CN112723844B - 一种轻质植生型多孔混凝土预制件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轻质植生型多孔混凝土预制件及其制备方法；多孔混凝土预制件由浇筑成型的多孔混凝土基体及任选的表面处理层构成。所述多孔混凝土基体由相对较低的低孔隙率的底层基体和相对较高的高孔隙率的上层基体组成；底层基体和上层基体均含大小粒径不等的轻质多孔陶球型骨料和粒径较小的轻质多孔陶粒骨料。所述表层处理层为含有水不溶性高分子聚合物的封闭性表面，经由混凝土表面处理剂涂覆制成。本发明所制备的多孔混凝土预制件孔隙率高、密度低且具有较高持水涵水能力。

Description

一种轻质植生型多孔混凝土预制件及其制备方法
技术领域
本发明涉及生态环境工程材料领域，具体涉及一种可供植物生长的植生型多孔混凝土制品及其制备方法与应用。
背景技术
植生型混凝土也又称植被混凝土或生态混凝土，可分为孔洞型、多孔连续型等形式。其中孔洞型绿化混凝土并不属于真正的生态混凝土，是在传统混凝土块体上设计孔洞为绿色植物提供生长空间，应用于阳台等不与土壤直接相连的地方。目前通常的植生混凝土多由骨料、水泥、水及添加剂混合搅拌而成，例如由粗骨料和水泥胶结而成，其特征是具有连续空隙结构，因此具有一定的透水率和空隙率。植生型混凝土内部的连续空隙结构为植物根系提供生长空间，使植物能在上面生长，可用于市政工程、坡面结构以及河流护岸等绿化与保护。其网络结构可以有效地抵抗雨水冲刷，防止水土流失，而同时雨水能够下渗回流，补充地下水位。
在目前的植生型混凝土中，多孔生态混凝土应用最为广泛，是由表面包覆水泥浆的粗骨料的具有多孔结构的大孔混凝土材料，其内部存在大量连续孔隙并具有低碱特性，植物根系可以穿过混凝土基体深入到土壤层中吸收土壤中养分(用土壤覆盖混凝土，播种相应的植物)。也可以在孔隙中灌入营养物质。多孔生态混凝土在实际应用时通常由多孔生态混凝土基体和植物生长基体例如腐殖土、土壤、肥料、种子等组成，广泛应用生态护坡和道路边坡绿化或隔离带绿化。还可以用于植生停车场、植生人行道，以及植生型屋顶、阳台、墙体等。
然而，植生混凝土中没有植物生长营养组分，只能通过外部覆盖层获得养分和水分，其结构对于获得外部营养和水分的能力较为重要。更重要的是，由于现有的植生混凝土骨料通常采用碎石等实心骨料，导致植生混凝土孔隙率低，不能适应植物根系延伸的生长需要。尽管部分现有技术将可降解骨料或植物性纤维添加料引入植生混凝土为植物生长提供营养和孔隙率，但是随着可降解骨料降解腐烂，混凝土结构变得疏松，强度随之严重下降甚至碎裂。
多数现有技术中多孔生态混凝土的制备材料有水泥等胶结料、粗骨料、水以及外加剂。其中，最常见的粗骨料为碎石，或者废弃混凝土粒或陶粒。这就导致了两个突出的问题，一个是骨料本身不具备孔隙且孔隙率极低，持水性差并且密度较高；二是混凝土本身缺少孔隙且碱性太高，不利于植物生长。另外，尽管采用碎石等骨料有利于提高生态混凝土强度和抗压性，但是大多数的绿化铺装用途中，其并不需要太高的强度和抗压性，过于追求力学性能反而降低了植物生长性需求。最后，对于添加了植物性组分的生态混凝土，其耐久性变得更差。
另外，现有技术中生态混凝土的施工通常为现场浇筑，例如混凝土喷浆护坡、混凝土灌浆等，这种现场灌浆存在的问题有：混凝土由于温差导致内部缩胀程度不同，易龟裂、风化、腐蚀。例如CN110698222A公开了一种石质边坡生态防护用复合式植被混凝土及其制备方法，该复合式植被混凝土包括底层锚固混凝土和上层定植混凝土；混凝土包括粗骨料、陶粒、秸秆短料、秸秆长料、羧甲基纤维素等组分。其采用喷射施工，在石质边坡表面形成粗糙锚固底层、中层多孔层和表面定植层，尽管这种施工方法可以使得与石质坡面结合力强，但是除了存在上述灌浆问题，其弊端还包括：1)现浇混凝土的质量难以控制，空隙率分布不一致,长期雨水冲刷容易在底部产生滑移破损；2)水分截留难度大(坡度的存在使得持水性差，当雨水不足时，表面植物容易缺水而死)、植物扎根受阻等问题，而且需要大型机械施工，难以灵活应用于规模较小的场所绿化。
现有技术中关于生态混凝土的技术可列举如下。
CN106522164A公开了一种灌木种植型生态混凝土构件及其制备方法。构件包括：构件主体，多个种植孔，多个锚固孔；多个所述种植孔均匀分布于主构件上；多个锚固孔设置于构件主体上，所述锚固孔用于将混凝土构件与护坡相锚固；所述构件主体为以陶粒作为骨料，构件主体具有20％～30％的空隙率。
CN105272071A公开了一种海绵体混凝土砖及其应用。该混凝土砖，由混凝土制备而成，混凝土包括水泥、砂子、园林废弃物、再生石和光亮剂。使用园林废弃物实现了城市建设过程中对园林废弃物材料再生资源的优化配置。
CN106830831A公开了一种高抗折弯的植物相容型生态混凝土，原料包括再生混凝土骨料、普通硅酸盐水泥、十二烷基苯硫酸钠、亚硝酸钠防冻剂、醋酸乙烯-乙烯共聚物、中聚羧酸减水剂、低碱值合成烷基苯磺酸钙、油酸、丙烯酸共聚物、活性掺合料、木质磺酸盐、氯化钙、玉米酒糟、吸水树脂、稳泡剂、水；具有强度高，稳定性和耐久性持久，并且不会发生质变，有更好的促进植物生长能力和生态修复能力。
CN105532300A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；所述透水层以硅酸盐水泥、骨料、5044n胶粉为固体原料，所述基底营养层以蓄水材料、胶黏材料、黄土、花生壳粉、牡蛎壳粉、长效复合肥、5044n胶粉为固体原料，所述表面生长层以水泥、黄土、草种子、长效缓释复合肥、100目河沙、5044n胶粉为固体原料。该植物相容型生态混凝土可使植物在其表面生长，具有绿化土地、美化环境、改善生态的作用，且其采用破碎混凝土作为蓄水材料，可实现混凝土的循环再利用。
CN 106718275 A公开了一种多孔生态混凝土植生基材及其制备方法和应用，所述植生基材主要是由土壤化淤泥、保水剂、保肥材料、有机肥、农业菌剂和ph调节剂制成。相对于现有技术，多孔生态混凝土植生基材利用土壤化淤泥替代天然土壤，达到了变废为宝的目的。在植生基材中加入农业菌剂，可有效抑制病原菌滋生，解磷解钾固氮，促进植物生长，绿色环保。土壤ph调节剂可以起到中和混凝土内部的碱度，让植物得到最佳的生长环境条件。
CN110041024A公开了一种植被混凝土及其制备方法。所述植被混凝土由以下重量份配比的原料制成：水泥5～10份、膨润土10～20份、沙壤土40～50份、粉煤灰20～30份、农作物秸秆15～20份、磷尾矿粉5～8份、尿素5～8份、复合肥6～8份、缓释肥3～5
份、复合菌剂0.1～0.5份、减水剂0.2～0.5份、水5～10份、植被种子0.1～0.3份。该植被混凝土含有丰富的营养成分，可以为喷射后植被的生长提供必要的养分，且该植被混凝土表面及内部具有均匀分布的孔穴结构，透水、透气，适合植被生长。
