CN109258252A

CN109258252A - 一种用于植生混凝土的植生基材及其使用方法

Info

Publication number: CN109258252A
Application number: CN201811375031.XA
Authority: CN
Inventors: 丁向群; 王凤池; 孙畅; 尹思安
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-01-25

Abstract

本发明公开一种用于植生混凝土的植生基材及其使用方法，所述植生基材包括孔隙土、营养液和表层土：孔隙土包括如下质量百分比的原料：椰糠25‑32％、粉煤灰10‑13％、滑石粉7‑18％、自然土21％‑30％、有机肥20‑25％、孔隙土保水剂0.2‑0.5％；表层土包括如下质量百分比的原料：草炭土67‑80％、椰糠20‑30％、农用保水剂2‑3％；营养液以水为溶剂，且每千克营养液包括如下质量的原料：蔗糖5‑10g、乙酰水杨酸0.4‑0.5g、吲哚乙酸0.2‑0.4g、萘乙酸0.3‑0.7g、磷酸二氢钾24‑30g。使用时将孔隙土与营养液混合后填充至植生混凝土孔隙中，表层土覆盖在植生混凝土表面。本发明植生基材具有降碱保肥、经济实用、方便施工、抗冲刷性好等特点，实现利废环保、绿化环境、保水透水的生态功能，可用于植生混凝土路面、边坡加固、植草沟等工程。

Description

一种用于植生混凝土的植生基材及其使用方法

技术领域

本发明属于植生基材技术领域，具体涉及一种用于植生混凝土的植生基材及其使用方法。

背景技术

近年来，我国正处于经济快速发展，城镇化建设不断加快的阶段。快速的城镇化进程带来了一系列积极作用，如城乡人口转化、产业结构调整、科技进步及其成果转化等。但传统的建设模式往往忽视了人与自然共存共荣的和谐关系，各类工程建设不可避免地会对原有区域的生态环境造成破坏，当今我国正面临着城市雨洪、城市内涝、雾霾污染、水系污染、水资源短缺等一系列严重生态问题。同时，地球表面逐渐被建筑物、混凝土材料所覆盖，城市不透水面积增加，透水性和透气性严重减弱，内涝已成为我国许多城市遭遇强降雨后的普遍状态。为督促各地加快雨污分流改造，提高城市排水防涝水平，我国提出了建设海绵城市的思路，以期在尊重自然、遵循生态优先的原则下，通过绿色与灰色基础设施相结合，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，进而促进城市雨水资源的利用和生态环境保护。因而引入了一种兼顾生物相容性和工程功能性的新型建筑材料——植生混凝土。

然而，传统植生基材及使用方式无法保证植物在植生混凝土中的正常生长，目前主要存在以下问题：1.填充深度不足，基材仅附着在植生混凝土表面，无法灌注到全部空隙中，导致植物在混凝土过渡层中缺少附着成分和养料。2.基材抗冲刷性能较差，受雨水冲刷时易发生土壤流失。3.吸水保水性差，为解决保水性差的问题，现有基材内多掺加大分子化学物质，大量使用易造成二次环境污染；4.盐碱性高，植生混凝土由于水泥水化产生的水化产物导致孔隙内pH值过高，孔隙土的盐碱环境无法满足植物生长需要。

中国专利CN103651072B公开了一种促进植物生长的专用植物营养基质，其原料成分包括有机堆肥、草炭土、木粉、花生壳、聚丙烯酰胺土壤改良剂、中草药营养剂和碱性中和剂。通过添加了聚丙烯酰胺土壤改良剂、碱性中和剂和中草药营养剂，使植生生态混凝土具有了吸水、保水、保肥等功能，并解决了混凝土碱性太大，不适宜大多数植物生长的难题，但是该专用植物营养基质制备过程较复杂，原料及制备成本较高；并且由于该营养基质中各原料搅拌混合后成糊状，其粘度较高，需要使用空气压缩驱动糊状的营养基质灌注到混凝土的孔隙中，导致使用时施工过程复杂，进一步提高成本，且混凝土中营养基质的填充深度不够；另外该专利方法中混凝土孔隙中的营养基质在植被覆盖率较低时抗雨水冲刷性能差，在大雨冲刷下容易导致营养基质流失。

