CN107864770A - 一种基于孔径级配的植生型多孔混凝土植被种植方法 - Google Patents

一种基于孔径级配的植生型多孔混凝土植被种植方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：首先获得植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z；然后确定计划种植的植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y；根据植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z、植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y三者间关系，选择植物的种植方式。本发明的基于植生型多孔混凝土植被种植方法可用于指导植被的种植，在生态及环境保护等领域具有巨大的应用价值。本发明的植被种植方法简单、易懂，可有效的维持植生型多孔混凝土内部植被的生命力，对充分实现植生多孔混凝土的生态效益具有重要的意义。

Description

一种基于孔径级配的植生型多孔混凝土植被种植方法
技术领域
本发明属于建筑材料应用技术领域，涉及一种基于孔径级配的植生型多孔混凝土植被种植方法。
背景技术
随着人类建设活动的不断扩大，对自然环境的影响也日益加剧，水土流失和沙漠化已经成为制约我国发展不可忽视的因素，普通混凝土的大量应用而引起的城市热岛效应，二氧化碳排放增多而导致的全球变暖、海平面上升，严重影响着人类的生存环境。植生型多孔混凝土能够有效阻止水土流失以及土地沙漠化，对恢复当地的自然生态环境具有重要意义。
植生型多孔混凝土是指能够适应绿色植物生长、又具有一定的防护功能的混凝土及其制品，将间断粒级的粗骨料、水泥及添加剂按一定的比例范围进行混合，加水进行搅拌，浇筑及自然养护之后，便可得到具有大量纵向连通、大孔隙的多孔质混凝土，植生型多孔混凝土具有高于25％的孔隙结构以及5～15Mpa的抗压强度，能够为植物生长提供所需的空间和保护。它的最大特点是存在大量连续的孔隙，拥有一般混凝土所不具备的多种功能。因此，该混凝土不仅仅在混凝土领域，而且在生态及环境保护等众多领域都受到了广泛的关注和具有巨大的应用潜在价值。
众所周知，将根系引导至肥沃的土壤中，植被才具有较长的生命周期，尤其是应用于植生型多孔混凝土的植被，而植生型多孔混凝土的植草功能，关键在于其纵向连通孔隙的孔径大小，保证其具有较好的植被根茎透过的能力。由于混凝土碱度较高，当在孔隙内部填充生长基质后，随时间的延长，混凝土释放的碱可能导致基质pH值升高，进而导致不适宜植被的生长；若使植被的根系只存在于混凝土中，由于混凝土内部供植被生长的营养成分含量有限，最终植被会出现生长发育不良的状况直至萎蔫；同时，如果选择种植的植被根茎的尺寸与混凝土孔隙的孔径不匹配，若植被根茎的尺寸太大，植被的根茎亦对混凝土造成威胁，植被的生命周期也就大大缩短，对环境的保护作用也显著降低。目前，在植生型多孔混凝土中进行植被种植，一般是将种子直接播种在混凝土表面，导致种子与混凝土底部土壤的间距增加。因此，需要一种适宜的播种方式，避免植被的根茎对混凝土造成破坏，同时及时引导植被的根系伸入泥土，使植被与混凝土长期稳定共存。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于孔径级配的植生型多孔混凝土植被种植方法，该方法能用于指导植被的种植，可维持其内部植物具有较长的生命周期，提高植生型多孔混凝土的生态效益。
本发明提供一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：
S1.获得植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z；
S2.确定计划种植的植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y；
S3.根据植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z、植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y三者间关系，选择植物的种植方式。