综合上述现有技术可知，当前植生型多孔生态混凝土的应用存在以下主要缺点：
1)由于碎石高密度骨料等材料的运用以及混凝土组分直接搅拌制浆/成型工艺的采用，导致多孔混凝土及其制备的构件密度高，重量大，不利于运输与施工；而且其孔隙仅仅来源于形状不规则的碎石实心粗骨料或陶粒细骨料之间的颗粒空隙，孔隙率较低且不均匀。
2)现有的植生型多孔生态混凝土尽管具有优良的透水性能，但是持水涵水能力差，导致植物根系容易缺水。由于透水和涵水特性是互为矛盾的，现有技术中的产品难以兼顾该两个特性，即，无法同时获得具有较好的持水涵水性、透水性和透气性的多孔混凝土制品(具体地，由于碎石骨料自身密实，本身没有孔隙，即使陶粒的孔隙率也很低，导致占混凝土很大部分的骨料材料储水能力降低，进而导致混凝土制品整体吸水涵性能大大减弱)。
3)对于现浇多孔混凝土，其浇筑质量难以控制，所制作得的生态混凝土孔隙率分布不一致，质量不稳定；而且凝固过程容易中受外界影响导致内部缩胀程度不同，易龟裂、风化、腐蚀，进而在雨水冲刷时容易在底部产生滑移破损；而且浇筑施工尤其是坡面施工时混凝土水分截留难度大、植物扎根容易受阻。
4)在普通绿化应用时，过于注重生态混凝土强度和抗压性(大多数绿化用途无需高强度承压)，忽视了降低水泥水化浆体的PH值和孔隙分布，导致不适合植物生长。
5)现有技术采用了大量易降解的骨料组分，导致生态混凝土及其制品耐久性差。
因此，需要开发新的植生型轻质多孔混凝土及其预制件以克服上述缺陷。
发明内容
为克服上述现有技术中的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种孔隙率高、密度低且具有较高持水涵水能力的轻质植生型多孔混凝土预制件。本发明另一个目的在于提供上述轻质植生型多孔混凝土预制件的制备方法以及应用。
为解决上述技术问题，本发明在植生型多孔混凝土预制件的制备中采用了较高含量的经过造孔处理的轻质多孔陶球骨料以及较少量的同质陶粒骨料，通过多级层次的多孔骨料和水泥浆体混合实现骨料包裹，经二次造孔和硬化后形成具有多层次孔隙结构的轻质多孔混凝土结构。并通过特定的原料组分搭配，使得预制件结构及理化性质适应植物的生长特性。
本发明具体技术方案如下。
第一个方面，本发明提供一种轻质植生型多孔混凝土预制件，由浇筑成型且经过造孔处理的多孔混凝土基体(密度低于1g/cm3)及任选的表面处理层构成。优选地，所述多孔混凝土基体由相对较低的低孔隙率(优选大于25％)的底层基体和相对较高的高孔隙率(大于35％)的上层基体组成；底层基体和上层基体均含大小粒径不等的轻质多孔陶球型骨料和粒径较小的轻质多孔陶粒骨料。所述表层处理层为含有水不溶性高分子聚合物的封闭性表面，经由混凝土表面处理剂涂覆制成。
其中，为保证底层基体和上层基体具有较好的相容性，其制备原料各组分种类相同，仅含量有所区别。
具体地，本发明所述多孔混凝土基体由以下的主要原料制备得到：复合粒径的粗/细轻质多孔陶球骨料(直径5-30mm)，陶粒骨料(粒径1-5mm)，水泥(优选硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥或磷酸镁水泥中的至少一种)，植生型低碱度胶凝材料，复合混凝土增强剂，减水剂(优选聚羧酸高效减水剂)，缓凝剂(优选混合的硼砂和硼酸)，低温热分解造孔剂，以及适量水。
优选地，水的用量以浆体形成较好的流动性和包裹性为宜，例如水灰比(水与骨料之外的其余组分质量比)0.1-0.5；进一步优选0.2-0.4。
其中，所述低温热分解造孔剂优选偶氮二异丁腈，其热分解初始温度为60-64℃，至100℃时剧烈分解，适宜在100℃以下的较低温度下造孔。优选地，所述偶氮二异丁腈为颗粒型结晶粉料，其粒度为10-100微米；用于小孔隙成孔时优选采用粒度较细的那些颗粒，反之，优选粒度较大的颗粒。使用时，可将颗粒粉末直接加入全部水或部分水中制成悬浮液使用，也可在拌料时加入。
其中，所述多孔陶球骨料为包含直径较大(直径15-30mm)的大陶球粗骨料(下文简称陶球粗骨料或大陶球骨料)和直径较小(直径5-15mm)的小陶球细骨料(下文简称陶球细骨料或小陶球骨料)两种多孔陶球骨料的混合物；呈圆球形。其中，大陶球骨料优选直径15-25mm，小陶球骨料优选直径8-15mm，其用量比可根据孔隙需求等实际情况进行选择，例如可以为1:0.5-2。
示例性地，小陶球骨料可以为直径7-8mm、10-12mm与14-15mm的陶球混合物。
其中，所述陶粒骨料(粒径1-5mm)与上述陶球骨料具有同质组分，其来源于煅烧过程中碎裂的陶球以及成型不佳的陶球不良品经破碎、分筛处理而制得；形状呈不规则形。其中，优选地，在实际使用时，陶粒骨料与陶球骨料的用量比为0.1-1:1。
其中，所述多孔陶球骨料在制备过程中经过额外造孔添加剂造孔处理，其主要制备原料包括：陶土，高岭土，页岩陶粒粉末，膨胀珍珠岩粉，造孔添加剂，以及适量水。优选地，按重量比包括陶土100份，页岩陶粒粉末20-30份，高岭土10-20份，膨胀珍珠岩粉10-15份，造孔添加剂1-3份。优选地，所述造孔添加剂为偶氮二异丁腈颗粒粉。
其中，所述植生型低碱度胶凝材料由以下主要原料制备而成：高强脱硫石膏(或半水纤维石膏)，选自高炉矿渣或其他酸性矿渣的矿渣微粉(粒径不超过0.1mm)，选自硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的水泥，粉煤灰，细度小于200目的磷酸钙粉和减水剂(选自聚羧酸系或氨基磺酸盐系。优选地，所述植生型低碱度胶凝材料由以下重量份的主要原料制备而成：高强脱硫石膏40-50份，高炉矿渣20-30份，选自硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的水泥15-25份，粉煤灰10-20份，细度小于200目的磷酸钙粉1-5份和聚羧酸系减水剂0.1-0.5份。更优选地，将上述原料充分混合，于球磨机中球磨至比表面积不低于500m2/kg。
其中，所述复合混凝土增强剂为乳液形态，包含如下质量百分比的组分：硅石粉40-50％，长玻璃纤维5-10％(优选长度3-10mm)，硫酸亚铁1-2％，烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)0.5-1％，羧甲基纤维素0.1-0.5％，其余为水，合计100％；各组分混合均匀，得混凝土增强剂。
优选地，在实际应用时，所述复合混凝土增强剂用量为水泥质量的5-10％。
本发明中，上述用于涂覆表面层的混凝土表面处理剂由聚醋酸乙烯乳液、环氧树脂乳液，以及聚丙烯酰胺和聚乙烯醇组分组成。其制备步骤如下：将固含量18-25％聚醋酸乙烯乳液与固含量40-50％环氧树脂乳液(优选环氧值0.2-0.3)按照1:0.1-0.2的质量比混合，然后依次加入聚丙烯酰胺至1-3wt％以及聚乙烯醇至0.5-1wt％，在搅拌机中搅拌10-15min至分散均匀，即制备得到混凝土表面处理剂。