发明内容

本发明目的是针对上述现状，旨在至少解决现有技术问题之一，具有降碱、保水、保肥、易施工、抗冲刷等特点，既可改善植生混凝土孔隙土的理化性质，降低孔隙内盐碱环境，又能提高基材抗冲刷性，满足植物生长的营养需求，实现植生混凝土透水及绿化的整体功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决：

一种用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，包括孔隙土、营养液和表层土：

所述孔隙土包括如下质量百分比的原料：椰糠25-32％、粉煤灰10-13％、滑石粉7-18％、自然土21％-30％、有机肥20-25％、孔隙土保水剂0.2-0.5％；

所述表层土包括如下质量百分比的原料：草炭土67-80％、椰糠20-30％、农用保水剂 2-3％；

所述营养液以水为溶剂，且每千克营养液包括如下质量的原料：蔗糖5-10g、乙酰水杨酸0.4-0.5g、吲哚乙酸0.2-0.4g、萘乙酸0.3-0.7g、磷酸二氢钾24-30g。

优选地，所述椰糠为椰子外壳纤维粉末，粒径小于2.36mm，pH值4.5-6，EC值小于0.4mS/cm。

优选地，所述滑石粉为通用滑石粉，密度≤3.00kg/m³，pH<9，其粒径在30μm以下的含量占90％以上。

优选地，所述农用保水剂为高分子钾盐型保水剂，粒度100-300μm，吸水倍率

300-500g/g，吸收速度小于25s。

优选地，所述孔隙土保水剂为阴离子或阳离子型聚丙烯酰胺保水剂，分子量1200万 g/mol以上。

优选地，所述粉煤灰为液态排渣法制得到的F类一级粉煤灰，吸水量100-130％。

优选地，所述有机肥为经工厂无害化处理后的鸡屎肥或蚯蚓肥中的一种或两种混合，粒径小于2.36mm，氮磷钾含量大于6％。

优选地，所述草炭土为沼泽发育过程中的产物，腐殖酸40-50％，pH值5.0-6.0。

优选地，所述营养液中的吲哚乙酸和萘乙酸，在500ml纯度95％乙醇溶液中溶解完全后掺入营养液中。

本发明还提供上述用于植生混凝土的植生基材的使用方法，包括以下步骤：

(1)按质量比1：2～3将孔隙土与营养液混合，搅拌均匀，制成稠度为18～24s的泥浆悬浊液；将泥浆悬浊液灌注到养护至合适龄期的植生混凝土的孔隙中；

(2)将表层土和草种混合，播撒到植生混凝土表面，厚度2.5-3.5cm，并压实至密实度为 1.8-2.0kN/m³，然后用喷雾进行浇水至表面土达到饱和状态。

优选地，椰糠使用前，预先加入1mol/L的硫酸亚铁溶液泡发至含水量为60-70％。

优选地，铺装植生混凝土前，首先处理施工场地，去除石子等大颗粒杂质确保地面平整，在混凝土与土壤之间铺一层规格为30-60g/m²的可降解环保无纺布，随后灌注孔隙土与营养液混合配制的泥浆悬浊液。

优选地，泥浆悬浊液使用时宜在现场进行流动度测试，保证泥浆悬浊液工作性良好后使用。测试方法为：使用上口直径178mm，下口直径13mm，容积1725±5ml的锥形流动度测试仪，将测试仪内装满泥浆，打开出口阀门，测定泥浆全部流出所经历的时间，18-24s最佳。

本发明中各组分的作用和协同作用如下：

(1)椰糠以纤维状材料和多孔颗粒为主，具有较强的吸水、保水和保肥能力；椰糠纤维相互交联，具有良好的抗冲刷能力；优选采用自然态为酸性的椰糠，可改良土壤性质起降碱作用，且加水搅拌后能形成质地均匀的悬浊液，易于孔隙土的浇灌。

