CN116217169B - 一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土，具体步骤为：加入溶解于水的NaOH以及一定量粉煤灰和矿渣搅拌，得到混合液；取聚丙烯纤维、聚乙二醇和混合液，经磁力搅拌机搅拌，得到混合溶液；取机制砂和碎石混合搅拌，接着倒入水泥以及剩余的粉煤灰和矿渣进行搅拌，再加入异辛基三乙氧基硅烷与最终的混合溶液，共同搅拌，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物；将混合拌合物置于模具中置于常温环境中放置；待混凝土试件表面风干后，在混凝土试件表面涂刷一层非极性改性材料；将含有输油性能土壤与丰富基质的土壤以1:2的质量比配置吸油混凝土上方的吸油土层。本发明是一种可循环、可持续发展的生态型混凝土，应用于护坡结构。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土。
背景技术
目前桥梁下混凝土的柱墩、防波堤和护坡等混凝土构筑物容易受到海河水体上方漂浮的油污的冲击。如果混凝土具有油污吸附性能，可以大幅减少水体吸油材料投放对物力的消耗，并且减轻水体负担。现有对于油污污染物吸附的方法包括物理方法、化学方法和物理化学方法。这些方法往往需要投入并回收水上吸附剂，或通过高温烧制，并且，以上方法都不能进行循环利用。
专利CN114802617A公开了一种水生态环境治理的污染物打捞方法，油污吸附端包含固定安装在所述打捞艇内的吸油泵，实现除油净化水源，该装置间接吸附油污，但需要提供额外的人工成本。论文《Cleaning up oil pollution in the ocean withphotocatalytic concrete marine structures》提出以混凝土为载体，表面加入光催化剂涂层分解石油污染物。光催化剂层的耐久性、降解性仍有待进一步考证。因此，继续研究一种能够直接油污的吸附方法，能够使混凝土达到循环利用，实现可持续发展的目的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土，首先进行粒径调控，混凝土微观造孔，实现吸油通道；通过聚丙烯纤维、聚乙二醇和异辛基三乙氧基硅烷对混凝土进行改性，其中，聚丙烯纤维、聚乙二醇和异辛基三乙氧基硅烷增大混凝土非极性，促进油污吸附；再与吸附性植物种植相结合，将饱和后油污由吸附性植物根系吸入、降解吸收，并最终得到一种植生油污吸附混凝土。
本发明提供了一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法，具体实施步骤如下：
S1、将NaOH固体溶于水中，并依次加入一定量的粉煤灰和矿渣作为矿物掺合料，采用磁力搅拌机搅拌5-5.5min后，直至温度降至室温得到其混合液；该过程中由于NaOH溶解产生较高的温度以及高碱性环境使得粉煤灰表面硅氧键更容易断裂，释放出其中活跃的Si、Al元素，并发生如下化学反应：
SiO2+H2O+OH-→SiO(OH)3-
Al2O3+3H2O+2OH-→2Al(OH)4-；
S2、取一定量的聚丙烯纤维、聚乙二醇和步骤S1得到的混合液，倒入磁力搅拌机中搅拌20-60min后，得到最终的混合溶液；
S3、取一定量的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥、粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与步骤S2中制得的最终的混合溶液，共同搅拌4-6min，得到具有优化孔隙的混凝土拌合物，所述优化孔隙的表达式如下：
ROI＝m+aexp[(x-b)/t]
式中，x为粉煤灰掺量占胶凝材料的质量百分比，ROI值为毛细孔孔隙体积与试样总孔隙体积的比值，毛细孔的直径为100～1000nm；
S4、将步骤S3得到的混凝土拌合物置于模具中置于常温环境中放置24h，之后拆模并用塑料膜密封，置于60～80℃下养护4-6d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95％的标准养护箱养护至设计龄期60d，养护结束后放置在自然条件下，风干110-120min；