任选地，本发明所述多孔混凝土基体中上述陶粒骨料也可以采用本领域通常的陶粒代替，但此时制成的混凝土密度较大。
任选地，本发明所述多孔混凝土基体中上述水泥也可以采用本领域通常的硅酸盐水泥代替，但此时制成的混凝土碱性较大。
本发明所述底层基体和上层基体制备原料种类相同，可以最大程度保证其相容性，使得结合无明显分层，避免出现较大的物理性质差异。
第二个方面，本发明还提供所述轻质植生型混凝土预制件的制备，其中包括粗细陶球骨料和陶粒骨料的制备步骤，以及预制件的造孔处理步骤和表面处理步骤。
具体地，具体包括以下步骤：
步骤(S1)：制备作为填充料的轻质多孔陶球骨料和轻质多孔陶粒骨料；其中，优选地，陶粒骨料与陶球骨料的用量比为0.1-1:1；
步骤(S2)：制备植生型低碱度胶凝材料、复合混凝土增强剂以及混凝土表面处理剂；
步骤(S3)：对轻质多孔陶球骨料、轻质多孔陶粒骨料进行浸润处理，并与其他原料按一定比例混合，制备含造孔剂的轻质混凝土浆料；
步骤(S4)：将两种不同组分含量的轻质混凝土浆料在模具中进行分层浇筑，得到含有底层基体和上层基体结构的轻质植生型混凝土预制件模坯，对所述模坯进行造孔处理和养护处理；
步骤(S5)：任选地，利用混凝土表面处理剂对上述经过造孔处理和养护处理后的混凝土预制件模坯进行表面处理，从而得到轻质植生型混凝土预制件。
具体地，各步骤具体流程如下。
步骤S1：制备轻质多孔陶球骨料和轻质多孔陶粒骨料，具体步骤如下。
1)按以下重量份选取干燥的原料粉末：陶土100份，页岩陶粒粉末20-30份，高岭土10-20份，膨胀珍珠岩粉10-15份，造孔添加剂1-3份；
其中，所述造孔添加剂为可以持续受热分解的水不溶性造孔剂，优选偶氮二异丁腈粉末。
2)将上述比例量的陶土、高岭土、页岩陶粒粉末、膨胀珍珠岩粉在混合机中混合后在研磨机中研磨，过筛，控制粒径小于0.1mm，得到粒径均匀的原料混合粉末；将粒径小于50μm的水不溶性造孔添加剂偶氮二异丁腈粉末加入到适量水中，稍加搅拌得到含有造孔剂颗粒的水性悬浮液。
3)将上述含造孔剂的水悬浮液与上述原料物料搅拌混合制浆，所得混合浆通过球形模具灌注或抛丸整粒机制粒成型，从而得到直径分别为5-15mm和15-30mm的不同粒径的粗细球形湿坯材。
其中，优选地，水(或悬浮液)的质量用量比为原料物料的10-100％，更优选地，原料物料与水质量比为1：0.2-0.5；其中，可选地，也可以将浆料软材挤压成柱状颗粒后在球形抛丸机制备成圆球。
4)将成型后的球形湿坯材无需干燥处理，送入加热窑中进行多孔隙层次的梯度造孔处理。
具体地，所述梯度造孔处理程序如下：
4-1)在加热窑中，以3-5℃/min的速率由室温升至60℃(60℃附近为偶氮二异丁腈热分解初始温度)，预热10-20min(预热时间不宜过长，以避免湿坯材过快干燥开裂进而容易导致碎裂不良品)；然后以0.5-1℃/min的速率缓慢加热至65-70℃，保温10-15min，进行第一阶段造孔处理。
该阶段造孔剂分解较为缓慢，容易生成较小的密闭孔，连通孔较少。
4-2)第一阶段加热造孔处理后，以15-20℃/h的升温速率缓慢加热至95-100℃，并保温20-30min，进行第二阶段成孔处理。
该阶段使造孔剂在升温过程和保温过程中持续受热分解，随着温度的升高，分解加剧，从而逐渐生成较大的密闭孔和较多的连通孔。
4-3)成孔处理后，以1-3℃/min的降温速率降温至室温，得到多孔的陶球骨料粗坯。将所得陶球骨料粗坯(包括碎裂的不良品)自然干燥或于低温(不超过60℃)烘干窑中烘干干燥，留待进一步处理。
5)将上述经过干燥处理的陶球骨料粗坯(包括碎裂的不良品)在煅烧窑中焙烧处理；具体煅烧操作如下：
煅烧窑以3-5℃℃/min的升温速率由室温升至900-950℃区间，煅烧2-3小时，然后以5-10℃/min的降温速率继续降温至90-100℃出炉，出炉后自然冷却，得到直径大小不等的粗细陶球骨料成品。
6)陶粒骨料制备：将煅烧过程中碎裂的以及成型不佳的陶球骨料不良品收集后进行破碎，经碾磨以及进行分筛处理，得到粒径为1-5mm的陶粒骨料。
步骤S2：制备植生型低碱度胶凝材料、复合混凝土增强剂以及混凝土表面处理剂，具体步骤如下。
1)制备植生型低碱度胶凝材料
所述凝胶材料由以下重量份的原料制备而成：高强脱硫石膏(或半水纤维石膏)40-50份，选自高炉矿渣或其他酸性矿渣的矿渣微粉20-30份(粒径不超过0.1mm)，选自硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的水泥15-25份，粉煤灰10-20份，细度小于200目的磷酸钙粉1-5份和减水剂(聚羧酸系或氨基磺酸盐系，优选聚羧酸系高效减水剂)0.1-0.5份。
将上述原料充分混合，于球磨机中球磨至粒径基本均匀，优选比表面积不低于500m2/kg；得到植生型低碱度胶凝材料。
优选地，所述胶凝材料的28天抗压强度不低于30MPa，固化后水浸泡液的pH值低于10。
上述组分及含量的胶凝材料，可以有效解决植生混凝土内部碱度过高的问题，还可以使得植生混凝土强度高、植生性能良好，不仅适用于城市绿化，还可以用于河流护岸、道路护坡等用途。
2)制备复合混凝土增强剂
选取如下质量百分比的组分：硅石粉40-50％，长玻璃纤维5-10％(优选长度5-10mm)，硫酸亚铁1-2％，烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)0.5-1％，羧甲基纤维素0.1-0.5％，其余为水，合计100％；将各组分混合均匀，制得混凝土增强剂。
其中，所述增强剂用量为水泥质量的5-50％；优选5-30％。
3)制备混凝土表面处理剂
将固含量18-25％的聚醋酸乙烯乳液与固含量40-50％环氧树脂乳液(优选环氧值0.2-0.3)按照1:0.1-0.3的质量比混合，然后加入聚丙烯酰胺至1-3wt％和聚乙烯醇至0.5-1wt％，在搅拌机中搅拌10-15min至分散均匀，即制备得到混凝土表面处理剂。
步骤S3：制备含造孔剂的轻质混凝土浆料，具体步骤如下。
S3-1)制备用于成型低孔隙率底层基体的轻质混凝土浆料A：
1)选取以下重量份数的原料组分：陶球细骨料(直径10-15mm)50-60份，陶粒骨料30-40份(优选粒径2-5mm)，陶球粗骨料(优选直径15-25mm)10-30份，造孔剂偶氮二异丁腈0.1-0.5份(优选粒径1-50微米)；
其余组分为：水泥(优选硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥或磷酸镁水泥)30-40份，植生型低碱度胶凝材料10-15份，复合混凝土增强剂3-5份，减水剂(优选聚羧酸高效减水剂)0.2-0.5份，缓凝剂(优选等质量比混合的硼砂和硼酸)0.3-0.8份；