(2)粉煤灰可促进土壤颗粒的团聚，增加土壤团粒数量，提高土壤保水性和生物活性，提高土壤肥力效果。

(3)粉煤灰、椰糠和孔隙土保水剂具有协同作用，起到保水和胶凝作用，大大增强土壤抗冲刷能力。

(4)有机肥能为植生基材的主要养分，可增加和更新土壤有机质，为植物生长提供全面营养，且肥效长。

(5)草炭土提供植物发芽和生长所需的基本养分。

(6)农用钾型保水剂可提供植物生长所需的钾离子，使植物经济有效地利用水分，提高植物的抵抗性。

(7)营养液所含成分可促进植物生根，且营养液与孔隙土混合制成泥浆悬浊液，具有较强流动性，可充分填充到植生混凝土孔隙中；混凝土孔隙中的营养液协同有机肥和草炭土大大提高植物生根发芽和成长速度。

(8)椰糠中吸附的硫酸亚铁溶液提供的铁离子是多种酶的活化剂，可保证植物叶绿体的形成，促进植物呼吸作用；椰糠的多孔结构也可以给植物根系提供氧气呼吸，防止外界水分过多时根系腐烂导致植物死亡。

相对现有技术，本发明的用于植生混凝土的植生基材具有以下优点：本发明大量使用植物纤维和工业废料，原料成本低，加水拌合后能制作出质地均匀、不易离析的泥浆悬浊液，能充分填满植生混凝土孔隙，且不易造成扬尘污染，可有效改善植生混凝土所造成的盐碱环境，改善土壤性能，可降解无纱布的使用可减少植生基材流失，保证填充效果，且施工简单，无需加压。表层土构成成分简单，经济实用，适合施工实际应用。本发明各种原料相互协同可以提高土壤的保水性和抗冲刷能力，还为植物生长提供了必须的水分、养分和氧气并同时降低植生混凝土的碱性，大大提高植物的成活率，因此，本发明所提出的植生基材及使用方式具有降碱保肥，绿化环境保水透水的生态功能，适用于植生混凝土路面、边坡加固、植草沟等工程。

附图说明

图1为本发明的植生基材的使用方法示意图；

图2为本发明植生基材中泥浆悬浊液在植生混凝土中风干后的填充效果示意图；

图3为本发明用于测试泥浆悬浊液的流动度测试仪的示意图；

图4为为图3中稠度仪的高度尺寸示意图(图4中各数据的单位为mm)；

具体实施方式

在具体实施方式中，本发明提出了一种用于植生混凝土的植生基材，包括孔隙土、营养液和表层土，孔隙土与营养液混合后填充至植生混凝土孔隙中，表层土覆盖在植生混凝土表面，同时提出了该植生基材的使用方式。如图1所示。

其中椰糠为椰子外壳纤维粉末，优选粒径小于2.36mm，pH值4.5-6，EC值小于0.4mS/cm。

滑石粉为通用滑石粉，密度≤3.00kg/m³，pH<9，其粒径在30μm以下的含量占90％以上。

粉煤灰为液态排渣法制得到的F类一级粉煤灰，吸水量100-130％。

有机肥为经工厂无害化处理后的鸡屎肥或蚯蚓肥中的一种或两种混合，粒径小于2.36mm，氮磷钾含量大于6％。

草炭土为沼泽发育过程中的产物，腐殖酸40-50％，pH值5.0-6.0。

农用保水剂为高分子钾盐型保水剂，粒度100-300μm，吸水倍率300-500g/g，吸收速度小于25s。

孔隙土保水剂为阴离子或阳离子型聚丙烯酰胺保水剂，分子量1200万g/mol以上。

每千克养液成分及含量为：蔗糖5-10g；阿司匹林(乙酰水杨酸)0.4-0.5g；植物生长素：吲哚乙酸0.3g和萘乙酸0.5g，在纯度95％乙醇溶液中溶解后使用；磷酸二氢钾27g。

