥80～92份，性能调节组分5～10份，营养组分2～5份，调凝组分1～4份。
2.根据权利要求1所述的肥效缓释型水泥基胶凝材料，其特征在于，所述低碱度硫铝酸盐水泥，其原料组成为：硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏和石灰石的重量份数比为10～14：5～7：2～3。
3.根据权利要求1所述的肥效缓释型水泥基胶凝材料，其特征在于，所述性能调节组分，其原料组成为：膨胀蛭石和机制黑木炭重量份数比为5～7： 3～5。
4.根据权利要求1所述的肥效缓释型水泥基胶凝材料，其特征在于，所述营养组分为硫酸钾型复混肥。
5.根据权利要求1所述的肥效缓释型水泥基胶凝材料，其特征在于，所述的调凝组分，其原料组成为：硼酸和尿素的重量份数比为1～5：45～49。
6.权利要求1-5任一项所述的肥效缓释型水泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤制备得到：
（1）将性能调节组分和营养组分按比例混合制成粉末，其中至少85%的粉末粒度小于等于200目，得料I；
（2）将硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏及石灰石按比例混合制成粉末，其中至少85%的粉末粒度小于等于200目，得料II；
（3）将料I、料II及调凝组分按比例混合均匀后得到肥效缓释型水泥基胶凝材料。
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