2)将造孔剂颗粒粉末加入部分水中稍微搅拌均匀得到悬浮液，将粗细陶球骨料和陶粒骨料置于水中浸泡5-10min，然后用筛网沥干水份至无水滴滴落，完成浸润处理，备用；
3)将比例量的水泥、植生型低碱度胶凝材料和缓凝剂材料在搅拌机中进行混合搅拌至均匀，搅拌状态下加入上述含有造孔剂颗粒的悬浮水溶液，补充适量水，搅拌均匀得到浆料；然后向上述浆料中再加入上述浸润处理的陶球骨料和陶粒骨料继续进行混合搅拌，同时在搅拌状态下加入复合混凝土增强剂和减水剂，持续搅拌直至浆体均匀包裹陶球骨料和陶粒骨料，得到混凝土浆料A。
优选地，混凝土浆料A中水灰比(所采用的水与骨料之外的其余组分质量比)为0.2-0.4。
其中，所述的造孔剂悬浮于水中进行混合，有利于分散并附着于陶球和陶粒等骨料表面及内部，不仅在混凝土中增加孔隙率，还可以在分解产气造孔时减少或降低水泥组分对于陶球骨料表面及其内部孔隙的覆盖率，具有双重有益效果。
S3-2)制备用于成型高孔隙率上层基体的轻质混凝土浆料B：
1)选取以下重量份数的原料组分：陶球粗骨料80-100份(优选直径15-25mm)，陶球细骨料(优选直径10-15mm)40-50份，陶粒骨料20-30份(优选粒径2-5mm)，造孔剂偶氮二异丁腈0.5-1份(粒径优选30-100微米)；
其余组分为：水泥(优选硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥或磷酸镁水泥)20-30份，植生型低碱度胶凝材料10-15份，复合混凝土增强剂3-5份，减水剂(优选聚羧酸高效减水剂)0.1-0.5份，缓凝剂(优选等质量比混合的硼砂和硼酸)0.3-0.5份；
2)将造孔剂颗粒粉末加入部分水中稍微搅拌均匀得到悬浮液，再将陶球骨料和陶粒骨料置于悬浮液中浸泡5-10min，然后用筛网震动沥干水份至无水滴滴落，完成浸润处理，备用；
3)将比例量的水泥、植生型低碱度胶凝材料和缓凝剂材料在搅拌机中进行混合搅拌，搅拌状态下加入含有造孔剂颗粒的悬浮水溶液，补充适量水，搅拌均匀得到浆料；向上述浆料中再加入上述经过浸润处理的陶球骨料和陶粒骨料，继续进行混合搅拌，同时在搅拌状态下加入复合混凝土增强剂和减水剂，持续搅拌直至浆体均匀包裹陶球骨料和陶粒骨料，得到混凝土浆料B。
优选地，混凝土浆料B中水灰比(所采用的水与骨料之外的其余组分质量比)为0.2-0.3。
步骤S4：轻质植生型多孔混凝土预制件模坯的浇筑及造孔处理和标准养护处理，具体步骤如下。
1)在模具(如长×宽×高为150-200mm×150-200mm×150-200mm的混凝土模)中，先浇筑混凝土浆料A，采用插捣棒插捣处理后置于振动台上振动处理10-15s；优选地，浇筑高度不超过模具高度的50％；
在模具中继续浇筑混凝土浆料B，使其覆盖于浆料A之上，通过振动处理10-15s进行整平；
2)整平后放入热处理造孔室进行造孔处理，室内先通入蒸汽，首先以1-2℃/min的速度升温至60℃，保温10-15min使其充分预热；继续升温，以15-18℃/h的缓慢升温速率升至温度85-90℃进行造孔处理，保温处理2-6h后，冷却至室温；
3)将造孔处理后的混凝土预制件模坯置于标准养护室内进行标准养护3天以上，取出，脱除模具，得到轻质植生型混凝土预制件成型品，任选地，可留待下一步表面处理。
可采用本领域已知的混凝土构件养护方法进行标准养护；例如，采用塑料薄膜密封后放入养护室进行标准养护7-28d。
优选地，浇筑成型1天后开始用淋洒方式养护，用塑料薄膜覆盖，每天洒水3-4次，养护3d以上。
本发明上述方法制备的植生型混凝土预制件半成型品平均孔隙率高达40％以上，渗透系数10～20mm/s，抗压强度7MPa以上。
步骤(S5)：利用混凝土表面处理剂进行表面处理，具体步骤如下。
采用涂刷或喷涂装置在上述养护好的混凝土预制件成型品的下部表面和/或侧表面进行均匀涂覆所述表面处理剂，在表面形成厚度为1-5mm的薄膜，涂覆完毕后，进行自然干燥或风干干燥处理，从而得到轻质植生型混凝土预制件。
实际操作时，所述混凝土预制件可以根据实际需求设置成多种形状和规格，通常为砖型；规格也可以选自常用规格，例如长宽高数值范围可以分别为5-50cm。优选地，长/宽/高为100-300mm。
另外，还可根据混凝土的厚度及操作实际粘度需求，加适量水进行调整表面处理剂的粘度，方便采用喷涂或涂刷方式将处理剂喷涂在混凝土的表面，形成一定厚度的薄膜，优选部分处理剂渗透至表面之下，起到有效保持内部水分的作用，同时还能与周围的预制件互相粘结，增强预制件之间的黏合效果。
本发明制备的轻质植生型混凝土预制件整体体积密度不超过1.0g/cm3，通常为0.5-0.8g/cm3，无论是陶球骨料内部还是混凝土预制件的胶凝部分内部均具有高气孔率，有利于保持水分、土壤营养组分以及植物根系的生长。
第三个方面，本发明提供上述方法制备得到的含造孔剂的轻质混凝土浆料和植生型低碱度胶凝材料。
同时，本发明还提供上述方法制备得到的陶球骨料、陶粒骨料或其组合，以及其用于轻质多孔混凝土或制品的制备用途。
第四个方面，本发明提供所述轻质植生型混凝土预制件用作城市绿化、河流护岸和道路护坡的用途。
在本发明的上述应用中，所述轻质植生型混凝土预制件优选以混凝土砖形式使用，用于生态护坡和道路边坡绿化或隔离带绿化，还可以用于植生停车场、植生人行道，以及植生型屋顶、阳台、墙体等绿化。所述绿化优选非高强度承压的城市道路绿化带、人行道、住宅小区的绿化带、屋顶花园、公路隔离带、建筑物墙面绿化中的应用(用于对承压性有要求的停车场绿化时可能会造成制品寿命缩短)。
优选地，在上述应用中，在铺设的所述轻质植生型混凝土预制件上面覆盖用于植物生长的填充材料，例如选自土壤、活性污泥、粉煤灰、草木灰、稻壳/秸秆等植物纤维碎料、保水剂、肥料中的至少一种材料；在实际操作至，可以将其覆盖原料按一定比例配合，并与植物种子混合，加水进行覆盖或灌注入预制件的空隙中。
优选地，所述植物种子优选根系发达、环境适应性强的草本性植物种子，例如高羊茅种子、狗牙根种子、芦苇草种子等其中的一种或几种。在铺好的多孔混凝土预制件(例如方形地砖)表面填充用于植物生长的填充材料2-4cm，播种草种，浇水养护至开始发芽。通常30-60天后根系即可穿过多孔生态混凝土。
可选地，也可采用压力灌浆法向混凝土预制件中植入植物营养浆液(草籽、有机肥料和淤泥质土等原材料混合制得)，使得草籽在孔隙中发芽生长，适用于路基边坡绿化。具体绿化操作方法可参考《道路边坡生态防护工程施工及验收技术规范》(DB44/T 499-2008)执行。在此不再赘述。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
