CN112079609A - 一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法，所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土由以下重量份数的原料制成：高贝利特硫铝酸盐水泥90‑130份、水45‑60份、高强陶粒250‑320份、减水剂1.2‑2.0份、粉煤灰25‑40份、硅灰10‑15份、缓释型全营养肥料3‑5份、孔隙填充土8‑15份、表层客土8‑15份。本发明提供一种能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法。

Description

一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法。
背景技术
现有技术和缺陷：
生态混凝土是一种有着连续孔隙结构的多孔混凝土，具有较大的比表面积和良好的透水性，是一种集环保、支撑、透水以及净化作用于一体的新型生态工程材料，可以用于路基河流两岸的护坡、绿化、水体净化、外墙挂板等方面。其中在护坡绿化方面，即利用生态混凝土含有大量的连通孔隙，能够保水透水，有助于植物根系生长，既可以增强护坡的稳定性，也有助于改善生态环境。
中国专利(申请号202010298114.4)公开了由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥80-100份、水35-42份、天然骨料260-290份、减水剂0.9-1.2份、可降解材料6-8份、红土10-15份、污泥10-15份、聚合氯化铝3-5份、聚丙烯酸钾3-5份、海泡石粉15-20份、硅酸钠5-8份和聚醋酸乙烯乳液6-10份。获得了28d抗压强度9.5-16.3MPa，孔隙率22-30％的生态混凝土。中国专利(申请号201911378235.3)公开了一种生态混凝土，其特征在于，包括以下组分：P.O.42.5水泥10-15份、二级粉煤灰3-6份、超细硅灰1-3份、可再生骨料55-70份、陶粒5-8份、珍珠岩1-3份、压缩秸秆1-3份、天然无机纳米材料1-2份、高性能减水剂0.5-1份。获得了28d抗压强度12.6-26.5Mpa，孔隙率23.9-33.4％，渗透系数0.19-0.53cm/s的生态混凝土。中国专利(申请号201711066051.4)公开了一种植物相容型生态混凝土，其依次由透水层、基底营养层、表面生长层构成整个系统；其特征在于，硅酸盐水泥20-25％、黄土19-24％、草种子19-25％、长效缓释复合肥8-10％、100目河沙20-30％、5044n胶粉0.2-0.4％(注：复合肥是指在N、P、K三种养分中含有两种或两种以上营养元素的化肥)。中国专利(申请号201910644299.7)本发明公开了一种生态多孔混凝土，包括如下重量份的成分：低碱度胶凝材料1-30份、水1-10份、高分子聚合物0.1-5份、减水剂0.1-3份、石子65-90份。获得了28d抗压强度16.8-17.1Mpa，PH值8.1的生态混凝土(注：其低碱度胶凝材料包括如下重量份的成分：粉煤灰0-30份、硅灰0-10份、矿粉40-85份、硫酸盐激发剂10-45份、碱性激发剂1-10份)。
综上所述，现有技术存在的问题如下：
1、混凝土使用的胶凝材料一般为普通硅酸盐水泥，孔隙碱度过高，不适于植物生长；
2、混凝土制备中大多采用天然骨料，因为不需要承重所以一定程度上造成了资源浪费；
3、种植材料保水保肥性能需要提升；
4、植物所需养分的长期供给难以保障；
5、添加剂种类多，不容易混合均匀，操作繁琐。
解决上述技术问题的难度和意义：
因此，基于这些问题，提供一种采用低碱度水泥作为胶凝材料、采用固废制备的陶粒代替天然骨料，能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种采用低碱度水泥作为胶凝材料、采用固废制备的陶粒代替天然骨料，能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土由以下重量份数的原料制成：高贝利特硫铝酸盐水泥90-130份、水45-60份、高强陶粒250-320份、减水剂1.2-2.0份、粉煤灰25-40份、硅灰10-15份、缓释型全营养肥料3-5份、空隙填充土8-15份、表层客土8-15份。
本发明还可以采用以下技术方案：
在上述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土中，进一步的，所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的特征值：28天抗压强度12-25Mpa，孔隙率25-40％，渗透系数0.10-0.25cm/s，pH值：7.0-8.0。
在上述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土中，进一步的，所述高贝利特硫铝酸盐水泥的主要性能指标为：3天抗压强度40-45MPa、28天抗压强度60-70MPa、初凝时间25-40min、终凝时间40-50min。
在上述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土中，进一步的，所述陶粒骨料的主要性能指标为：筒压强度：12-18MPa、堆积密度850-896kg/m3、吸水率≤5％，颗粒尺寸15-20mm。
在上述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土中，进一步的，所述缓释型全营养肥料的主要指标为：(N+P2O5+K2O)总含量控制范围为25％-40％，有效硅≥6％，有效钙≥6％，有效镁≥6％，粒度2-3mm，pH在9-9.5之间。
