CN107473647A - 一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土及制备方法，针对传统以砂土、细骨料、粗骨料以及减水剂等原材料来制作混凝土，但是这样的混凝土质量较大，且透气性不佳，也有使用乳酸菌发酵粉来进行增加混凝土透气性的，但是乳酸菌所需发酵时间长，且由于在生产过程中高温下会影响乳酸菌的活性，影响乳酸菌发酵产气，作出优选改进，本发明利用吸水膨胀树脂辅助发泡混凝土。在水的浸泡下，吸水性聚合物形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡。作为屋顶花园植物栽培的基体材料，泡沫混凝土的密度低，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。

Description

一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及泡沫混凝土技术领域，具体涉及一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土又名发泡混凝土，是将化学发泡剂或物理发泡剂发泡后加入到胶凝材料、掺合料、改性剂、卤水等制成料浆，再经混合搅拌、浇注成型、自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。泡沫混凝土属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。
屋顶花园不但降温隔热效果优良，而且能美化环境、净化空气、改善局部小气候、缓解都市“热岛”现象，还能丰富城市的俯仰景观，能补偿建筑物占用的绿化地面，大大提高了城市的绿化覆盖率，是一种值得大力推广的屋面形式。
在现有技术的泡沫混凝土生产中，添加的发泡剂分为植物型和动物型两种。实际应用中，植物型添加剂会使泡沫混凝土强度不足，同时泡沫效果不太稳定，有时会产生膨化率不足和泡沫不均的情况，这样会直接影响产品的使用和成品率。动物型添加剂虽然泡沫效果稳定，但生产成本较高，限制了使用领域。由于上述不足，制约了泡沫混凝土的应用和发展。因此，需要提供一种泡沫混凝土添加剂及泡沫混凝土以解决上述问题。
固体基质栽培植物技术是用固体基质固定植物根系，并通过基质吸收营养液和氧的一种无土栽培方式。基质种类很多，常用的无机基质有蛭石、沙等；有机基质有泥炭、稻壳炭、树皮等。这些栽培方式是采用滴灌法供给营养液；其优点是设备较简单、生产成本较低等；但需基质多，基质易带病菌，传染病毒等，基质无法形成与花盆的密封结构，易滋生蚊虫，不易清洁，且基质松散，不能单独成型，不利于植物根系的固定。
中国发明专利申请号201210286611.8公开了一种抑制土壤的量、并且保护防水层和防根层、提高肥料的固定率、使植物的生长性提高的屋顶植物栽培用基质，其的屋顶植物栽培用基质的特征在于，具有∶多孔混凝土层，其具有可保持乳酸菌发酵竹粉的空隙部；和土壤层，其形成于多孔混凝土层上，且含有乳酸发酵竹粉，但是这种方式以砂土、细骨料、粗骨料以及减水剂等原材料来制作混凝土，但是这样的混凝土质量较大，且透气性不佳，也有使用乳酸菌发酵粉来进行增加混凝土透气性的，但是乳酸菌所需发酵时间长，且由于在生产过程中高温下会影响乳酸菌的活性，影响乳酸菌发酵产气。
中国发明专利申请号201610024506.5公开了一种多孔生态混凝土栽培基质构造层及轻型屋顶绿化系统，轻型屋顶绿化系统在钢筋混凝土屋面板往上依次包括3mm厚合成高分子防水卷材层、4mm厚高聚物耐根穿刺阻根层、75mm后多孔生态混凝土栽培基质构造层(包含20～30mm客土层)和绿化植草，植生型多孔生态混凝土包含水泥100质量份，粉煤灰65～70质量份。本发明提出的轻型屋顶绿化系统，采用多孔生态混凝土栽培基质构造层，可取代传统屋顶绿化系统的保护层、保水层、土壤层和种植基质层等部分，静荷载轻至120kg/m2，但是由于其为水泥制作，排水性能不佳，且维护起来需要重新敲除或者重新填补，排水不佳，也不利于植物根系的生长。
中国发明专利申请号201611038397.9公开了一种高保水轻型植被混凝土及其制备和使用方法，采用新型混凝土技术，通过一系列手段提高植被混凝土内毛细孔的数量，提高了植被混凝土的保水性，提高植物在植被混凝土中的成活率，通过轻型材料降低了植被混凝土的密度，增强了生态混凝土挡土墙的安全性，其采用混凝土以及植物生长基质进行混合取得一种利于植物生长的混凝土，但是其虽然在其中加入了竹纤维，增加了基质的透气性能以及增强基质的肥力，但是由于其还是以大量的水泥以及砂石制作，导致生产出的混凝土密度大，不适合屋顶种植使用。
根据上述，传统方式以砂土、细骨料、粗骨料以及减水剂等原材料来制作混凝土，但是这样的混凝土质量较大，且透气性不佳，也有使用乳酸菌发酵粉来进行增加混凝土透气性的，但是乳酸菌所需发酵时间长，且由于在生产过程中高温下会影响乳酸菌的活性，影响乳酸菌发酵产气；采用多孔生态混凝土栽培基质构造层，可取代传统屋顶绿化系统的保护层、保水层、土壤层和种植基质层等部分，静荷载轻至120kg/m2，但是由于其为水泥制作，排水性能不佳，且维护起来需要重新敲除或者重新填补，排水不佳，也不利于植物根系的生长；采用在基质中加入了竹纤维，增加了基质的透气性能以及增强基质的肥力，但是由于其还是以大量的水泥以及砂石制作，导致生产出的混凝土密度大，不适合屋顶种植使用。
发明内容
针对以砂土、细骨料、粗骨料以及减水剂等原材料来制作混凝土，但是这样的混凝土质量较大，且透气性不佳，也有使用乳酸菌发酵粉来进行增加混凝土透气性的，但是乳酸菌所需发酵时间长，且由于在生产过程中高温下会影响乳酸菌的活性，影响乳酸菌发酵产气；或采用在基质中加入了竹纤维，增加了基质的透气性能以及增强基质的肥力，但是由于其还是以大量的水泥以及砂石制作，导致生产出的混凝土密度大，不适合屋顶种植使用；本发明提出一种用于屋顶植物栽培的泡沫混凝土，从而实现在屋顶种植植物，且能够减轻屋顶承受负担，利于植物生长的一种基质材料。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土，采用以下原料制备而成：
水泥、粗砂、细沙、细骨料、粗骨料、吸水膨胀树脂、减水剂、水泥发泡剂。
作为上述优选之一，所述的原料质量比为水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶吸水膨胀树脂∶减水剂=10～12∶3～5∶5～6∶5～6∶3～5∶1∶1～3∶0.2～0.5。
通过上述技术方案，本发明利用吸水膨胀树脂辅助发泡混凝土。在水的浸泡下，吸水性聚合物形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，将其作为屋顶花园植物栽培的基体材料，泡沫混凝土的密度低，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
作为上述优选之一，所述吸水膨胀树脂为淀粉接枝丙烯碳酸、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物中的一种。
通过上述技术方案，吸水膨胀树脂是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，由于其无毒，对人体无刺激性，则可进行对于混凝土内部增加空隙以及吸水能力，具有增加本发明的吸水能力的作用；淀粉接枝丙烯碳酸或接枝丙烯酰胺或高取代度交联羧甲基纤维素或交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺或交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物均利于无机盐水溶物的吸取，有利于植物生长。