为确保上述植生基材能正确有效使用，本发明提出其制备及使用方法：

1.椰糠使用前，应加入1mol/L的硫酸亚铁溶液泡发至含水量为60-70％；按照上述配比混合各原料分别制备孔隙土、营养液和表层土。

2.铺装植生混凝土前，首先处理施工场地，去除石子等大颗粒杂质确保地面平整，在混凝土与土壤之间铺一层规格为30-60g/m²的可降解环保无纺布,按质量比将1份植生基材与2-3份营养液混合，制成孔隙土泥浆悬浊液，随后灌注孔隙土泥浆悬浊液。无纺布可防止植生基材从植生混凝土地面流出。

3.孔隙土泥浆悬浊液使用时宜在现场进行流动度测试，保证泥浆工作性良好后使用。测试方法为：使用上口直径178mm，下口直径13mm，容积1725±5ml的锥形流动度测试仪，将测试仪内装满泥浆，打开出口阀门，测定泥浆全部流出所经历的时间，18-24s最佳。

4.孔隙土泥浆常压灌注完全充满植生混凝土孔隙后，将草种按质量比例，与表层土混合，覆盖在植生混凝土表面，厚度2.5-3.5cm，压实至密实度为1.8-2.0kN/m³，雾状喷灌至表层土全部湿润。

植生基材的流动性状态直接关系到基材的填充效果，过稀容易使基材随水分由孔隙下方流出，过干容易使基材粘聚在植生混凝土表面，内部孔隙无法充分填满。使用流动度测试仪控制植生基材的流动性，流动度测试仪如图3和4所示。将稠度内装入扮制均匀的植生基材至标定位置，打开出口阀门，测定基材全部流出所经历的时间.通过实验确定18-24s 最佳。

为了测试和观察泥浆悬浊液对植生混凝土的填充效果，使用本实施例的方法在100mm 厚植生混凝土试块中填充孔隙土泥浆悬浊液，在室外待3天后泥浆悬浊液自然风干，用压力机将试块压碎，观察内部基材填充情况，填充效果如图2所示，由图中断面情况可见，植生混凝土孔隙中植生基材填充效果较好，基本充满植生混凝土多数孔隙，可满足植物生长所需条件。

由上述测试结果可以看出本发明的孔隙土和营养液配合形成的泥浆悬浊液具有良好的流动性，只需要常压灌注就可以保证良好的填充效果，更方便施工。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明具体实施方式，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技术方案，都属于本发明保护的范围。

为了更好地对比实验效果，以下实施例中如未作特别说明，各实施例中所用原料为同一型号批次的原料。

实施例1

本实施例的用于植生混凝土的植生基材，包括孔隙土、营养液和表层土：

所述孔隙土包括如下质量百分比的原料：椰糠28％、粉煤灰11％、滑石粉13％、自然土26％、有机肥21.7％、孔隙土保水剂0.3％；

所述表层土包括如下质量百分比的原料：草炭土73％、椰糠24.5％、农用保水剂2.5％；

所述营养液以水为溶剂，且每千克营养液包括如下质量的原料：蔗糖8g、乙酰水杨酸 0.5g、吲哚乙酸0.3g、萘乙酸0.5g、磷酸二氢钾27g。

该植生基材的使用方法如下：

1.椰糠使用前，预先加入1mol/L的硫酸亚铁溶液泡发至含水量为70％。

2.按质量比将1份植生基材与2份营养液混合，制成孔隙土泥浆悬浊液。

3.处理施工场地，去除石子等大颗粒杂质确保地面平整，在植生混凝土与土壤之间铺一层规格为40g/m²的可降解环保无纺布,随后灌注孔隙土泥浆悬浊液。

4.孔隙土泥浆使用时在现场进行流动度测试，保证泥浆工作性良好后使用。测试方法为：使用上口直径178mm，下口直径13mm，容积1725±5ml的锥形流动度测试仪，将测试仪内装满泥浆，打开出口阀门，测定泥浆全部流出所经历的时间为20s。

