CN110835246A

CN110835246A - 一种干旱沙土环境生态植生体系

Info

Publication number: CN110835246A
Application number: CN201810933387.4A
Authority: CN
Inventors: 张鸣; 陈龙修; 贾仁甫; 罗勉; 龚泳帆; 陈奕志
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2020-02-25
Anticipated expiration: 2038-08-16
Also published as: CN110835246B

Abstract

本发明公开了一种干旱沙土环境生态植生体系，主要包括储水装置、高吸水树脂颗粒、漏斗、土工布、植生土、多孔装置、固化沙土层；储水装置置于多孔装置内，储水装置内装高吸水树脂颗粒和水、上部安装有漏斗，漏斗下端口盖土工布，多孔装置内填充植生土，植生土表面种植耐旱植物，多孔装置外设固化沙土层。本发明采用“筒中筒”结构体系，通过多层集水、储水、保水、保肥提高耐旱植物成活率，对固沙、治沙、工业废弃物资源化利用具有积极作用。

Description

一种干旱沙土环境生态植生体系

技术领域

本发明涉及一种干旱沙土环境生态植生体系，属于沙漠化治理技术领域。

背景技术

传统的干旱沙土环境培育主要有种植耐干旱的植物、改进灌溉技术、改良植物基因技术、利用化学聚合物保水固沙等。对于在干旱沙土环境种植耐干旱的植物、改进灌溉技术，虽然在一定程度上阻碍了沙漠化进程，但需要花费大量的人力、物力、财力且效果甚微，后期维护起来也相当耗时耗力。对于改良植物耐旱基因技术、利用化学聚合物保水固沙，虽在干旱沙土环境植生过程中节约了大量的人力、物力、财力但前期研究上面的花费是巨大的。近年来，科技人员在干旱沙土环境植生体系方面做了很多研究工作，取得了一定成果，但仍有不足。

例如，申请号CN201110086827.5中国发明专利公开了沙漠地块挡沙保水种植保障器，由可降解塑料膜制作的营养包跟硬塑料压注的挡沙集雨漏斗的组合装置。在营养包中填装含水量达60％的草屑类跟沙土的混合物,栽上植株后埋入沙土层中,然后将分成两半部分的挡沙集雨漏斗合拢在所栽种植株周围。营养包中本身蕴蓄的水分可满足栽种植株成活阶段所需水分,而挡沙集雨漏斗既能持续给营养包供给一部分雨水,又能抵御流沙对植株的淹盖,可大幅度提高治沙效果。该装置在一定程度上解决了干旱沙土环境不能保水且培育缺水的问题，但该装置没有足够的密封保水及蓄水措施，导致装置里的水分很容易蒸发掉，效果不明显，此外，由于该装置部分材料是由硬塑料制得，因硬塑料很难降解会对应用的环境造成二次污染。申请号为CN201610075612.6中国发明专利公开了一种沙漠植物培植装置及固沙涵水的方法，所述装置一端具有开口的防渗容器,所述防渗容器采用能够使一定量的空气通过但能防止液体通过的透气防水材料制成,所述防渗容器的开口端设置有用来将防渗容器的开口进行密封的密封体,所述密封体上设置有用来供沙漠植物插入防渗容器中的通孔，该发明生态功能较为单一。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种干旱沙土环境生态植生体系，该体系具有固沙、保水、保肥的作用，提高了干旱沙土环境中植被的成活率，促进干旱沙土环境生态绿化。

本发明的技术方案是：一种干旱沙土环境生态植生体系，主要包括具有空腔的储水装置和多孔装置，储水装置的空腔内设置高吸水树脂颗粒和水，其顶部连接漏斗，漏斗底部开口端上设置土工布，所述储水装置和漏斗设置在多孔装置的空腔内，多孔装置空腔内的其余空位填充有植生土，多孔装置外部设置固化沙土层。