1)所得混凝土预制件密度低、重量轻且具有可调的多层次孔隙结构：
上述结构的实现是借助了如下两个方面的创新性技术手段。
首先是采用了经过特定造孔处理的轻质多孔陶球以及较少量的同质陶粒作为骨料。骨料是构成混凝土的主要组分，通过轻质多孔骨料的组合运用，使得混凝土预制件密度显著降低。
其次是预制件成型过程中经过了第二次造孔处理。由于在搅拌过程中浆体基本包裹骨料，硬化后水分难以渗透进陶球多孔的内部，因此导致多孔骨料的有效孔隙率降低。本发明创新性采用低温热分解造孔工艺，使得造孔剂分子通过骨料浸润、浆料分散实现了在混凝土预制件湿坯材中的均匀分布，湿坯材内部以及骨料表面、骨料内部的造孔剂分子在加热分解过程中产生的气体逸散时打破了浆料的致密型结构，尤其是打破了搅拌过程中浆料对陶球骨料表面的致密性包裹，从而实现了轻质多孔混凝土预制件的多层次孔隙结构，有效提升了有效孔隙率。有效解决了搅拌过程中陶球内部微孔完全被浆体堵塞的技术问题，为多孔混凝土的持水性和透气性提供了结构基础。而且，二次造孔还使得部分陶球骨料表面的开放孔与混凝土硬化层中的孔隙连通，增大了硬化层储水涵水的能力。
在造孔剂的选择上，本发明采用了特定的水不溶性低温热分解造孔剂偶氮二异丁腈，其热分解初始温度为60-64℃，并且随着温度而提高造孔速度和大小，可控性强，适宜在100℃以下的较低温度下造孔，尤其是在混凝土浆体中形成气泡的直径均匀，可控制在0.1-5mm之间。使用时，将颗粒粉末直接加入全部水或部分水中制成悬浮液使用，或者在拌料时加入，可实现均匀分散，并使得产生气孔分布均匀。
另外，本发明采用造孔处理的轻质多孔陶球骨料替代现有技术中的碎石或陶粒骨料，有效降低了多孔混凝土密度，使得多孔混凝土预制件重量大幅下降，密度低于1000kg/m3，通常为400～800kg/m3，有利于运输与施工。
本发明植生混凝土预制件的底部孔隙率多在25％-45％之间，上部孔隙率多在35％-60％之间。
2)本发明所得植生型多孔生态混凝土具有优良的透水性能，兼顾优良的持水涵水能力。
现有技术中的产品难以兼顾透水性和持水涵水性两个特性，往往只能保证透水性，这主要是由于其骨料材料没有储水能力或者具有极低的储水能力所致，进而导致混凝土制品整体吸水涵水性能大大减弱。
本发明通过以下创新性手段实现了透水性和持水性的兼顾。
首先，利用特定结构骨料的本身的储水性。
无论是陶球细骨料还是陶球粗骨料，还是同样质地的陶粒骨料，其内部均具有额外造孔的连续多孔隙结构。在陶球骨料占主要地位的情形下，混凝土预制件内部形成类“蜂窝状”空隙，在保证高机械强度的基础上既有利于植被根系生长，又能为养分和水分提供足够的存储空间，尤其是相对于碎石骨料和陶粒为主的骨料，其储水性是显著提升的。在雨水不足时，内部存储的水分可以显著提高植物的生存率。
其次，混凝土预制件养护前进行二次造孔处理。通过二次造孔，在混凝土预制件内部产生了大量新的大小不等的孔隙(通过造孔剂粒径和加热速率实现孔隙大小的调整)，提高了孔隙率，尤其是造孔过程中造孔剂热分解产生的气体逸出时导致陶球骨料表面的开放孔与硬化层中的孔隙连通，有效增大了硬化层储水涵水的能力(硬化层本身具有较差的储水能力)。
上述特定的结构使得混凝土预制件多孔质轻，保证了植生型混凝土具有高透水性和良好透气性。同时，多孔结构易于植物根系的定植、延伸，能涵水又不易积水。
最后，本发明混凝土预制件采用相对高密度的致密性较强的底部基体，可以有效截留水分和营养成分；而通过混凝土预制件底部表面处理，使得混凝土预制件的部分底部形成储水的密闭型包围结构，产生类似盆底或底托的效果。混凝土基体的孔隙降低以及改善的直径较小的孔结构和孔级配，提高了混凝土该基体部分内部的抗渗能力。
上述设计使得在降雨时可以存储水分且在干燥时有效避免了水分流失，增强了预制件底部的储水性能。该底部的体积大小可根据当地降雨量等实际情况调整。例如，用于洪涝地区时，可以仅在底部表面进行表面封闭处理，甚至不处理。
本发明采用混凝土预制件的形式代替混凝土直接浇筑，质量稳定，实际应用更加灵活。
对于现浇多孔混凝土，其浇筑质量难以控制，所制作得的生态混凝土孔隙率分布不一致，质量不稳定；而且凝固过程容易中受外界影响导致内部缩胀程度不同，易龟裂、风化、腐蚀，进而在雨水冲刷时容易在底部产生滑移破损；而且浇筑施工尤其是坡面施工时混凝土水分截留难度大、植物扎根容易受阻。而采用预制件的形式在使用时更加简单方便。
4)本发明混凝土预制件更适合植物生长。
本发明混凝土预制件的结构采用上部高孔隙和下部低孔隙相结合的方式，遵循了草本根系上粗下细的生长规律，适合植物根系定植和延伸；而且本发明采用的组分可以有效降低混凝土的碱性，为植物生长创造良好条件。弱碱性陶球粗骨料与弱碱性胶凝材料的搭配，同时掺入降碱性添加剂，有效降低了预制品的PH值，使其在9.5以下(混凝土体孔隙内pH通常为7.5-9)。
具体地，采用低碱的硫铝酸盐等水泥，并协同低碱度胶凝材料可以显著降低混凝土碱性。各组分之间协同作用，在保证混凝土强度的同时，又能降低混凝土孔隙内的pH，与植物的相容性好。
5)本发明混凝土预制件具有良好的结构强度和耐久性：
现有技术通常采用了大量易降解的骨料组分，导致生态混凝土及其制品耐久性差。本发明采用的植生型低碱度胶凝材料、复合混凝土增强剂均不含易降解性组分，为了增强结构强度采用玻璃纤维，可显著提高混凝土的抗折强度和抗压强度，使其不易开裂，避免了骨料之间接触面积少导致的混凝土强度低的缺陷。
同时，本发明所掺同质的陶粒骨料，内部同样具有多孔结构，能更好地分散填充在大颗粒骨料之间，密实填充使得浆体成型结构更加致密，有利于提高其强度，提高耐久性及抗裂能力。
6)本发明混凝土预制件制备方法简单，应用方便：
本发明的混凝土预制件结构简单，易于施工，有利于生产流水化和规模化的工厂预制。由于具有自重小、多孔隙、轻质高强的特点，在绿化铺设时不会增加路基边坡等地面负荷。实际使用时可快速砌筑，施工简便快捷，工期短。
在用于生态防护或景观绿化时，预制件可以制成方砖或各种样式的砖体，既可以通过压力灌浆植生处理，也可以在上面铺设一层植物生长材料，适用性广。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些实施方式并非对本发明的保护范围构成任何形式的限定。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
制备例1
制备轻质多孔陶球骨料
1)按以下重量份选取干燥的原料粉末：陶土100份，页岩陶粒粉末30份，高岭土20份，膨胀珍珠岩粉15份，粒径10-50μm的偶氮二异丁腈结晶颗粒2份；将上述比例量的陶土、高岭土、页岩陶粒粉末、膨胀珍珠岩粉在混合机中混合后在研磨机中研磨至粒径小于0.1mm，过筛，得到粒径均匀的混合原料粉末约33kg；将偶氮二异丁腈颗粒粉末加入到7kg水中，稍加搅拌得到悬浮液。
