CN112279673B - 一种泡沫混凝土植生基体及其制备与使用方法 - Google Patents

一种泡沫混凝土植生基体及其制备与使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种泡沫混凝土植生基体及其制备与使用方法，属于建筑材料技术领域，按重量比，先将0.2％～0.5％SAP颗粒中掺入需要种植的植物种子或幼苗，并预吸收4％～10％水后，在模具底层均布0.5cm～1cm厚薄层；将剩余SAP颗粒预吸收2.8％～4.0％硼酸溶液和0.7％～1.0％柠檬酸溶液后，与27.0％～35.0％P.O 42.5级水泥、25.0％～30.0％400目以上煤矸石粉、3.0％～5.0％200目以上稻壳灰、0.2％～0.4％椰子油、0.5％～0.7％1cm～3cm耐碱玻璃纤维、0.1％～0.2％聚羧酸减水剂、剩余水混料拌制均匀，按比例将30％双氧水加入浆体继续搅拌制得发泡浆体；筑入模具，硬化成型后翻转制得植生基体。该泡沫混凝土植生基体性能优异，适用于各类城市绿化、家庭空中花园、盆栽等工程。

Description

一种泡沫混凝土植生基体及其制备与使用方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种泡沫混凝土植生基体及其制备与使用方法。
背景技术：
目前，在城市绿化中，可种植的有效面积是关键问题。而立体绿化将是一条有效的技术途径。无论是景观建设或者是家庭空中花园等，都需要性能可靠、制作简单、成本低廉的植生基体。现有的植生基体多为塑料容器填充土壤、大孔织物加固土壤等。其不能有效满足植生基体转运、复杂地貌施工等，更不适用于进行立面铺装作业。植生基体泡沫混凝土作为一种轻质无机材料，其原料丰富，成本低廉，且力学性能优异、可调性良好。利用泡沫混凝土制备植生基体可以方便的进行制作、转运、造型、铺装、更替等，而且成本相对现有植生基体材料较低，是满足新时期城市绿化要求的一条有效的技术途径。日本竹内政典，津下圭吾，戸来义仁的专利号为JP2013130059A的《绿化促进部材及び植生基体》专利是以纤维织物为基体，负载其它种植介质如土壤等作为植生基体。陕西省武周强的专利号为202010178878.X的《露天种植模块》专利是以塑料托盘、线管为主体制作供植物生长的植生模块，但其需要其它种植介质共同使用。2013年混凝土杂志第02期王桂玲，王龙志，张海霞等发表的题为《植生混凝土的配合比设计、碱度控制、植生土及植物选择》一文中研究了利用透水混凝土为基体，填充土壤等种植介质的植生可行性，但论文中只讨论了透水混凝土材料，未涉及泡沫混凝土材料的内容。2018年混凝土杂志第12期中应俊辉发表的题为《低碱度植生混凝土与植物的兼容性研究》一文中就低碱度透水混凝土制备植生材料与植物生长的兼容性进行了研究，但论文中涉及的是透水混凝土，即采用胶凝材料将大颗粒骨料粘结形成内部含有大孔的混凝土材料用于植生，和本发明专利从材料组成与结构体系方面有本质区别。2019年新型建筑材料杂志第03期蒋涛，陈建国，李林等发表的题为《植生混凝土制备及性能研究进展》的论文中综述了现有植生混凝土材料研究与应用，但文中所涉及的同样也是以透水混凝土为主体的植生材料。2019年混凝土杂志第09期李晓、赵静文发表的题为《利用SAP颗粒对植生泡沫混凝土28d龄期内碱度的调控研究》一文中研究了SAP颗粒预吸降碱溶液对泡沫混凝土28d龄期内碱度的调控，文中随涉及了对泡沫混凝土碱度调控，但其采用的是硫铝酸盐水泥等为主要材料，和本发明专利存在本质上区别，而且文中仅讨论了泡沫混凝土碱度调控方面内容，未涉及本发明专利中所涵盖的采用煤矸石粉、稻壳灰提供矿物质和养分等植生要素。总之，现有的研究成果和论文大多是采用塑料器皿或织物，以及透水混凝土填充种植介质制备植生基体，利用普通硅酸盐水泥复掺蓄水性基质、矿物质等制备植生基体方面的研究几乎没有。随着现代城市绿化对复杂作业面要求的日益提高，迫切需要研发新型植生基体，以解决无机植生体系构建及植生方式优化技术难题。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种泡沫混凝土植生基体及其制备与使用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种泡沫混凝土植生基体，包括组分及重量百分比为：