一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法，所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一：搅拌：首先将拌和均匀的低碱度高贝利特硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与陶粒搅拌60-90s，然后加入70％的水和减水剂，搅拌60-90s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌90-120s，总搅拌时间为210-300s；
步骤二：成型与养护：当调整到设计要求的混凝土塌落度(100-250mm)之后，采用人工浇筑，振动成型，振动时间为5s-10s，试件成型后先养护1天，然后进行拆模，接着继续放置在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿环境中进行养护，养护时间不低于7天；
步骤三：播种：将缓释型全营养肥料和空隙填充土混合均匀，然后采用灌浆法填充进陶粒混凝土孔隙中，再将植物种子与表层客土拌合均匀，在陶粒混凝土表层覆盖1cm-2cm的一层。
在上述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法中，进一步的，所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法在步骤三之后还设有步骤四，步骤四为维护：在播种后，用草帘子覆盖在客土层表面，以保护草籽正常发芽。
日常可根据需要采用洒水养护，一方面利于植物生长，另一方面利于水溶性碱性矿物的排出。
综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：
1、本发明采用低碱度的高贝利特硫铝酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，提供更适于植物生长的碱度环境。
2、本发明用固废制各的轻质高强陶粒代替普通骨料，减轻混凝土自重，并提高保水能力和耐久性。
3、本发明采用基于硅钙钾镁肥的缓释型全营养肥料促进植物生长，提高多孔混凝土固土和绿化效能。
4、本发明所利用低碱度胶凝材料和陶粒均是全固废制各的新材料，与土壤、肥料组成一个有机整体，空隙分布均匀，植物相容性较佳。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：
1、植物，2、覆土层，3、生态混凝土，4、缓释性全营养肥料，5、陶粒骨料，6、填充材料，7、高贝利特硫铝酸盐水泥。
具体实施方式
植生混凝土研究和推广过程中存在的问题包括：①混凝土使用的胶凝材料一般为硅酸盐水泥，孔隙碱度过高，不适于植物生长；②混凝土制备中大多采用天然骨料，因为不需要承重所以一定程度上造成了资源浪费；③种植材料保水保肥性能需要提升；④植物所需养分的长期供给难以保障。
从改善混凝土的透水透气性、提高植物养分供给、改善植物生长环境角度，我们设计了低碱度的肥料缓释型陶粒多孔混凝土，拟采用低碱度水泥作为胶凝材料、采用固废制备的陶粒代替天然骨料、并通过缓释型全营养肥料供给植物生长的养分，通过配比设计、制备工艺研究，最终设计出低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土。该混凝土能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调，从而为环保做出贡献。
下面就结合图1具体说明本发明。
低碱度胶凝材料利用电石渣、粉煤灰、电解铝渣和脱硫石膏作为原料等工业固体废渣作为原料，采用我公司专利技术(ZL201510834817.3)制备了低碱度的高贝利特硫铝酸盐熟料，可在较低温度下(1300～1350℃)烧成。由此熟料制备了低碱度的水泥，其性能集硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的优点为一体，具有早、中、晚期均衡发展的技术特点。
全固废轻质高强陶粒是人造轻骨料的一种，其原料全部采用固废(铁尾矿、工程弃土和污泥等)，采用我公司技术以1100～1120℃进行煅烧制备了轻质高强陶粒。该陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。可广泛应用于与建材、园艺、污水处理、耐火保温材料、化工、石油等领域。
考虑到为草坪植物长期供给营养，研发了缓释型全营养肥料，既包含大量元素养分(N，P和K)，还包含多种中微量元素(Ca、Mg、Si等)。(N+P2O5+K2O)总含量控制范围为25％-40％，粒度2-3mm，pH在9-9.5之间。为实现养分的缓慢释放，以颗粒尿素为核心，以硅钙钾镁肥为包裹层，并添加一定量的反应性粘接剂，在造粒圆盘中完成多层包裹，即硅钙钾镁肥充当了缓释包裹层，阻隔核心速溶养分的快速释放，确保养分的长期供给。整体工艺制造过程中从核心到包膜层到反应后形成的微溶性化合均为植物营养元素，没有任何聚合物的加入，对环境友好。简言之，缓释型全营养肥料依靠硅钙钾镁肥来提供中微量元素，同时由于硅钙钾镁肥的缓释性，实现了大量元素养分的缓慢释放。
本发明首次提出使用低碱度胶凝材料高贝利特硫铝水泥、固废制备的高强陶粒、缓释型全营养肥料和填充土进行复合制备生态混凝土。三种材料的性能指标见表1-3所示。填充土的基材选择适合植物生长的偏酸性的耕植土，并根据需要加入一定量的有机质、腐殖质、肥料、保水剂等。该混凝土能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调，从而为环保做出贡献。