作为上述优选之一，所述细骨料为河砂，所述粗骨料为玻璃轻石和碎石混合物。
通过上述技术方案，河砂、玻璃轻石和随时混合物密度较低，利于本发明用于屋顶植物栽培。
作为上述优选之一，所述减水剂为木质素磺酸钙或水溶性树脂磺酸钙。
通过上述技术方案，减水剂能够在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量，加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。
另一方面，本发明提供一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶吸水膨胀树脂∶减水剂重量比为10～12∶3～5∶5～6∶5～6∶3～5∶1∶1～3∶0.2～0.5，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）10～20min后加入吸水膨胀树脂，以20～30r/min的转速搅拌10～20min；
作为上述优选之一，所述步骤（2）中加入水的量为混合原料总质量的20～40%。
作为上述优选之一，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min,养护,即得到用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土。
作为上述优选之一，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为20～30℃。
本发明一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、吸水膨胀树脂是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，由于其无毒，对人体无刺激性，则可进行对于混凝土内部增加空隙以及吸水能力，具有增加本发明的吸水能力的作用。
2、在水的浸泡下，吸水性聚合物形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡。
3、采用水泥、粗砂、细沙、细骨料、粗骨料作为原料，且细骨料为河砂，粗骨料为玻璃轻石和碎石混合物河砂、玻璃轻石和随时混合物密度较低，利于本发明用于屋顶植物栽培。
4、一边加水一边搅拌，有利于水的充分吸收，由于减水剂的存在能够使得在混凝土加水过程中减少水的加入，且搅拌过程能够使得原料和水充分混合，节约资源。
5、本发明作为屋顶花园植物栽培的基体材料，泡沫混凝土的密度低，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下, 基于本发明中的实施例，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，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比10∶3∶5∶5∶3∶1∶0.2，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）10min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂1份，以20r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的所述水量为混合原料总质量的20%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为常温20℃，减水剂为木质素磺酸钙，吸水膨胀树脂为淀粉接枝丙烯碳酸。
加入1份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，淀粉接枝丙烯碳酸形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用泥炭土种植青菜，青菜的生长期为20天，植物生长良好，菜叶茂盛；采用泥炭土种植番茄，种植至结果4.5个月，番茄长势良好。
实施例2
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比12∶5∶6∶6∶5∶1∶0.5，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）20min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂3份，以30r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的水量为混合原料总质量的40%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为30℃，减水剂为木质素磺酸钙，吸水膨胀树脂为接枝丙烯酰胺。
加入3份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，接枝丙烯酰胺形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，按照本实施例生产的生态泡沫混凝土密度要低于实施例1中生产的生态泡沫混凝土密度，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用泥炭土种植青菜，青菜的生长期为18天，菜叶要明显比实施例1中茂盛；采用泥炭土种植番茄，种植至结果4.3个月，番茄长势优于实施例1。
实施例3
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比11∶4∶4.5∶4.5∶4∶1∶0.35，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）15min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂2份，以25r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的水量为混合原料总质量的30%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为 25℃，减水剂为木质素磺酸钙，吸水膨胀树脂为高取代度交联羧甲基纤维素。
加入2份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，高取代度交联羧甲基纤维素形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用泥炭土种植青菜，青菜的生长期为20天，菜叶要明显比实施例1中茂盛但稍逊于实施例2；采用泥炭土种植番茄，种植至结果4.6个月，番茄长势优于实施例1但稍逊于实施例2。
实施例4
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比11∶4∶4.5∶4.5∶4∶1∶0.35，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）15min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂2份，以25r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的水量为混合原料总质量的30%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为 25℃，减水剂为木质素磺酸钙，吸水膨胀树脂为交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺。