5.孔隙土泥浆悬浊液完全充满孔隙后，将草种按质量比例，与表层土混合，覆盖在植生混凝土表面，厚度2.5cm，压实至密实度为1.8kN/m³，雾状喷灌至表层土全部湿润。

本实施例的植生基材中各组成成分pH值如下：椰糠5.42，粉煤灰10.46，草炭土5.64；混合后的孔隙基材pH7.22。将植生基材按使用部位应用于未经降碱处理的植生混凝土中，置于室外自然环境，30天后压碎混凝土，取孔隙内基材、表层土壤、以及植生混凝土下方普通土壤，测试三者pH值分别为8.21，7.43，6.79。同期无植生基材的空白混凝土孔隙pH 值为11.91。由此可见，植生混凝土释放的碱性物质使周围土壤碱度均在一定范围内升高，孔隙内碱性升高幅度最大，但本实施例的植生基材的应用可明显降低孔隙内碱性的增长。

实施例2

所述孔隙土包括如下质量百分比的原料：椰糠25％、粉煤灰13％、滑石粉18％、自然土21％、有机肥22.8％、孔隙土保水剂0.2％；

所述表层土包括如下质量百分比的原料：草炭土78％、椰糠20％、农用保水剂2％；

所述营养液以水为溶剂，且每千克营养液包括如下质量的原料：蔗糖5g、乙酰水杨酸 0.4g、吲哚乙酸0.2g、萘乙酸0.7g、磷酸二氢钾24g。

该植生基材的使用方法如下：

1.椰糠使用前，预先加入1mol/L的硫酸亚铁溶液泡发至含水量为60％。

2.按质量比将1份植生基材与3份营养液混合，制成孔隙土泥浆悬浊液。

4.孔隙土泥浆使用时在现场进行流动度测试，保证泥浆工作性良好后使用。测试方法为：使用上口直径178mm，下口直径13mm，容积1725±5ml的锥形流动度测试仪，将测试仪内装满泥浆，打开出口阀门，测定泥浆全部流出所经历的时间为18s。

5.孔隙土泥浆悬浊液完全充满孔隙后，将草种按质量比例，与表层土混合，覆盖在植生混凝土表面，厚度3.5cm，压实至密实度为2.0kN/m³，雾状喷灌至表层土全部湿润。

本实施例的植生基材中各组成成分pH值如下：椰糠6.84，粉煤灰10.46，草炭土6.66，混合后的孔隙基材pH8.53。将植生基材按使用部位应用于未经降碱处理的植生混凝土中，置于室外自然环境，30天后压碎混凝土，取孔隙内基材、表层土壤、以及植生混凝土下方普通土壤，测试三者pH值分别为9.34，8.52，7.99。同期无植生基材的空白混凝土孔隙pH 值为11.91。由此可见，植生混凝土释放的碱性物质使周围土壤碱度均在一定范围内升高，孔隙内碱性升高幅度最大，本实施例的植生基材的应用可明显降低孔隙内碱性的增长。

实施例3

所述孔隙土包括如下质量百分比的原料：椰糠32％、粉煤灰10.5％、滑石粉7％、自然土30％、有机肥20％、孔隙土保水剂0.5％；

所述表层土包括如下质量百分比的原料：草炭土67％、椰糠30％、农用保水剂3％；

所述营养液以水为溶剂，且每千克营养液包括如下质量的原料：蔗糖10g、乙酰水杨酸0.5g、吲哚乙酸0.4g、萘乙酸0.3g、磷酸二氢钾30g。

该植生基材的使用方法同实施例1。

对比例1

相比实施例1，本对比例将实施例1中的椰糠替换为等质量的木粉，其它与实施例1相同。

对比例2

相比实施例1，本对比例将实施例1中的椰糠替换为等质量的稻草秸秆粉，其它与实施例1相同。

对比例3

相比实施例1，本对比例将实施例1中的粉煤灰替换为等质量的草炭土，其它与实施例1相同。

对比例4

相比实施例1，本对比例中的营养液以水为溶剂，且每千克营养液包括如下质量的原料：蔗糖8g、吲哚乙酸0.3g、萘乙酸0.5g、磷酸二氢钾27g；不含有乙酰水杨酸。其它与实施例1相同。