表1高贝利特硫铝酸盐水泥的主要性能指标
Figure BDA0002697452250000051
表2陶粒骨料的主要性能指标
Figure BDA0002697452250000052
表3缓释型全营养肥料的主要养分指标
Figure BDA0002697452250000053
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1
将表4中的生态混凝土配方1按照步骤一：搅拌：首先将拌和均匀的低碱度高贝利特硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与陶粒搅拌90s，然后加入70％的水和减水剂，搅拌90s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌120s，总搅拌时间为300s；
步骤二：成型与养护：当调整到设计要求的混凝土塌落度250mm之后，采用人工浇筑，振动成型，振动时间为10s，试件成型后先养护1天，然后进行拆模，接着继续放置在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿环境中进行养护，养护时间不低于7天；
步骤三：播种：将填充材料(土壤和缓释型全营养肥料等)混合均匀，然后采用灌浆法填充进陶粒混凝土孔隙中，再将植物种子与表层客土拌合均匀，在陶粒混凝土表层覆盖1cm的一层。
经过搅拌、成型养护、播种和维护后，获得了一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征值为：抗压强度25Mpa，孔隙率25％，渗透系数0.10cm/s，pH值：8.0。
表4生态混凝土配方1
Figure BDA0002697452250000054
Figure BDA0002697452250000061
实施例2
将表5中的生态混凝土配方2按照步骤一：搅拌：首先将拌和均匀的低碱度高贝利特硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与陶粒搅拌60s，然后加入70％的水和减水剂，搅拌60s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌90s，总搅拌时间为210s；
步骤二：成型与养护：当调整到设计要求的混凝土塌落度100mm之后，采用人工浇筑，振动成型，振动时间为5s，试件成型后先养护1天，然后进行拆模，接着继续放置在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿环境中进行养护，养护时间不低于7天；
步骤三：播种：将填充材料(土壤和缓释型全营养肥料，注：不包含粉煤灰和硅灰)混合均匀，然后采用灌浆法填充进陶粒混凝土孔隙中，再将植物种子与表层客土拌合均匀，在陶粒混凝土表层覆盖2cm的一层。
经过搅拌、成型养护、播种和维护后，获得了一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征值为：28d抗压强度12.0Mpa，孔隙率40％，渗透系数0.25cm/s，pH值：7.0。
表5生态混凝土配方2
Figure BDA0002697452250000062
实施例3
将表6中的生态混凝土配方3按照步骤一：搅拌：首先将拌和均匀的低碱度高贝利特硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与陶粒搅拌70s，然后加入70％的水和减水剂，搅拌70s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌100s，总搅拌时间为240s；
步骤二：成型与养护：当调整到设计要求的混凝土塌落度160mm之后，采用人工浇筑，振动成型，振动时间为6s，试件成型后先养护1天，然后进行拆模，接着继续放置在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿环境中进行养护，养护时间不低于7天；
步骤三：播种：将填充材料(土壤和缓释型全营养肥料等)混合均匀，然后采用灌浆法填充进陶粒混凝土孔隙中，再将植物种子与表层客土拌合均匀，在陶粒混凝土表层覆盖1.5cm的一层。
经过搅拌、成型养护、播种和维护后，获得了一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征值为：28d抗压强度20.5Mpa，孔隙率33％，渗透系数0.19cm/s，pH值：7.8。
表6生态混凝土配方3
Figure BDA0002697452250000071
实施例4
将表7中的生态混凝土配方4按照步骤一：搅拌：首先将拌和均匀的低碱度高贝利特硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与陶粒搅拌80s，然后加入70％的水和减水剂，搅拌80s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌100s，总搅拌时间为260s；
步骤二：成型与养护：当调整到设计要求的混凝土塌落度210mm之后，采用人工浇筑，振动成型，振动时间为8s，试件成型后先养护1天，然后进行拆模，接着继续放置在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿环境中进行养护，养护时间不低于7天；
步骤三：播种：将填充材料(土壤和缓释型全营养肥料等)混合均匀，然后采用灌浆法填充进陶粒混凝土孔隙中，再将植物种子与表层客土拌合均匀，在陶粒混凝土表层覆盖1.5cm的一层。