进一步的，植生土的表面还种植有耐旱植物。

进一步的，漏斗顶部开口端距离多孔装置顶部大于5cm。

进一步的，储水装置和漏斗均采用超高性能混凝土材料(UHPC)制备，所述UHPC材料以质量百分比计，由如下组分组成：28.4％～29.6％水泥、4.7％～6.3％硅灰、6.3％～14.2％磨细镍渣粉、37.9％～42.2％磨细镍渣细骨料、3.7％～6.6％微丝钢纤维、0.7％～1.3％聚羧酸减水剂、0.02％～0.04％缓凝剂、7.6％～10.4％水；其中，水泥为P·O42.5级及以上等级，硅灰中SiO₂含量不低于95％，磨细镍渣粉比表面积400m²/kg，磨细镍渣细骨料最大粒径小于2.5mm，微丝钢纤维长度13mm，聚羧酸减水剂饱和掺量点减水率30％以上，缓凝剂为工业级葡萄糖酸钠，水为自来水；UHPC材料抗压强度≥100MPa、抗折强度≥12MPa。

进一步的，所述多孔装置采用多孔混凝土材料制备，多孔混凝土材料以质量百分比计，由如下组分组成：13.2％～17.5％水泥、1.1％～2.1％硅灰、2.1％～6.1％磨细镍渣粉、61.3％～61.6％镍渣颗粒粗骨料、12.7％～12.8％陶粒、0.09％～0.12％聚羧酸减水剂、0.02％～0.04％缓凝剂、4.6％～4.7％水；其中，水泥为P·O42.5级及以上等级，硅灰中SiO₂含量不低于95％，磨细镍渣粉比表面积400m²/kg，镍渣颗粒粗骨料为10～20mm单级配骨料，陶粒为粉煤灰陶粒、污泥陶粒、淤泥陶粒中的一种、粒径10～20mm，聚羧酸减水剂饱和掺量点减水率30％以上，缓凝剂为工业级葡萄糖酸钠，水为自来水；多孔混凝土抗压强度不低于5MPa、空隙率25％～30％。

进一步的，所述植生土以质量百分比计，由如下组分组成：70％～90％土、5％～10％陶粒、3％～5％腐熟锯末、0.5％～1.0％缓释化肥、0.05％～0.1％耐旱草籽；其中，土为普通土或沙土；陶粒为粉煤灰陶粒、污泥陶粒、淤泥陶粒中的一种、粒径5～20mm；缓释化肥为农作物用缓释化肥；耐旱草籽可以是高羊矛、金琥、龙舌兰、复活草中的一种或几种。

进一步的，所述固化沙土层以质量百分比计，由如下组分组成：50％～70％沙土、10％～20％水泥、10％～20％粉煤灰、1％～2％水玻璃、1％～2％硫酸铝钾、1％～2％防水剂、15％～20％水；其中，沙土为施工所在地原状沙土，水泥为P·O42.5级，粉煤灰为Ⅰ级、Ⅱ级或Ⅲ级中的一种，水玻璃、硫酸铝钾与防水剂均为工业级，防水剂为硬酯酸钠、硬酯酸钙、硬酯酸锌中的一种，水为自来水。

上述干旱沙土环境生态植生体系的制备方法，包括以下步骤：

①制备储水装置和漏斗：安装好模具，刷好脱模剂；将称量好的水泥、硅灰、磨细镍渣粉、磨细镍渣细骨料、微丝钢纤维置入混凝土搅拌机混合1min；将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、水混合成均匀混合液，在混凝土搅拌机搅拌状态下加入一半的混合液，搅拌4min，再加入剩余混合液并继续搅拌4min；将搅拌均匀的UHPC材料注入模具，室内静养1d后脱模，室温湿养护28d或90℃蒸养24小时后，置于堆场待用。

②制备多孔装置：安装好模具，刷好脱模剂；将按配比称量好的水泥、硅灰、磨细镍渣粉、单级配镍渣颗粒、陶粒置入混凝土搅拌机混合1min；将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、水混合成均匀混合液，在混凝土搅拌机搅拌状态下注入搅拌机并继续搅拌1min；将搅拌均匀的多孔混凝土注入模具，室内静养1d后脱模，室温湿养护28d后，置于堆场待用。

③施工现场挖植生坑，并平整坑底及坑壁。

④制备固化沙土：将沙土、水泥、粉煤灰、水玻璃、硫酸铝钾、防水剂置入搅拌机混合1min，在搅拌状态下加水混合1min，将新拌固化沙土平铺于植生坑底。

⑤将多孔装置置于植生坑内，用新拌固化沙土填满多孔装置外侧植生坑空隙。

⑥将储水装置置于多孔装置空腔内，储水装置内部装满水及高吸水树脂颗粒，将漏斗置于储水装置上端，将土工布覆盖在漏斗下端口上。

⑦将土、陶粒、腐熟锯末、缓释化肥、耐旱草籽置于搅拌机混合1min成植生土，填满多孔装置内空腔，撒水维护。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)采用“筒中筒”结构体系，以及大量有吸水、储水功能的材料，通过多层集水、储水、保水，最大限度保障干旱环境下植物生长所需水分。