Figure BDA0002753649740000021
所述的双氧水质量浓度为30％，所述的硼酸溶液质量浓度为2～4％，柠檬酸溶液质量浓度为0.5～1％。
所述的泡沫混凝土植生基体制备方法，包括以下步骤：
(1)按泡沫混凝土植生基体比例进行备料；
(2)向占泡沫混凝土植生基体质量0.2％～0.5％的SAP颗粒中掺入需要种植的植物种子或幼苗，并预吸收总水量4％～10％的水后，在模具底层均布薄层，所述的薄层厚度为0.5cm～1cm；
(3)将剩余的SAP颗粒预吸收2.8％～4.0％的硼酸溶液和0.7％～1.0％的柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm～3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂和剩余水混料拌制均匀，获得浆体，然后按比例将双氧水加入浆体，继续搅拌15～25s，制得发泡浆体；
(4)将发泡浆体浇筑入模具，发泡浆体硬化强度大于0.1Mpa后形成泡沫混凝土，并拆模，翻转制得泡沫混凝土植生基体。
所述的步骤(4)中，制备的泡沫混凝土植生基体28d抗压强度为0.32～0.34MPa，容重为230～280kg/m3，泡沫混凝土孔隙率为64～70％，300s透水量为25～30kg/m2，入渗率为310～350mm/h，蓄水量为0.25～0.45g/cm3，相对湿度50％时，7d失水率为70-74％，1d～28dpH值为8.3～9.6。
本发明还提供了根据泡沫混凝土配合比，各原料重量百分比的调整方法，以及植生基体的使用方法。
所述的泡沫混凝土植生基体的使用方法，包括以下步骤：
(1)根据泡沫混凝土植生基体配比进行备料，配合比，可将各原料重量百分比进行调整，具体的，P.O 42.5级水泥的调整范围为27.0％～35.0％，400目以上煤矸石粉的调整范围为25.0％～30.0％，200目以上稻壳灰的调整范围为3.0％～5.0％，双氧水的调整范围为5.0％～7.0％，椰子油的调整范围为0.2％～0.4％，1cm～3cm耐碱玻璃纤维的调整范围为0.5％～0.7％，水调整范围为27.0％～37.0％，聚羧酸减水剂的调整范围为0.1％～0.2％，硼酸溶液调整范围2.8％～4.0％；柠檬酸溶液调整范围0.7％～1.0％；
(2)按照步骤(1)～(4)的工艺操作，发泡浆体硬化强度大于0.1Mpa后拆模，翻转180度后使用，直至完成植物生长周期。
本发明的有益效果：
本发明的植生泡沫混凝土基体采用普通硅酸盐水泥为胶凝材料，水泥水化产生大量的氢氧化钙等碱性物质，复掺煤矸石粉和稻壳灰，可提供碱活性材料消耗碱性物质，复掺预吸收硼酸和柠檬酸溶液的SAP颗粒，利用其在水泥浆体硬化过程中离子交互和湿度梯度导致酸性溶性缓释，中和泡沫混凝土内部碱性物质，同时煤矸石粉和稻壳灰还为植物生长提供了必须的养分，SAP的可重复性吸放液相能力，也为植物生长提供了必须的蓄水性，泡沫混凝土内部密布的孔隙及SAP颗粒释放液相后体积收缩而产生的连通性缝隙为水分渗透及植物根系扩张提供了路径和空间。制备的植生基体质轻，具有良好蓄水性、可通过浇灌营养液和降碱溶液持续维持植物维生环境，制作方便，成本低廉，可以应用于各类城市绿化、立体绿化、家庭空中花园、盆栽等工程。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的植生基体结构示意图；
图2为本发明实施例1制备的植生基体种植模型结构示意图；其中：
1-泡沫混凝土，2-侧模，3-种子，4-0.2～0.5％SAP颗粒，5-底模。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种泡沫混凝土植生基体，包括组分及重量百分比为：
Figure BDA0002753649740000041
所述的双氧水质量浓度为30％，所述的硼酸溶液质量浓度为2～4％，柠檬酸溶液质量浓度为0.5～1％。