优选的，本发明提供了一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：
(1)获得植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z；
(2)若种植1种植物时，得到植物成熟期根的尺寸为X，茎的尺寸为Y；
(3)当Z>Y>X时，将植物种子种植到植生型多孔混凝土底部的土壤中；
(4)当Y>Z>X时，先将植生型多孔混凝土铺设后，再将混有植被种子的泥浆从植生型多孔混凝土顶部注入。
优选的，本发明提供了一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：
1)获得植生型多孔混凝土的等效孔径Z；
2)若种植N种(N≥2)植物时，得到植物成熟期根的尺寸为X1、X2……XN，茎的尺寸为Y1、Y2……YN；
3)当Z>Yi>Xi时，将第i种植被种子种植到植生型多孔混凝土底部的土壤中，其中i＝1、2……N；
4)当Yj>Z>Xj时，先将植生型多孔混凝土铺设后，再将混有第j种植被种子的泥浆从植生型多孔混凝土顶部注入，其中j＝1、2……N。
优选的，所述步骤S1中植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z，通过以下方式实现：
a.将植生型多孔混凝土的截面进行打磨、清洁；
b.将植生型多孔混凝土截面的孔结构形态通过拓印技术，获得拓印图片；
c.将拓印图片通过照相机传输至计算机；
d.利用MATLAB软件对图片进行灰度、二值化以及滤波处理；
e.利用image pro plus软件计算照片中截面的各个孔的平均孔径(Dmean)；
f.将植生型多孔混凝土的平均孔径(Dmean)根据植被根与茎的尺寸进行分级处理，得到等效孔径Z。
优选的，所述步骤(3)中将植物种子种植到植生型多孔混凝土底部的土壤中，先铺5～10mm厚拌有营养土的泥土，随后播洒种子，再覆盖5～10mm厚拌有营养土的泥土，最后将预制多孔混凝土板或现浇混凝土板于泥土之上。
优选的，所述步骤(4)中将混有植被种子的泥浆从植生型多孔混凝土顶部注入，使泥浆顶部与多孔混凝土板底部的距离为10～15mm。
优选的，所述植生型多孔混凝土在种植植被前，需要在植生型多孔混凝土内部空隙中填充植生基材；所述植生基材为煤灰粉、植物纤维、木屑、有机肥中的一种或一种以上。
优选的，所述拓印技术，具体步骤为：首先用刷子将深色颜料均匀涂抹于截面；然后把洁净的白纸覆盖于截面上方并轻轻拍打，使得白纸与颜料紧密接触；再揭下白纸，截面的孔隙特征被拓印下来。
与现有技术相比，本发明的优势为：
本发明的基于植生型多孔混凝土植被种植方法可用于指导植被的种植，在生态及环境保护等领域具有巨大的应用价值。
本发明的基于植生型多孔混凝土植被种植方法简单、易懂，可有效的维持植生型多孔混凝土内部植被的生命力，对充分实现植生多孔混凝土的生态效益具有重要意义。
附图说明
图1是9.5～16mm、16～19mm、19～26.5mm三种粒级试件经切割与清洁处理后的截面，其中第1排为9.5～16mm粒级试件的3个截面，第2排为16～19mm粒级试件的3个截面，第3排为19～26.5mm粒级试件的3个截面。
图2是利用拓印技术获取的截面。
图3是用MATLAB软件处理后的截面截图。
图4是用image pro plus软件计算横向截面等效孔径的截图。
图5是三种粒级试件的级配曲线图。
图6是将高羊茅种子播洒于19～26.5mm粒径范围骨料制备的植生型多孔混凝土板底部土壤中时，生长55d后的效果。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：
(1)获得植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z：
1.混凝土试件制备；
利用粒径区间为9.5～16mm、16～19mm、19～26.5mm的粗骨料，分别与水泥、水，按照确定的水胶比、骨胶比，经搅拌和轻微振捣成型制成边长为150mm多孔混凝土立方体试件，试件需在标准养护室养护至少7d，以使试件达到一定强度，防止试件在切割过程中破坏，然后利用混凝土透砂系数快速测定装置(申请号：20170636471.5)进行透砂系数的测定，进而可得到混凝土的透砂系数，通过该装置判断本发明制备得到的植生型多孔混凝土内的孔隙为纵向连通的，其透砂系数越大其允许植被根系通过的能力越强。