(2)关键构件如储水装置和漏斗采用超高强、超高耐久性的UHPC材料制备，可确保本发明的生态植生体系长期正常使用，不需维护。

(3)本发明的生态植生体系大量使用陶粒、粉煤灰、镍渣粉及其颗粒等工业废弃物，属工业废弃物资源化利用，符合可持续发展的需要。

(4)本发明专为干旱沙土地区设计，对土地退化地区、沙漠治理具有极积意义。

附图说明

图1是本发明实施例所述的生态植生系统立体示意图。

图2是图1中A-A剖面结构示意图。

图3是本发明实施例中所述的储水装置结构示意图。

图4是本发明实施例中所述的漏斗结构示意图。

图5是本发明实施例中所述的多孔装置结构示意图。

图6是图5中B-B剖面结构示意图。

图中：1-植生土、2-耐旱植物、3-原状沙土、4-固化沙土层、5-多孔装置、6-土工布、7-储水装置、8-漏斗、9-高吸水树脂颗粒、10-第二开口，11-第一开口。

具体实施方式

本发明所述的干旱沙土环境生态植生体系，主要包括具有空腔的储水装置和多孔装置，储水装置的空腔内设置高吸水树脂颗粒和水，其顶部连接漏斗，漏斗底部开口端上设置土工布，所述储水装置和漏斗设置在多孔装置的空腔内，多孔装置空腔内的其余空位填充有植生土，多孔装置设固化沙土层。

由于干旱沙土地区少雨、多处于偏远地区或基础设施较差地区，干旱沙土地区生态绿化建设除重点考虑保水储水技术外、还需运输便捷、施工简易和维护简单等。

沙土无保水性，故要实现沙土保水，需通过固化材料固化植物根系区域沙土抑制水分流失。多孔混凝土由于内部多为宏观连通孔洞，具有良好的植生、滤污性能，适于干旱地区生态绿化。陶粒属内部多孔，具有一定的储水、滤污功能，镍渣是不锈钢生产企业产生的工业废弃物，将磨细镍渣粉作为多孔混凝土掺合料、单级配镍渣颗粒和陶粒作为多孔混凝土复合粗骨料制备多孔混凝土，即提高了多孔混凝土生态功能，又有利于工业废弃物资源化利用。

UHPC材料具有超高强、超高韧性、超高耐久性等优异性能，相同性能时UHPC预制件可以比普通混凝土预制件更轻薄、耐久性更好，即UHPC预制品普通混凝土预制品更轻薄、更方便运输，且免维护。但是，经典UHPC由高强度等级水泥、硅灰、磨细石英砂粉、细石英砂骨料、镀铜钢纤维等材料制备，价格昂贵、自然自源消耗大、原材料来源受限，不适于规模化应用。将磨细镍渣粉替代磨细石英砂粉、用磨细镍渣细骨料替代细石英砂骨料、用普通微丝钢纤维替代镀铜钢纤维，即降低了成本，又促进了工业废弃物资源化利用。

[实施例-1]水泥是扬州绿杨水泥发展有限公司生产，P·O42.5级普通硅酸盐水泥；镍渣粉及磨细镍渣细骨料、单级配镍渣颗粒是为海(泰州)建材有限公司生产，磨细镍渣粉比表面积400m²/kg，磨细镍渣细骨料最大粒径小于2.5mm，单级配镍渣颗粒粒径10～20mm；陶粒为江苏建华陶粒有限公司生产，粒径10～20mm，堆积密度500kg/m³；硅灰为上海胜阔建筑材料有限公司生产，SiO₂含量95％以上；聚羧减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产，含固量30％，聚羧酸减水剂饱和掺量点减水率30％以上；微丝钢纤维为江苏苏博特新材料股份有限公司生产，纤维长度13mm；葡萄糖酸钠为吴江市华誉化工有限公司生产，工业级，