所述的泡沫混凝土植生基体制备方法，包括以下步骤：
(1)按泡沫混凝土植生基体比例进行备料；
(2)向占泡沫混凝土植生基体质量0.2％～0.5％的SAP颗粒中掺入需要种植的植物种子或幼苗，并预吸收总水量4％～10％的水后，在模具底层均布薄层，所述的薄层厚度为0.5cm～1cm；
(3)将剩余的SAP颗粒预吸收2.8％～4.0％的硼酸溶液和0.7％～1.0％的柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm～3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂和剩余水混料拌制均匀，获得浆体，然后按比例将双氧水加入浆体，继续搅拌15～25s，制得发泡浆体；
(4)将发泡浆体浇筑入模具，发泡浆体硬化强度大于0.1Mpa后形成泡沫混凝土，并拆模，翻转制得泡沫混凝土植生基体，制备的泡沫混凝土植生基体28d抗压强度为0.32～0.34MPa，容重为230～280kg/m3，泡沫混凝土孔隙率为64～70％，300s透水量为25～30kg/m2，入渗率为310～350mm/h，蓄水量为0.25～0.45g/cm3，相对湿度50％时，7d失水率为70-74％，1d～28d pH值为8.3～9.6。
本发明还提供了根据泡沫混凝土配合比，各原料重量百分比的调整方法，以及植生基体的使用方法。
所述的泡沫混凝土植生基体的使用方法，包括以下步骤：
(1)根据泡沫混凝土植生基体配比进行备料，配合比，可将各原料重量百分比进行调整，具体的，P.O 42.5级水泥的调整范围为27.0％～35.0％，400目以上煤矸石粉的调整范围为25.0％～30.0％，200目以上稻壳灰的调整范围为3.0％～5.0％，双氧水的调整范围为5.0％～7.0％，椰子油的调整范围为0.2％～0.4％，1cm～3cm耐碱玻璃纤维的调整范围为0.5％～0.7％，水调整范围为27.0％～37.0％，聚羧酸减水剂的调整范围为0.1％～0.2％，硼酸溶液调整范围2.8％～4.0％；柠檬酸溶液调整范围0.7％～1.0％；
(2)按照步骤(1)～(4)的工艺操作，发泡浆体硬化强度大于0.1Mpa后拆模，翻转180度后使用，直至完成植物生长周期。
实施例1
一种植生泡沫混凝土基体，由下述重量百分比的组分组成：
Figure BDA0002753649740000051
按比例，先将占泡沫混凝土植生基体质量0.3％的SAP颗粒中掺入需要种植的高羊茅种子，并预吸收适量的水后，在模具底层均布成0.5cm～1cm厚的薄层；将剩余的SAP颗粒预吸收质量百分比3％硼酸溶液和质量百分比1％柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm～3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂、剩余水混料拌制均匀，然后按比例将质量百分比30％双氧水加入浆体继续搅拌15～25s，制得发泡浆体；将发泡浆体浇筑入模具，19小时后硬化强度大于0.1MPa，获得泡沫混凝土，并进行拆模，翻转制得植生基体，制备的植生基体结构示意图如图1所示，包括泡沫混凝土1，侧模2，种子3，0.2～0.5％SAP颗粒4和底模5，。植生基体容重248kg/m3，泡沫混凝土孔隙率68％，300s透水量29.1kg/m2，入渗率341mm/h，蓄水量0.28g/cm3，28d抗压强度0.32MPa，相对湿度50％时，7d失水率74％，1d～28d pH值为8.6～9.3。
使用植生基体进行植物种植，植生基体种植模型结构示意图如图2所示，7天后第一次浇灌，采用3％硼酸和1％尿素混合溶液，植生基体9天后发芽，17天后植物根系进入泡沫混凝土层。
实施例2
一种植生泡沫混凝土基体，由下述重量百分比的组分组成：
Figure BDA0002753649740000061