2)将上述含偶氮二异丁腈颗粒的悬浮液与上述原料物料搅拌混合制浆，所得混合浆用适量水搅拌调整粘度后通过球形模具灌注、挤压成型，得到一系列直径分别在5-15mm(具体为8mm、10mm、12mm、14mm)和15-30mm之间(具体为16mm、18mm、20mm、25mm)的粗细球形湿坯。
3)将成型后的球形湿坯材无需干燥处理，送入加热窑中进行多孔隙层次的梯度造孔处理。所述梯度造孔处理程序如下：
S1)在加热窑中，以3℃/min的速率由室温升至60℃，预热18min；然后以0.5℃/min的速率缓慢加热至70℃，保温10min，进行第一阶段造孔处理。
S2)第一阶段加热造孔处理后，以18℃/h的缓慢升温速率加热至95℃，并在该温度保温20min，进行第二阶段成孔处理；随着温度升高，该阶段出现部分陶球坯材开裂或碎裂。
S3)成孔处理后，以1.5℃/min的降温速率降温至室温，得到多孔的陶球骨料粗坯。将所得陶球骨料粗坯(包括碎裂的不良品)于60℃烘干窑中烘干干燥。
S4)将上述经过干燥处理的陶球骨料粗坯(包括表面开裂的和碎裂的不良品)在煅烧窑中焙烧处理；具体煅烧操作如下：煅烧窑以3℃/min的升温速率由室温升至900℃，在该温度煅烧2小时使其固化成型，然后以5℃/min的降温速率继续降温至约100℃出炉，出炉后自然冷却，得到直径大小不等的一系列粗细陶球骨料成品。
制备例2
制备轻质多孔陶粒骨料
将制备例1中所述方法中煅烧过程碎裂的或表面开裂的，以及成型不佳的陶球不良品收集后进行破碎成粒，经碾磨以及进行分筛处理，得到粒径为1-5mm的大小不等的轻质多孔陶粒骨料。
制备例3
制备植生型低碱度胶凝材料
选取以下重量份的原料：高强脱硫石膏40份，高炉矿渣微粉30份(粒径0.01-0.1mm)，低碱硫铝酸盐水泥18份，粉煤灰12份，细度小于200目的磷酸钙粉3份和聚羧酸系减水剂0.2份。将上述原料充分混合得到约10kg原料，于球磨机中球磨2-3h至粒径基本均匀，得到植生型低碱度胶凝材料。
制备例4
制备用于成型低孔隙率底层基体的轻质混凝土浆料A
1)选取以下重量份数的原料组分：上述制备的陶球细骨料60份(由直径8mm、10mm、12mm、14mm陶球平均混合组成)，上述制备的陶粒骨料30份(粒径2-5mm)，上述制备的陶球粗骨料(由直径16mm、18mm、20mm、25mm陶球平均混合组成)20份，造孔剂偶氮二异丁腈0.3份(粒径5-20微米)；以及如下其余组分：硫铝酸盐水泥33份，上述制备的植生型低碱度胶凝材料12份，复合混凝土增强剂5份，聚羧酸高效减水剂0.3份，缓凝剂(等质量比混合的硼砂和硼酸)0.5份；其中，复合混凝土增强剂由以下质量百分比的组分组成：硅石粉50％，长玻璃纤维10％(长度5-10mm)，硫酸亚铁1.5％，烷基酚聚氧乙烯醚0.5％，羧甲基纤维素0.3％，其余为水；将各组分混合均匀制得。
2)将偶氮二异丁腈颗粒粉末加入部分水中稍微搅拌均匀得到悬浮液，将粗细陶球骨料和陶粒骨料置于悬浮液中搅拌浸泡5min，然后用筛网沥干水份至无水滴滴落，完成浸润处理，剩余的悬浮液备用；
3)将上述比例量的水泥、植生型低碱度胶凝材料和缓凝剂材料在搅拌机中进行混合搅拌至均匀，搅拌状态下加入上述含有偶氮二异丁腈颗粒的悬浮液，并补充适量水，搅拌均匀得到浆料；然后向上述浆料中再加入上述经过浸润处理的陶球骨料和陶粒骨料继续进行混合搅拌，同时在搅拌状态下加入复合混凝土增强剂和减水剂，持续搅拌直至浆体均匀包裹陶球骨料和陶粒骨料，得到混凝土浆料A；其中，浆料A的水灰比(即水与骨料之外的其余组分质量比例)约为0.26-0.28。
制备例5
制备用于成型高孔隙率上层基体的轻质混凝土浆料B
1)选取以下重量份数的原料组分：上述制备的陶球粗骨料100份(由直径16mm、18mm、20mm、25mm大小不等的系列陶球等质量混合组成)，上述制备的陶球细骨料(由直径8mm、10mm、12mm、14mm陶球等质量比混合组成)50份，上述制备的陶粒骨料25份(粒径2-5mm)，造孔剂偶氮二异丁腈1份(粒径30-80微米)；以及如下其余组分：硫铝酸盐水泥28份，上述制备的植生型低碱度胶凝材料12份，复合混凝土增强剂5份，聚羧酸高效减水剂0.3份，缓凝剂(等质量比混合的硼砂和硼酸)0.5份；其中，复合混凝土增强剂组成同上。
2)将偶氮二异丁腈颗粒粉末加入部分水中稍微搅拌均匀得到悬浮液，将粗细陶球骨料和陶粒骨料置于悬浮液中搅拌浸泡5min，然后用筛网沥干水份使得无水滴滴落，完成浸润处理，剩余的悬浮液备用；
3)将上述比例量的水泥、植生型低碱度胶凝材料和缓凝剂材料在搅拌机中进行混合搅拌至均匀，搅拌状态下加入上述含有偶氮二异丁腈颗粒的悬浮液，并补充适量水，搅拌均匀得到浆料；然后向上述浆料中再加入上述经过浸润处理的陶球骨料和陶粒骨料继续进行混合搅拌，同时在搅拌状态下加入复合混凝土增强剂和减水剂，持续搅拌直至浆体均匀包裹陶球骨料和陶粒骨料，得到混凝土浆料B；其中浆料B的水灰比(水与骨料之外的其余组分质量比例)控制在0.24-0.25。
实施例1
制备砖型轻质植生型多孔混凝土预制件
1)在长×宽×高为250mm×200mm×120mm的混凝土砖型模具中，先浇筑上述制备的混凝土浆料A，浇筑高度约50mm，采用插捣棒插捣若干次处理后置于振动台上振动处理15s；在模具中继续浇筑混凝土浆料B使其覆盖于浆料A之上，浇筑至模具顶部，通过该层浆料插捣和振动处理10s后压制整平表面；
2)整平后放入热处理造孔室进行造孔处理，操作如下：造孔室内先通入热蒸汽使空气湿润，首先以1-2℃/min的速度升温至60℃，保温15min；继续升温，以18℃/h的缓慢升温速率升至温度90℃进行造孔处理，保温处理3h，使得造孔剂充分分解成孔，然后冷却至室温；该操作过程中保证造孔室内持续存在蒸汽，避免模坯表面开裂；
3)将造孔处理后的混凝土预制件模坯表面再次进行压制或削平，使其表面平整，然后置于标准养护室内进行标准养护3天，采用淋洒方式养护，用塑料薄膜覆盖，每天洒水3-4次；养护完毕后取出，脱除模具，得到砖型轻质植生型多孔混凝土预制件成型品。
对上述制得多孔混凝土预制件进行密度、抗压强度、持水涵水性、pH值和孔隙率参数测试，结果如下。
其中，密度的测定按照《混凝土质量控制标准》(GB50164--2011)Ⅲ3中关于混凝土块密度的测量方法，测3个试样，取平均值。测得本实施例砖型轻质植生型多孔混凝土预制件的平均密度结果约0.58g/cm3。
其中，抗压试验采用《普通混凝土力学性能试验方法标准》
GB/T50081-2002，测试多孔混凝土抗压强度。测得本实施例砖型轻质植生型多孔混凝土预制件抗压强度约12.7MPa。
其中，孔隙率(有效孔隙率)采用测量本实施例中多孔混凝土预制件中孔隙的体积(孔隙体积采用本领域常用的吸水测量法)与试块总体积之比。测得砖型轻质植生型多孔混凝土预制件下层基体孔隙率约38.7％，上层基体孔隙率约50.8％。