经过搅拌、成型养护、播种和维护后，获得了一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征值为：28d抗压强度16.6Mpa，孔隙率29.6％，渗透系数0.15cm/s，pH值：7.5。
表7生态混凝土配方4
Figure BDA0002697452250000072
通过上述实施例，可以知道当高贝特硫铝酸盐水泥和高强陶粒使用量增加时，生态混凝土的抗压强度保持增长趋势；当组分中粉煤灰和硅灰的使用量增加时，生态混凝土的pH值保持降低趋势。配方3在保证生态混凝土拥有较高的28d抗压强度20.5Mpa的同时获得了孔隙率33％，渗透系数0.19cm/s，pH值：7.8的优化参数。
总之，本发明采用低碱度水泥作为胶凝材料、采用固废制备的陶粒代替天然骨料、并通过缓释型全营养肥料供给植物生长的养分，通过配比设计、制备工艺研究，最终得到低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土。该混凝土能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调，从而为环保做出贡献。
本发明所采用的低碱度水泥的配方范围(重量百分比)：干燥电石渣50-60％、干燥粉煤灰20-30％、干燥电解铝渣7-10％和干燥脱硫石膏10-15％。将四种原料按配方进行混合物料并添加硼酸，然后进行粉磨，得到粉状水泥生料；对水泥生料进行煅烧，煅烧温度为1280～1290℃，煅烧时间为40～45分钟，直至水泥熟料矿物全部形成，得到水泥熟料，冷却至室温；其中水泥熟料中的矿物组成为：56.2～60％的à型C2S，26.8～29.8％的以及13.2～14.6％的C4AF。
综上所述，本发明提供一种采用低碱度水泥作为胶凝材料、采用固废制备的陶粒代替天然骨料，能够提供满足植物的生长环境，有利于生态混凝土的轻量化，很大程度上利用了固废、节约资源，不仅能有效地减少环境负荷，并能与生态环境相协调的碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土及其制备方法。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征在于：所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土由以下重量份数的原料制成：高贝利特硫铝酸盐水泥90-130份、水45-60份、高强陶粒250-320份、减水剂1.2-2.0份、粉煤灰25-40份、硅灰10-15份、缓释型全营养肥料3-5份、空隙填充土8-15份、表层客土8-15份。
2.根据权利要求1所述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征在于：所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的特征值：28天抗压强度12-25Mpa，孔隙率25-40％，渗透系数0.10-0.25cm/s，pH值：7.0-8.0。
3.根据权利要求1所述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征在于：所述高贝利特硫铝酸盐水泥的主要性能指标为：3天抗压强度40-45MPa、28天抗压强度60-70MPa、初凝时间25-40min、终凝时间40-50min。
4.根据权利要求1所述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征在于：所述陶粒骨料的主要性能指标为：筒压强度：12-18MPa、堆积密度850-896kg/m3、吸水率≤5％，颗粒尺寸15-20mm。
5.根据权利要求1所述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土，其特征在于：所述缓释型全营养肥料的主要指标为：N+P2O5+K2O总含量控制范围为25％-40％，有效硅≥6％，有效钙≥6％，有效镁≥6％，粒度2-3mm，pH在9-9.5之间。
6.一种低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法，其特征在于：所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一：搅拌：首先将拌和均匀的低碱度高贝利特硫铝酸盐水泥、粉煤灰、硅灰与陶粒搅拌60-90s，然后加入70％的水和减水剂，搅拌60-90s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌90-120s，总搅拌时间为210-300s；
步骤二：成型与养护：当调整到设计要求的100-250mm，采用人工浇筑，振动成型，振动时间为5s-10s，试件成型后先养护1天，然后进行拆模，接着继续放置在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿环境中进行养护，养护时间不低于7天；
步骤三：播种：将缓释型全营养肥料和空隙填充土混合均匀，然后采用灌浆法填充进陶粒混凝土孔隙中，再将植物种子与表层客土拌合均匀，在陶粒混凝土表层覆盖1cm-2cm的一层。
7.根据权利要求6所述的低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法，其特征在于：所述低碱度的肥效缓释型陶粒植生混凝土的制备方法在步骤三之后还设有步骤四，步骤四为维护：在播种后，用草帘子覆盖在客土层表面，以保护草籽正常发芽。
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