按比例，先将占泡沫混凝土植生基体质量0.2％的SAP颗粒中掺入需要种植的高羊茅种子，并预吸收适量的水后，在模具底层均布成0.5cm～1cm厚的薄层；将剩余的SAP颗粒预吸收质量百分比3％硼酸溶液和质量百分比1％柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm～3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂、剩余水混料拌制均匀，然后按比例将质量百分比30％双氧水加入浆体继续搅拌15～25s，制得发泡浆体；将发泡浆体浇筑入模具，15小时后硬化强度大于0.1MPa，进行拆模，翻转制得植生基体。植生基体容重272kg/m3，泡沫混凝土孔隙率64％，300s透水量26.3kg/m2，入渗率311mm/h，蓄水量0.45g/cm3，28d抗压强度0.34MPa，相对湿度50％时，7d失水率70％，1d～28d pH值为8.7～9.6。
5天后第一次浇灌，采用3％硼酸和1％尿素混合溶液，植生基体10天后发芽，19天后植物根系进入泡沫混凝土层。
实施例3
一种植生泡沫混凝土基体，由下述重量百分比的组分组成：
Figure BDA0002753649740000071
按比例，先将占泡沫混凝土植生基体质量0.3％的SAP颗粒中掺入需要种植的薄荷种子，并预吸收适量的水后，在模具底层均布成0.5cm～1cm厚的薄层；将剩余的SAP颗粒预吸收质量百分比3％硼酸溶液和质量百分比1％柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm～3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂、剩余水混料拌制均匀，然后按比例将质量百分比30％双氧水加入浆体继续搅拌15～25s，制得发泡浆体；将发泡浆体浇筑入模具，20小时后硬化强度大于0.1MPa，进行拆模，翻转制得植生基体。植生基体容重252kg/m3，泡沫混凝土孔隙率66％，300s透水量28.4kg/m2，入渗率322mm/h，蓄水量0.33g/cm3，28d抗压强度0.32MPa，相对湿度50％时，7d失水率73％，1d～28d pH值为8.4～9.2。
15天后第一次浇灌，采用3％硼酸和1％尿素混合溶液，植生基体11天后发芽，20天后植物根系进入泡沫混凝土层。
实施例4
一种植生泡沫混凝土基体，由下述重量百分比的组分组成：
Figure BDA0002753649740000081
按比例，先将占泡沫混凝土植生基体质量0.2％的SAP颗粒中掺入需要种植的薄荷种子，并预吸收适量的水后，在模具底层均布成0.5cm～1cm厚的薄层；将剩余的SAP颗粒预吸收质量百分比3％硼酸溶液和质量百分比1％柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm～3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂、剩余水混料拌制均匀，然后按比例将质量百分比30％双氧水加入浆体继续搅拌15～25s，制得发泡浆体；将发泡浆体浇筑入模具，18小时后硬化强度大于0.1MPa，进行拆模，翻转制得植生基体。植生基体容重231kg/m3，泡沫混凝土孔隙率68％，300s透水量29.2kg/m2，入渗率331mm/h，蓄水量0.26g/cm3，28d抗压强度0.32MPa，相对湿度50％时，7d失水率74％，1d～28d pH值为8.8～9.6。
15天后第一次浇灌，采用3％硼酸和1％尿素混合溶液，植生基体11天后发芽，20天后植物根系进入泡沫混凝土层。
对比例1-1
同实施例1，区别在于SAP颗粒加入量不同：
当SAP颗粒总体加入量为0.2％，其中，用于种子掺入的SAP颗粒占泡沫混凝土植生基体质量0.15％，经检测，制备的泡沫混凝土植生基体蓄水性不良，且影响营养液和降碱溶液缓释效果；
当SAP颗粒总体加入量为0.7％时，其中，用于种子掺入的SAP颗粒占泡沫混凝土植生基体质量0.6％，经检测，对泡沫混凝土内部结构成型负面影响过大，且早期失水严重，不利于浆体发泡。
对比例1-2
同实施例1，区别在于煤矸石粉加入量不同：
当煤矸石粉加入量为24％时，经济性较差、对基体碱度降低作用不足且矿物元素提供量较低，经7天后采用3％硼酸和1％尿素混合溶液第一次浇灌，植生基体15天后发芽率低，且株体纤细，植物根系未进入泡沫混凝土层。