UHPC材料的储水装置和漏斗的制备方法：

①安装好模具，刷好脱模剂；

②将按配比称量好的水泥、硅灰、磨细镍渣粉、磨细镍渣细骨料、微丝钢纤维置入混凝土搅拌机混合1min；

③将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、水混合成均匀混合液，在混凝土搅拌机搅拌状态下加入一半的混合液，搅拌4min，再加入剩余混合液并继续搅拌4min；

④将搅拌均匀的UHPC材料注入模具，室内静养1d后脱模，室温湿养护28d或90℃蒸养24小时后，置于堆场待用。

多孔混凝土材料的多孔装置的制备方法：

①安装好模具，刷好脱模剂；

②将按配比称量好的水泥、硅灰、磨细镍渣粉、单级配镍渣颗粒、陶粒置入混凝土搅拌机混合1min；

③将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、水混合成均匀混合液，在混凝土搅拌机搅拌状态下注入搅拌机并继续搅拌1min；

④将搅拌均匀的多孔混凝土注入模具，室内静养1d后脱模，室温湿养护28d后，置于堆场待用。

[实施例-1]-[实施例-4]配方见表1，制备工艺相同。

[比较例-1]-[比较例-3]配方见表1，制备工艺相同。

各实施例和比较例结果见表2

表1

表2

对比实施例1、2、3、4，水泥、硅灰、磨细镍渣粉、磨细镍渣细骨料、微丝钢纤维、聚羧酸减水剂、缓凝剂、水，各组分质量比分别为28.4％～29.6％、4.7％～6.3％、6.3％～14.2％、37.9％～42.2％、3.7％～6.6％、0.7％～1.3％、0.02％～0.04％、7.6％～10.4％时，UHPC满足GB/T 31387-2015《活性粉末混凝土》最低性能要求，即抗压、抗折强度分别为100MPa、12MPa，且制备较容易、新拌UHPC工作性较好。UHPC性能控制因素为水泥用量、用水量、钢纤维用量，水泥用量越高、用水量越少、钢纤维用量越高，UHPC的抗压、抗折强度越高，但成本也越高、制备难度也越大，本发明的宗旨是满足GB/T 31387-2015《活性粉末混凝土》最低性能要求的前提下，尽量控制成本。对比实施例1与比较例1、2、3水泥用量低于28.4％、用水量高于10.4％、钢纤维用量低于3.7％时，UHPC性能不满足标准要求。

设计孔隙率27％保持不变设计多孔混凝土配合比，对比实施例1、2、3、4，水泥、硅灰、磨细镍渣粉、镍渣颗粒粗骨料、陶粒、聚羧酸减水剂、缓凝剂、水各组分质量比例分别为13.2％～17.5％、1.1％～2.1％、2.1％～6.1％、61.3％～61.6％、12.7％～12.8％、0.09％～0.12％、0.02％～0.04％、4.6％～4.7％时，多孔混凝土性能满足CECS 361-2013《生态混凝土应用技术规程》，即抗压强度不低于5.0MPa、空隙率25％～30％；对比实施例1、2、3、4，磨细镍渣粉质量比例增加，多孔混凝土抗压强度下降，对比实施例4和比较例1，磨细镍渣粉质量比例超过6.1％时，多孔混凝土强度不足，对比实施倒1和比较例2、3，陶粒质量比例低于12.7时，多孔混凝土抗压强度较高，陶粒质量比例超过12.7％时，多孔混凝土抗压强度不满足规范要求。满足多孔混凝土性能要求的陶粒质量比例不大于12.7％。磨细镍渣粉和陶粒质量比例是多孔混凝土性能控制因素。

如图1-6，在本发明的一个优选实施例中，储水装置和漏斗采用UHPC材料制成的桶状结构，多孔装置采用多孔混凝土制成的桶状结构，漏斗同样采用UHPC材料制成。

储水装置7置于多孔装置5内腔，储水装置7内腔装有高吸水树脂颗粒和水，储水装置7顶部与漏斗8外侧连接，漏斗8具有第一开口11和第二开口10，第一开口11大于第二开口10，第二开口10上设置土工布6，第二开口10位于储水装置7内，第一开口11距离多孔装置5顶部大于5厘米，多孔装置5内腔的空位填充植生土1，植生土1表面种植耐旱植物，多孔装置5与原状沙土3之间还设置有固化沙土层4。