本发明的植生型多孔混凝土是根据自行提出的“层成型法”浇筑而成，即利用搅拌后的骨料浇筑第一层，骨料相互之间接触而无堆积，并用振捣棒适当振捣以使骨料接触更加紧密，完成首层后，按照的相同方法浇筑第二层，以此类推，最终浇筑至既定厚度。由此可知，当浇筑第二层时，第一层底面的部分孔隙被遮挡；随试件层数的增加，混凝土内部的纵向孔隙不断被遮挡并减小，直至其纵向连通孔隙的最小孔径与植被根系相当时停止浇筑。
2.利用切割机将试件进行横向切割，每个试件切割成3个截面，并将截面打磨平整、清洁，如图1所示；
植生型多孔混凝土内部孔隙具有随机性，进而可认为混凝土试件底面、内部的横向断面及纵向断面的孔结构形态是相似的、平均孔径是相同的。
3.利用拓印技术将截面的孔结构形态拓印下来，如图2所示；
4.用照相机摄取A4纸上拓印截面的正面照片，注意摄取时光照的均匀性，随后将照片传输至计算机，从照片中截取与试件截面尺寸相同的图片；
5.利用MATLAB软件对图片进行灰度、二值化以及滤波处理，如图3所示，其处理程序如下：
P＝imread('170.png')；
i2＝rgb2gray(P)；
A＝im2bw(i2,0.55)；
B＝medfilt2(A)；
imshow(B)；
6.利用image pro plus软件计算照片中横向截面的平均孔径尺寸，具体步骤如下：
a.在image pro plus软件中打开图片，点击“Irregular AOI”工具，将跳出的“Trace”数值全部调制最小并选择“Auto”，随后选取第一个孔隙，顺次点击“MultipleAOI”、“NEW AOI”工具选取第二个孔隙，顺次点击“Multiple AOI”、“NEW AOI”工具选取第三个孔隙，一次类推，直至将孔隙选择完毕；
b.孔隙全部选择完毕后，点击“Count and measure objects”工具，依次选择“Edit”、“Convert AOI to objects”，此时软件将自动对孔隙进行编号，如图4所示；
c.随后点击“measure”，“Select Measurements”，选择选项“Diameter(mean)”，点击“measure”；最后，点击“File”，“Data to file”，得到植生型多孔混凝土的平均孔径(Dmean)。
7.将植生型多孔混凝土的平均孔径(Dmean)进行分级处理，得到等效孔径Z：
植生型多孔混凝土内部的横向断面与纵向断面的平均孔径可认为是相同的，则混凝土的纵向连通孔隙的最小孔径可看作是由横向断面的孔径缩小而来。因此，植生型多孔混凝土纵向连通孔隙的最小孔径(或植被根茎尺寸)与其横向断面的平均孔径或底面的平均孔径或纵向截面的平均孔径是正相关的。易知，植生型多孔混凝土纵向连通孔隙的最小孔径是制约植被根系生长的关键因素，其尺寸介于0～10mm之间；所选植被的根及茎尺寸一般亦介于0～10mm之间，且植物茎的尺寸要大于根的尺寸。
考虑到试件截面上的个别孔隙由几个小孔隙连接而成，为避免影响实际结果，因此将个别异常孔隙相应的数据剔除，将所获的数据即三种粒径范围制备的混凝土试件有效孔隙的平均孔径(Dmean)复制到excel表格中进行排序，根据所种植的植被根与茎的尺寸进行分级，并将各平均孔径(Dmean)划分到各孔径级域内，则取孔径级域累计占比较多的平均孔径(Dmean)的平均值为等效孔径Z。
根据对现有9.5～16mm、16～19mm、19～26.5mm三种粒径范围粗骨料制备的混凝土平均孔径的计算，其截面平均孔径尺寸一般介于0～100mm之间。因此，可将截面孔隙的平均孔径尺寸缩小10倍，并设定如下分割点：1.16mm、2.36mm、4.89mm、7.12mm，则可得如下孔径级域：1.16mm～2.36mm，2.36mm～4.89mm，4.89mm～7.12mm。
(2)当只种植高羊茅时，高羊茅成熟期根的尺寸为X＝1.16mm，茎的尺寸为Y＝2.36mm：
(3)确定植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z、植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y三者间关系，选择合适的种植方式。种植植被前需要在植生型多孔混凝土内部空隙中填充煤灰粉、植物纤维、木屑、有机肥等植生基材，使植物能够有赖以附生的载体，并且给植被提供生长所需的营养成分：