其中，持水涵水测试没有相应的行业标准，本发明中采取浸渍-沥干法测量，具体为：取充分烘干干燥的混凝土预制件称重后置于水中进行浸渍30min，然后取出沥水，室温下悬挂干燥24h后称重，测量增加的重量(即内部的含水量)与混凝土预制件初始重量比值。测得本实施例植生型多孔混凝土预制件的持水涵水性系数约0.18(该数值随环境湿度而有所轻微变化)。
其中，多孔混凝土内部空隙pH值的测量采用固液萃取法测定碱度，具体为：取养护好的混凝土预制件进行破碎研磨，称取10g加入到含100ml蒸馏水的瓶中；定时5min摇动一次，2h后使用酸度计测定pH值。测得本实施例砖型轻质植生型多孔混凝土预制件pH值约8.5-8.6。
实施例2
制备方型轻质植生型多孔混凝土预制件
1)在长×宽×高为200mm×200mm×120mm的方型混凝土模具中，模具中固定插有直径约5mm的立柱3根以在预制件成品中形成固定孔，用于在斜坡绿化时作为锚固孔；同实施例1操作，先浇筑上述制备的混凝土浆料A，浇筑高度约40mm，采用插捣棒插捣若干次处理后置于振动台上振动处理15s；在模具中继续浇筑混凝土浆料B使其覆盖于浆料A之上，浇筑至模具顶部，通过该层浆料插捣和振动处理10s后整平表面；
2)表面整平后放入热处理造孔室进行造孔处理，操作如下：造孔室内先通入热蒸汽使空气湿润，首先以2℃/min的速度升温至60℃，保温15min；继续升温，以18℃/h的缓慢升温速率升至温度90℃进行造孔处理，保温处理3.5h，使得造孔剂充分分解成孔，然后冷却至室温；该操作过程中保证造孔室内持续存在蒸汽，避免模坯表面开裂；
3)将造孔处理后的混凝土预制件模坯表面再次进行压制或削平，使其表面平整，然后置于标准养护室内进行标准养护4天，采用淋洒方式养护，用塑料薄膜覆盖，每天洒水3-4次；养护完毕后取出，脱除模具，得到带有固定孔的方型轻质植生型多孔混凝土预制件成型品。
对上述制得多孔混凝土预制件进行密度、抗压强度、pH值和孔隙率参数测试，测得本实施例预制件平均密度约0.50g/cm3。其余参数与实施例1基本相同或相似。
4)表面处理：
将固含量约20％的聚醋酸乙烯乳液与固含量约45％环氧树脂乳液(环氧值0.2-0.3)按照1:0.2的质量比混合，然后在上述混合液中加入聚丙烯酰胺至1wt％，加入聚乙烯醇至0.5wt％，搅拌15min至分散均匀，得到环保型混凝土表面处理剂，备用。
采用喷涂方式在上述养护好的混凝土预制件成型品的底部表面和侧表面(侧表面涂覆高度40mm，基本等同于下层基体高度)进行均匀涂覆上述表面处理剂，在表面形成厚度为3-4mm的薄膜，涂覆完毕后进行干燥，从而得到下半部密封性表面处理的轻质植生型多孔混凝土预制件。
经测试，底部密封处理后的多孔混凝土预制件底部具有优良的防渗水性，密封区域24h持水后的水分渗透损失率不超过25％。
对比实施例1
除了制备过程不采用本发明的陶球、陶粒骨料和造孔剂原料之外，按照实施例1的方法实施对比实施例1从而制备得到对比的混凝土预制件。具体地，本发明陶球骨料采用相等重量比例的同级别粒径尺寸碎石料代替，本发明陶粒骨料采用同级别尺寸的市售普通陶粒，且混凝土浆料的制备步骤不含有造孔剂，因此所得混凝土预制件造孔处理步骤不能产生造孔效果。
对该对比实施例所得混凝土预制件进行参数测量，测得其密度约1.35g/cm3；平均孔隙率约27％；持水涵水性系数约0.02；与实施例1的密度、孔隙率和涵水性系数相比，参数差异显著。
效果例
植生性测试：在植生恒温箱内，铺设实施例1的多孔混凝土预制件，表面覆盖含有高羊茅种子的基质材料(由土壤、污泥、草木灰、稻壳和适量肥料经加水拌桨制成)，定期浇水养护至发芽、生长。发芽率90％，发芽五周后根系深入混凝土底部基体且部分穿透底部混凝土；试验期间生长茂盛，无发黄枯萎和倒伏现象，说明本发明多孔混凝土预制件适于植物生长和根系延伸，适宜用于植生型铺设绿化。
以上实施例并非限制本发明的技术方案，本领域的普通技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，这些修改或者替换并不脱离本发明技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高孔隙率、低密度且具有较高持水涵水能力的轻质植生型多孔混凝土预制件，其特征在于，由经过热分解造孔处理的密度低于1g/cm3的多孔混凝土基体及任选的表面处理层构成；其中，所述多孔混凝土基体由底层基体和高孔隙率上层基体组成；所述高孔隙率为孔隙率大于35％；
其中，所述多孔混凝土基体含大小粒径不等的轻质多孔陶球骨料和轻质多孔陶粒骨料，所述表面处理层经由含水不溶性高分子聚合物的混凝土表面处理剂涂覆制成；所述轻质多孔陶球骨料包含陶球粗骨料和陶球细骨料；所述陶球骨料和陶粒骨料均经过造孔处理制得；
其中，所述多孔混凝土基体由以下原料制备得到：直径5-30mm的轻质多孔陶球骨料，粒径1-5mm的陶粒骨料，选自硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥、磷酸镁水泥中的至少一种的水泥，植生型低碱度胶凝材料，复合混凝土增强剂，减水剂，缓凝剂，低温热分解造孔剂，以及适量水； 其中，缓凝剂为硼砂和硼酸混合物； 其中，低温热分解造孔剂为偶氮二异丁腈粉末；其中，陶粒骨料与轻质多孔陶球骨料的用量比为0.1-1:1；
其中，所述植生型低碱度胶凝材料由以下原料制备而成：高强脱硫石膏，选自高炉矿渣或其他酸性矿渣的矿渣微粉，选自硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的水泥，粉煤灰，磷酸钙粉和减水剂；将上述原料充分混合，于球磨机中球磨制得；
其中，所述轻质多孔陶球骨料包含直径15-30mm的陶球粗骨料和直径5-15mm的陶球细骨料两种骨料；
其中，所述的陶球骨料和陶粒骨料通过如下步骤制备得到：
1)按以下重量份选取干燥的原料粉末：陶土100份，页岩陶粒粉末20-30份，高岭土10-20份，膨胀珍珠岩粉10-15份，造孔添加剂1-3份；其中，所述造孔添加剂为偶氮二异丁腈粉末；
2)将上述比例量的陶土、高岭土、页岩陶粒粉末、膨胀珍珠岩粉混合研磨，过筛，得到粒径均匀的原料混合粉末；将粒径小于50μm的偶氮二异丁腈粉末加入到适量水中，搅拌得到含造孔添加剂颗粒的水性悬浮液；
3)将上述含造孔添加剂的水悬浮液与原料物料搅拌混合制浆，所得混合浆通过球形模具灌注或抛丸整粒机制粒成型，从而得到直径为5-30mm的不同粒径的球形湿坯材；
4)将成型后的球形湿坯材无需干燥处理，送入加热窑中进行多孔隙层次的梯度造孔处理，然后干燥，得到陶球骨料粗坯；