安装好多孔装置5模具，刷好脱模剂，将水泥、硅灰、磨细镍渣粉、镍渣颗粒粗骨料、陶粒置于混凝土搅拌机混合1min，将聚羧酸减水剂、缓凝剂、水混合成均匀混合液，在混凝土搅拌机搅拌状态下加入混合液，搅拌1min，将多孔混凝土分层装入模具并拍实，室内静养1d后脱模，室温湿养护28d后将多孔装置5置于堆场待用。

在施工现场挖植生坑，坑底及坑壁整平。

将沙土、水泥、粉煤灰、水玻璃、硫酸铝钾、防水剂置入搅拌机搅拌1min，注入适量水搅拌1min，成新拌固化沙土，将新拌固化砂土铺入植生坑；依次安装多孔装置5、储水装置7、高吸水树脂颗粒9和水、漏斗8、土工布6；将将土、陶粒、腐熟锯末、缓释化肥、耐旱草籽置于搅拌机混合1min，搅拌成植生土1，将植生土1装满多孔装置5；将新拌固化砂土填满多孔装置5与原状沙土3之间空隙，并捣实。

本发明的生态植生体系早期撒水、遮阳等维护至耐旱植物正常生长至成熟。

Claims

1.一种干旱沙土环境生态植生体系，其特征在于，主要包括具有空腔的储水装置和多孔装置，储水装置的空腔内设置高吸水树脂颗粒和水，其顶部连接漏斗，漏斗底部开口端上设置土工布，所述储水装置和漏斗设置在多孔装置的空腔内，多孔装置空腔内的其余空位填充有植生土，多孔装置外部设置固化沙土层。

2.如权利要求1所述的体系，其特征在于，植生土的表面还种植有耐旱植物。

3.如权利要求1所述的体系，其特征在于，漏斗顶部开口端距离多孔装置顶部大于5cm。

4.如权利要求1所述的体系，其特征在于，储水装置和漏斗均采用超高性能混凝土材料制备，所述超高性能混凝土材料以质量百分比计，由如下组分组成：28.4%～29.6%水泥、4.7%～6.3%硅灰、6.3%～14.2%磨细镍渣粉、37.9%～42.2%磨细镍渣细骨料、3.7%～6.6%微丝钢纤维、0.7%～1.3%聚羧酸减水剂、0.02%～0.04%缓凝剂、7.6%～10.4%水。

5.如权利要求4所述的体系，其特征在于，水泥为P·O42.5级及以上等级，硅灰中SiO₂含量不低于95%，磨细镍渣粉比表面积400m²/kg，磨细镍渣细骨料最大粒径小于2.5mm，微丝钢纤维长度13mm，聚羧酸减水剂饱和掺量点减水率30%以上，缓凝剂为工业级葡萄糖酸钠，水为自来水。

6.如权利要求4所述的体系，其特征在于，超高性能混凝土材料抗压强度≥100MPa、抗折强度≥12MPa。

7.如权利要求1所述的体系，其特征在于，所述多孔装置采用多孔混凝土材料制备，多孔混凝土材料以质量百分比计，由如下组分组成：13.2%～17.5%水泥、1.1%～2.1%硅灰、2.1%～6.1%磨细镍渣粉、61.3%～61.6%镍渣颗粒粗骨料、12.7%～12.8%陶粒、0.09%～0.12%聚羧酸减水剂、0.02%～0.04%缓凝剂、4.6%～4.7%水。

8.如权利要求7所述的体系，其特征在于，水泥为P·O42.5级及以上等级，硅灰中SiO₂含量不低于95%，磨细镍渣粉比表面积400m²/kg，镍渣颗粒粗骨料为10～20mm单级配骨料，陶粒为粉煤灰陶粒、污泥陶粒、淤泥陶粒中的一种、粒径10～20mm，聚羧酸减水剂饱和掺量点减水率30%以上，缓凝剂为工业级葡萄糖酸钠，水为自来水。

9.如权利要求7所述的体系，其特征在于，多孔混凝土材料的抗压强度不低于5MPa、空隙率25%～30%。

10.如权利要求1所述的体系，其特征在于，所述植生土以质量百分比计，由如下组分组成：70%～90%土、5%～10%陶粒、3%～5%腐熟锯末、0.5%～1.0%缓释化肥、0.05%～0.1%耐旱草籽。