1)由图5中的级配曲线可知，9.5～16mm粒径范围制备的植生型多孔混凝土试件，其断面孔径尺寸集中介于1.16mm与2.36mm之间，等效孔径为Z＝1.98mm，由于Y>Z>X，因此，适合从混凝土顶部注入混有高羊茅种子的泥浆，使泥浆顶部距离混凝土板底部为10mm，让植被纤细的根须透过混凝土的孔隙并进入土壤。
2)由图可知，16～19mm粒径范围制备的植生型多孔混凝土试件，其断面孔径尺寸集中介于1.16mm与4.89mm之间，植生型多孔混凝土截面的等效孔径为Z＝2.25mm，由于Y>Z>X，同理，适合从混凝土顶部注入混有高羊茅种子的泥浆。
3)由图可知，19～26.5mm粒径范围制备的植生型多孔混凝土试件，其断面孔径尺寸集中介于4.89mm与7.12mm之间，植生型多孔混凝土截面的等效孔径为Z＝5.65mm，由于Z>Y>X，此时断面的孔径尺寸较大，适合在混凝土板底部种植高羊茅，其茎叶可穿过孔隙向上生长，使根系引导至肥沃的土壤中，植被才具有较长的生命周期。
实施例2
本发明一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：
(1)采用实施例1中所述3种植生型多孔混凝土，按照同样的方法获得植生型多孔混凝土截面的平均孔径(Dmean)：
考虑到试件截面上的个别孔隙由几个小孔隙连接而成，为避免影响实际结果，因此将个别异常孔隙相应的数据剔除，将所获的数据即三种粒径范围制备的混凝土试件有效孔隙的平均孔径(Dmean)复制到excel表格中进行排序，根据所种植的植被根与茎的尺寸进行分级，并将各平均孔径(Dmean)划分到各孔径级域内，则取孔径级域累计占比较多的平均孔径(Dmean)的平均值为等效孔径Z。
根据对现有9.5～16mm、16～19mm、19～26.5mm三种粒径范围粗骨料制备的混凝土平均孔径的计算，其截面平均孔径尺寸一般介于0～100mm之间。因此，可将截面孔隙的平均孔径尺寸缩小10倍，并设定如下分割点：1.16mm、2.36mm、4.89mm、7.12mm，则可得如下孔径级域：1.16mm～2.36mm，2.36mm～4.89mm，4.89mm～7.12mm。
(2)当种植高羊茅和白三叶两种植被时，高羊茅成熟期根的尺寸为X1＝1.16mm，茎的尺寸为Y1＝2.36mm；白三叶成熟期根的尺寸为X2＝4.89mm，茎的尺寸为Y2＝7.12mm：
(3)确定植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z、植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y三者间关系，选择合适的种植方式。种植植被前需要在植生型多孔混凝土内部空隙中填充煤灰粉、植物纤维、木屑、有机肥等植生基材，使植物能够有赖以附生的载体，并且给植被提供生长所需的营养成分：
1)由图5中的曲线斜率可知，9.5～16mm粒径范围制备的植生型多孔混凝土试件，其断面孔径尺寸集中介于1.16mm与2.36mm之间，其等效孔径Z＝1.98mm，由于Y1>Z>X1，因此，适合从混凝土顶部注入混有高羊茅种子的泥浆，使泥浆顶部距离混凝土板底部为10mm，让植被纤细的根须透过混凝土的孔隙并进入土壤。此时断面的孔径尺寸较小，由于Y2>X2>Z，白三叶的根须无法透过混凝土的孔隙进入土壤，因此不适合种植白三叶。
2)由图可知，16～19mm粒径范围制备的植生型多孔混凝土试件，其断面孔径尺寸集中介于1.16mm与4.89mm之间，其等效孔径Z＝2.25mm，由于Y1>Z>X1，因此，适合从混凝土顶部注入混有高羊茅种子的泥浆，同理，也不适合种植白三叶。
3)由图可知，19～26.5mm粒径范围制备的植生型多孔混凝土试件，其断面孔径尺寸集中介于4.89mm与7.12mm之间，其等效孔径Z＝5.65mm，由于Z>Y1>X1，可在混凝土板底部种植高羊茅，其茎叶可穿过孔隙向上生长，使根系引导至肥沃的土壤中，植被才具有较长的生命周期。同时，其等效孔径满足：Y2>Z>X2，因此，适合从混凝土顶部注入混有白三叶种子的泥浆，并使泥浆顶部距离混凝土板底部为15mm，控制种子与混凝土底部土壤的间距，保证植被的根须透过混凝土的孔隙并进入土壤。
应用例1
将高羊茅种子播洒于19～26.5mm粒径范围骨料制备的植生型多孔混凝土板底部土壤，先铺10mm厚拌有营养土的泥土，随后播洒种子，再覆盖5mm厚拌有营养土的泥土，最后将预制多孔混凝土板或现浇混凝土板于泥土之上。55d效果见图6，由图可知，从板底种植的高羊茅生长状况较好，故此时在混凝土板底部的土壤中播种高羊茅较适宜，与上述实施例得出的结论一致。