当煤矸石粉加入量为31％时，泡沫混凝土硬化后出现塌模，对其成型性能造成本质影响，且发泡浆体早期强度小于0.1MPa。
对比例1-3
同实施例1，区别在于硼酸溶液浓度不同：
当硼酸溶液浓度为5％时：经检测，泡沫浆体中离子交换加剧，导致泌水出现，造成硼酸流失，无法实现良好发泡，且丧失缓释降碱的作用；
当硼酸溶液浓度为2％时：对早期植生基体的降碱作用不佳，pH值为10.5～11.6。
对比例1-4
同实施例1，区别在于，将硼酸溶液和柠檬酸溶液替换为同样具有降碱作用的醋酸溶液+-氯化亚铁溶液组合，二者浓度分别为3.0％和1.0％时，制得植生基体后，经检测，相应的结果为1d～28d pH值9.8～11.0，且对泡沫混凝土成型有较大影响，出现塌模。
综上可见，本申请的硼酸和柠檬酸的配合使用，是经过大量酸性盐、强酸和弱酸实验后最终优选出的既对泡沫混凝土制备无显着负面影响，又具有显着降碱效果的降碱物质，而硼酸溶液的浓度也是经过大量实验最终优选出的。

Claims (2)

1.一种泡沫混凝土植生基体的制备方法，其特征在于，所述的泡沫混凝土植生基体组分及重量百分比为：
P.O 42.5级水泥 27.0%~35.0%；
400目以上煤矸石粉 25.0%~30.0%；
200目以上稻壳灰 3.0%~5.0%；
双氧水 5.0%~7.0%；
SAP颗粒 0.3%~0.6%；
椰子油 0.2%~0.4%；
1cm~3cm耐碱玻璃纤维 0.5%~0.7%；
聚羧酸减水剂 0.1%~0.2%；
硼酸溶液 2.8%~4.0%；
柠檬酸溶液 0.7%~1.0%；
水 27.0%~37.0%；
所述的双氧水质量浓度为30%，所述的硼酸溶液质量浓度为2~4%，柠檬酸溶液质量浓度为0.5~1%；
所述的方法包括以下步骤：
(1)按所述的泡沫混凝土植生基体比例进行备料；
(2)向占泡沫混凝土植生基体质量0.2%~0.5%的SAP颗粒中掺入需要种植的植物种子或幼苗，并预吸收总水量4%~10%的水后，在模具底层均布薄层，所述的薄层厚度为0.5cm~1cm；
(3)将剩余的SAP颗粒预吸收硼酸溶液和柠檬酸溶液后，按比例与P.O 42.5级水泥、400目以上煤矸石粉、200目以上稻壳灰、椰子油、1cm~3cm耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂和剩余水混料拌制均匀，获得浆体，然后按比例将双氧水加入浆体，继续搅拌15~25s，制得发泡浆体；
(4)将发泡浆体浇筑入模具，发泡浆体硬化强度大于0.1Mpa后形成泡沫混凝土，并拆模，翻转制得泡沫混凝土植生基体，制备的泡沫混凝土植生基体28d抗压强度为0.32~0.34MPa，容重为230~280kg/m3，泡沫混凝土孔隙率为64~70%，300s透水量为25~30kg/m2，入渗率为310~350mm/h，蓄水量为0.25~0.45g/cm3，相对湿度50%时，7d失水率为70-74%，1d~28d pH值为8.3~9.6。
2.权利要求1所述泡沫混凝土植生基体的制备方法制备的泡沫混凝土植生基体的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据泡沫混凝土植生基体配比进行备料，各原料重量百分比能够进行调整，具体的，P.O 42.5级水泥的调整范围为27.0%~35.0%，400目以上煤矸石粉的调整范围为25.0%~30.0%，200目以上稻壳灰的调整范围为3.0%~5.0%，双氧水的调整范围为5.0%~7.0%，椰子油的调整范围为0.2%~0.4%，1cm~3cm耐碱玻璃纤维的调整范围为0.5%~0.7%，水调整范围为27.0%~37.0%，聚羧酸减水剂的调整范围为0.1%~0.2%，硼酸溶液调整范围2.8%~4.0%；柠檬酸溶液调整范围 0.7%~1.0%；
(2)按照权利要求1步骤(1)~(4)的工艺操作，获得发泡浆体硬化强度大于0.1Mpa后拆模，翻转180度后使用，直至完成植物生长周期。
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