5)将经过干燥处理的陶球骨料粗坯及碎裂的不良品在煅烧窑中煅烧处理：煅烧窑以3-5℃/min的升温速率由室温升至900-950℃区间，煅烧2-3小时，然后以5-10℃/min的降温速率继续降温至90-100℃出炉，出炉后自然冷却，得到陶球骨料成品；
6)陶粒骨料制备：将煅烧过程中碎裂的以及成型不佳的陶球骨料不良品收集后进行破碎，经碾磨以及进行分筛处理，得到粒径为1-5mm的陶粒骨料。
2.根据权利要求1所述的轻质植生型多孔混凝土预制件，其特征在于：所述植生型低碱度胶凝材料由以下原料制备而成： 按重量份计，各原料比例为：高强脱硫石膏40-50份，高炉矿渣20-30份，选自硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的水泥15-25份，粉煤灰10-20份，磷酸钙粉1-5份和聚羧酸系减水剂0.1-0.5份；
其中，所述复合混凝土增强剂包含如下质量百分比的组分：硅石粉 40-50％，长玻璃纤维5-10％，硫酸亚铁1-2％，烷基酚聚氧乙烯醚0.5-1％，羧甲基纤维素0.1-0.5％，其余为水；
其中，所述混凝土表面处理剂由聚醋酸乙烯乳液、环氧树脂乳液，以及聚丙烯酰胺和聚乙烯醇原料制备得到。
3.根据权利要求1所述的轻质植生型多孔混凝土预制件，其特征在于，所述陶球骨料和陶粒骨料制备步骤4)中梯度造孔处理流程如下：
1)在加热窑中，以3-5℃/min的速率由室温升至60℃，预热10-20min；然后以0.5-1℃/min的速率缓慢加热至65-70℃，保温10-15min，进行第一阶段造孔；
2)第一阶段加热造孔处理后，以15-20℃/h的升温速率缓慢加热至95-100℃，并保温20-30min，进行第二阶段成孔；
3)成孔处理后，以1-3℃/min的降温速率降温至室温，得到多孔的陶球骨料粗坯；将所得陶球骨料粗坯及碎裂的不良品自然干燥或烘干干燥，备用。
4.一种权利要求1-3任一项所述轻质植生型多孔混凝土预制件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)：制备轻质多孔陶球骨料和轻质多孔陶粒骨料；
(S2)：制备植生型低碱度胶凝材料、复合混凝土增强剂以及混凝土表面处理剂；
(S3)：对轻质多孔陶球骨料、陶粒骨料进行浸润处理，并与其他原料按比例混合，制备轻质混凝土浆料；
(S4)：将两种不同的轻质混凝土浆料在模具中进行分层浇筑，得到含有底层基体和上层基体结构的轻质植生型混凝土预制件模坯，对所述模坯进行造孔处理和养护处理；
(S5)：任选地利用混凝土表面处理剂对上述经过造孔处理和养护处理后的混凝土预制件模坯进行表面处理，从而得到轻质植生型混凝土预制件；
其中，步骤S3中制备轻质混凝土浆料步骤包括制备用于成型底层基体的轻质混凝土浆料A以及制备用于成型上层基体的轻质混凝土浆料B，具体操作如下：
S3-1：制备用于成型低孔隙率底层基体的轻质混凝土浆料A，具体如下：
1)选取以下重量份数的原料组分：陶球细骨料50-60份，陶粒骨料30-40份，陶球粗骨料10-30份，造孔剂偶氮二异丁腈0.1-0.5份；其余组分为：水泥30-40份，植生型低碱度胶凝材料10-15份，复合混凝土增强剂3-5份，减水剂0.2-0.5份，缓凝剂0.3-0.8份；所述水泥选自硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥或磷酸镁水泥中的至少一种；所述缓凝剂为等质量比混合的硼砂和硼酸；
2)将造孔剂颗粒粉末加入部分水中稍微搅拌均匀得到悬浮液，将粗细陶球骨料和陶粒骨料置于水中浸泡5-10min，然后用筛网沥干水份至无水滴滴落，完成浸润处理；
3)将比例量的水泥、植生型低碱度胶凝材料和缓凝剂材料在搅拌机中进行混合搅拌至均匀，搅拌状态下加入上述含有造孔剂颗粒的悬浮水溶液，补充适量水，搅拌均匀得到浆料；然后向上述浆料中再加入上述浸润处理的陶球骨料和陶粒骨料继续进行混合搅拌，同时在搅拌状态下加入复合混凝土增强剂和减水剂，持续搅拌直至浆体均匀包裹陶球骨料和陶粒骨料，得到混凝土浆料A；
S3-2：制备用于成型高孔隙率上层基体的轻质混凝土浆料B，具体如下：
1)选取以下重量份数的原料组分：陶球粗骨料80-100份，陶球细骨料40-50份，陶粒骨料20-30份，造孔剂偶氮二异丁腈0.5-1份；其余组分为：水泥20-30份，植生型低碱度胶凝材料10-15份，复合混凝土增强剂3-5份，减水剂0.1-0.5份，缓凝剂0.3-0.5份；
2)将造孔剂颗粒粉末加入部分水中稍微搅拌均匀得到悬浮液，再将陶球骨料和陶粒骨料置于悬浮液中浸泡5-10min，然后用筛网震动沥干水份至无水滴滴落，完成浸润处理，备用；
3)将比例量的水泥、植生型低碱度胶凝材料和缓凝剂材料在搅拌机中进行混合搅拌，搅拌状态下加入含有造孔剂颗粒的悬浮水溶液，补充适量水，搅拌均匀得到浆料；向上述浆料中再加入上述经过浸润处理的陶球骨料和陶粒骨料，继续进行混合搅拌，同时在搅拌状态下加入复合混凝土增强剂和减水剂，持续搅拌直至浆体均匀包裹陶球骨料和陶粒骨料，得到混凝土浆料B。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(S4)具体操作如下：
1)在模具中先浇筑混凝土浆料A，采用插捣棒插捣处理后置于振动台上振动处理10-15s；其中，浇筑高度不超过模具高度的50％；在模具中继续浇筑混凝土浆料B，使其覆盖于浆料A之上，通过振动处理进行表面整平；
2)整平后放入热处理造孔室进行造孔处理：室内先通入蒸汽，首先以1-2℃/min的速度升温至60℃，保温10-15min使其充分预热；继续升温，以15-18℃/h的缓慢升温速率升至温度85-90℃进行造孔处理，保温处理2-6h后，冷却至室温；
3)将造孔处理后的混凝土预制件模坯置于标准养护室内进行标准养护3天以上，取出，脱除模具，得到轻质植生型混凝土预制件成型品；任选地，待下一步表面处理。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(S5)具体操作如下：
采用涂刷或喷涂装置在上述养护好的混凝土预制件成型品的下表面和/或侧表面进行均匀涂覆所述表面处理剂，在表面形成厚度为1-5mm的薄膜，涂覆完毕后，进行干燥处理，从而得到轻质植生型混凝土预制件；
其中，所述混凝土表面处理剂由聚醋酸乙烯乳液、环氧树脂乳液，以及 聚丙烯酰胺和聚乙烯醇组分组成；其制备步骤如下：将固含量18-25％聚醋酸乙烯乳液与固含量40-50％环氧树脂乳液按照1:0.1-0.2的质量比混合，然后依次加入聚丙烯酰胺至1-3wt％以及聚乙烯醇至0.5-1wt％，在搅拌机中搅拌10-15min至分散均匀，即制备得到混凝土表面处理剂。
7.权利要求1-3任一项所述轻质植生型多孔混凝土预制件在城市绿化、河流护岸和道路护坡绿化中的应用。
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