加入2份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用壤土种植青菜，青菜的生长期为23天，生长期稍长，但长势较好；采用壤土种植番茄，种植至结果4个月，生长期短，但长势优于实施例2。
实施例5
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比12∶5∶6∶6∶5∶1∶0.5，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）20min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂3份，以30r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的水量为混合原料总质量的40%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为 30℃，减水剂为木质素磺酸钙，交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物。
加入3份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，按照本实施例生产的生态泡沫混凝土密度要低于实施例1中生产的生态泡沫混凝土密度，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用壤土种植青菜，青菜的生长期为22天，长势与实施例4一致；采用壤土种植番茄，种植至结果4个月，生长期短，长势与实施例4一致。
实施例6
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比12∶5∶6∶6∶5∶1∶0.5，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）20min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂3份，以30r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的水量为混合原料总质量的40%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为 30℃，减水剂为水溶性树脂磺酸钙，交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物。
加入3份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，按照本实施例生产的生态泡沫混凝土密度要低于实施例1中生产的生态泡沫混凝土密度，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用壤土种植青菜，青菜的生长期为20天，长势较好；采用壤土种植番茄，种植至结果4.3个月，长势较好。
实施例7
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶减水剂质量比11∶4∶4.5∶4.5∶4∶1∶0.35，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）15min后，以上述分量为基础，加入吸水膨胀树脂2份，以25r/min的转速搅拌10min。
本实施例中，步骤（2）中的水量为混合原料总质量的30%，所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min，所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为 25℃，减水剂为水溶性树脂磺酸钙，吸水膨胀树脂为交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺。
加入2份吸水膨胀树脂，在水的浸泡下，交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺形成凝胶膨胀体，体积发生数倍地膨胀，使得混凝土疏松且利于水泥发泡剂发泡，减轻了屋顶承受的负担；同时其具有多孔结构，利于植物根系的生长和固定。
采用本实施例生产的生态泡沫混凝土，采用壤土种植青菜，青菜的生长期为23天，长势与实施例4一致；采用壤土种植番茄，种植至结果4.2个月，长势与实施例5一致。

Claims (9)

1.一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土，其特征在于，采用以下原料制备而成：水泥、粗砂、细沙、细骨料、粗骨料、吸水膨胀树脂、减水剂、水泥发泡剂。
2.根据权利要求1所述一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土，其特征在于：所述的原料质量比为水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶吸水膨胀树脂∶减水剂=10～12∶3～5∶5～6∶5～6∶3～5∶1∶1～3∶0.2～0.5。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土，其特征在于：所述吸水膨胀树脂为淀粉接枝丙烯碳酸、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土，其特征在于：所述细骨料为河砂，所述粗骨料为玻璃轻石和碎石混合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钙或水溶性树脂磺酸钙。
6.权利要求1～5任一项所述一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照水泥∶粗砂∶细沙∶细骨料∶粗骨料∶水泥发泡剂∶吸水膨胀树脂∶减水剂重量比为10～12∶3～5∶5～6∶5～6∶3～5∶1∶1～3∶0.2～0.5，取各原料，混合，得到混合原料；
（2）在混合原料中加入水进行搅拌；
（3）10～20min后加入吸水膨胀树脂，以20～30r/min的转速搅拌10～20min,养护，即得。
7.根据权利要求6所述一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中加入水的量为混合原料总质量的20～40%。
8.根据权利要求6所述一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中加水过程为一边加水一边搅拌，搅拌时间为10min。
9.根据权利要求6所述一种用于屋顶植物栽培的生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）至步骤（3）均在一个标准大气压下进行，且温度为20～30℃。
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