将实施例1、2、3和对比例1、2、3的空隙土和营养液填充到210cm*30cm植生混凝土试块的孔隙中待孔隙中泥浆悬浊液风干后，将制得的植生混凝土试块灌溉足量的水直到水溢出，静置10min后称重记为W0，然后捞出后放在室外自然静置1周后称重记为W1，计算重量损失率＝(W1-W0)/W0*100％。实施例1、2、3以及对比例1、2的测试结果分别为73.3％、70.6％、75.8％、35.2％、31.2％、27.6％。这说明本实施例的椰糠与粉煤灰和保水剂等配合具有良好的保水性，而使用木粉或稻草秸秆粉替换椰糠，或使用草炭土替换粉煤灰后都会大大降低本发明植生基材的保水性。

通过实验室实验发现本发明实施例的植生基材可用于多种牧草和杂草对高羊茅，矮羊茅，白三叶，黑麦草和狗芽根等均具有较好的效果。

分别按照实施例和对比例的植生基材使用方法进行边坡加固，将植生混凝土中灌注孔隙土泥浆悬浊液，然后按照每平米播种25g高羊茅草种将草种与表层土的混合并覆盖在植生混凝土表面。经过比较发现使用本实施例的植生基材的绿化效果显著优于对比例：实施例1、2、3的一次成坪覆盖率分别为98％、95％、97％；对比例1、2、3、4一次成坪覆盖率分别为62％、65％、71％、64％；且对比例1和2的草坪出现较多黄叶，对比例4的成坪周期较长。

测试实施例和对比例泥浆悬浊液填充植生混凝土后风干形成的孔隙土植生基材的抗雨水冲刷强度，实施例的孔隙土植生基材的抗雨水冲刷强度均大于120mm/h，且实施例的植生基材成坪后抗雨水冲刷强度均大于200mm/h；而对比例1、2、3、4的孔隙土植生基材在120mm/h水冲刷时均受到明显的侵蚀。

综上所述，本发明植生基材可满足植物在植生混凝土中的生长需求，具有降碱保肥，性质稳定，成分简单，经济实用，方便施工，抗冲刷性好等特点，可有效改善植生混凝土产生的盐碱环境，改良土壤性质，保水保肥，可实现利废、环保、高效的生态功能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，包括孔隙土、营养液和表层土：

所述表层土包括如下质量百分比的原料：草炭土67-80％、椰糠20-30％、农用保水剂2-3％；

2.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述椰糠为椰子外壳纤维粉末，粒径小于2.36mm，pH值4.5-6，EC值小于0.4mS/cm。

3.根据权利要求2所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，椰糠使用前，预先加入1mol/L的硫酸亚铁溶液泡发至含水量为60-70％。

4.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述滑石粉为通用滑石粉，密度≤3.00kg/m³，pH<9，其粒径在30μm以下的含量占90％以上。

5.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述农用保水剂为高分子钾盐型保水剂，粒度100-300μm，吸水倍率300-500g/g，吸收速度小于25s。

6.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述孔隙土保水剂为阴离子或阳离子型聚丙烯酰胺保水剂，分子量1200万g/mol以上。

7.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述粉煤灰为液态排渣法制得到的F类一级粉煤灰，吸水量100-130％。

8.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述有机肥为经工厂无害化处理后的鸡屎肥或蚯蚓肥中的一种或两种混合，粒径小于2.36mm，氮磷钾含量大于6％。

9.根据权利要求1所述的用于植生混凝土的植生基材，其特征在于，所述草炭土为沼泽发育过程中的产物，腐殖酸40-50％，pH值5.0-6.0。

10.权利要求1到9任一项所述的用于植生混凝土的植生基材的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)将表层土和草种混合，播撒到植生混凝土表面，厚度2.5-3.5cm，并压实至密实度为1.8-2.0kN/m³，然后用喷雾进行浇水至表面土达到饱和状态。