综上所述，基于植生型多孔混凝土植被种植方法既对其植被的种植工艺具有重要指导价值，又可维持其内部植被较长的生命周期，体现了植生型多孔混凝土的生态效益。

Claims (9)

1.一种基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，包括以下步骤：
S1.获得植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z；
S2.确定计划种植的植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y；
S3.根据植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z、植物成熟期根的尺寸X、茎的尺寸Y三者间关系，选择植物的种植方式。
2.根据权利要求1所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获得植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z；
(2)若种植1种植物时，得到植物成熟期根的尺寸为X，茎的尺寸为Y；
(3)当Z>Y>X时，将植物种子种植到植生型多孔混凝土底部的土壤中；
(4)当Y>Z>X时，先将植生型多孔混凝土铺设后，再将混有植被种子的泥浆从植生型多孔混凝土顶部注入。
3.根据权利要求1所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获得植生型多孔混凝土的等效孔径Z；
2)若种植N种(N≥2)植物时，得到植物成熟期根的尺寸为X1、X2……XN，茎的尺寸为Y1、Y2……YN；
3)当Z>Yi>Xi时，将第i种植被种子种植到植生型多孔混凝土底部的土壤中，其中i＝1、2……N；
4)当Yj>Z>Xj时，先将植生型多孔混凝土铺设后，再将混有第j种植被种子的泥浆从植生型多孔混凝土顶部注入，其中j＝1、2……N。
4.根据权利要求1所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，所述步骤S1中植生型多孔混凝土截面的等效孔径Z，通过以下方式实现：
a.将植生型多孔混凝土的截面进行打磨、清洁；
b.将植生型多孔混凝土截面的孔结构形态通过拓印技术，获得拓印图片；
c.将拓印图片通过照相机传输至计算机；
d.利用MATLAB软件对图片进行灰度、二值化以及滤波处理；
e.利用image pro plus软件计算照片中截面的各个孔的平均孔径(Dmean)；
f.将植生型多孔混凝土的平均孔径(Dmean)根据植被根与茎的尺寸进行分级处理，得到等效孔径Z。
5.根据权利要求2所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，所述步骤(3)中将植物种子种植到植生型多孔混凝土底部的土壤中，先铺5～10mm厚拌有营养土的泥土，随后播洒种子，再覆盖5～10mm厚拌有营养土的泥土，最后将预制多孔混凝土板或现浇混凝土板于泥土之上。
6.根据权利要求2所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，所述步骤(4)中将混有植被种子的泥浆从植生型多孔混凝土顶部注入，使泥浆顶部与多孔混凝土板底部的距离为10～15mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，所述植生型多孔混凝土在种植植被前，需要在植生型多孔混凝土内部空隙中填充植生基材。
8.根据权利要求7所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，所述植生基材为煤灰粉、植物纤维、木屑、有机肥中的一种或一种以上。
9.根据权利要求4所述的基于植生型多孔混凝土的植被种植方法，所述拓印技术，具体步骤为：首先用刷子将深色颜料均匀涂抹于截面；然后把洁净的白纸覆盖于截面上方并轻轻拍打，使得白纸与颜料紧密接触；再揭下白纸，截面的孔隙特征被拓印下来。
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