S5、待混凝土试件表面风干后，在混凝土试件表面涂刷一层非极性改性材料，放置在自然条件下24h；
S6、将含有输油性能土壤与丰富基质的土壤以1～2的质量比配置吸油混凝土上方的吸油土层，取一定量厚度为4～6cm的吸油土壤，其吸油土壤含有40％～50％的椰丝纤维、20％～30％的花坛土壤、20％～30％的池塘淤泥以及1％～3％花肥，得到吸油土壤。
优选地，在步骤S1中，所述的NaOH为96％分析纯NaOH固体粉末，所述NaOH固体溶于水中，其上覆盖保鲜膜，直至温度降至室温20-23℃，所述一定量的粉煤灰和矿渣，为各自掺入总量的0.1％～0.7％。
优选地，在步骤S1发生的化学反应中，硅酸盐与铝酸盐之间发生缩聚反应的化学方程式如下:
[SiO2(OH)2]2-+[Al(OH)4]-→[(OH)3Al-O-SiO2(OH)]3-+H2O
[SiO(OH)3]-+[Al(OH)4]-→[(OH)3Al-O-SiO(OH)2]2-+H2O。
优选地，在步骤S3中，所述机制砂的粒径为0.15mm～4.75mm，细度模数为3.48，含泥量<1.5％；所述碎石的粒径5mm～20.00mm，压碎指标为<16％。
优选地，在步骤S3中，所述异辛基三乙氧基硅烷将混凝土孔隙表面向非极性调控的改性反应方程式为：
(2CH3Si(OH)2ONa+CO2+H2O→2CH3Si(OH)3+Na2CO3nCh3Si(OH)3→[CH3SiO3/2]n+3/2H2O)。
优选地，在步骤S3中，所述异辛基三乙氧基硅烷与空气及基底产生化学反应，形成坚韧的憎水层，改变水油接触角余弦值的正负，依据主要公式如下:
其中，h为液体被提升的高度，γ为液-空气表面张力，θ为液体与毛细管内表面的接触角，ρ为液体密度，g为重力加速度，R为毛细管半径。
优选地，在步骤S5中，所述非极性改性材料，其包括异辛基三乙氧基硅烷、硅氧烷、硅氮烷、氟化物改性二氧化硅中的至少一种。
优选地，其包括水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石，具体配比为：80～110份的水泥、320～380份的粉煤灰、20～60份的矿渣、0.01～0.1份的异辛基三乙氧基硅烷、0.04～0.12份的聚丙烯纤维、0.08～0.2份的聚乙二醇、0～4.70份的NaOH、550～750份的机制砂、1000～1300份的碎石和5～9份草种，水胶比为0.4～0.6。
优选地，所述草种包括蜈蚣草、黑麦草和紫花苜蓿，所述水泥为P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，所述矿渣为S95级矿渣。
可优选的是，通过油污吸附植生混凝土方法制备的植生混凝土的油污吸附试验，其包括以下步骤：
S1、将混凝土试块从标准养护室中取出，放入鼓风干燥箱里，其中鼓风干燥箱温度为60℃，并将混凝土试块烘干至恒重；
S2、取出混凝土试块，将混凝土试块放入含油污水中；其中含油污水，为大豆植物油/柴油/机油与水的混合物，水面高度为混凝土试件高度的一半，油污为1mm厚度，铺满水面；
S3、浸泡7天；
S4、将S3得到的混凝土试块放入鼓风干燥箱，并60℃烘干至恒重；
S5、称取质量，其中，质量变化为油污吸附量。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明通过粒径调控设计粉煤灰、矿渣等工业废弃物，通过设计孔结构实现目标毛细孔占比，实现吸油孔道的大量存在与畅通。不采用本方法，则很难实现吸油孔道与强度的双重优化，达到结构的结构性与功能性要求。
2.本发明通过在混凝土掺加纤维聚丙烯纤维、聚乙二醇(分子量20000及以上)和硅烷(异辛基三乙氧基硅烷、硅氧烷等)对混凝土进行改性处理，使混凝土由极性吸水改性为非极性吸油，内掺异辛基三乙氧基硅烷能够与混凝土发生反应，同时外涂异辛基三乙氧基硅烷使其侵入混凝土内部，在混凝土表面形成疏水表面，减少水的进入，促进油的吸入，使混凝土的吸油性增强。
3.本发明将粉煤灰和矿渣作为矿物掺合料代替大部分水泥，调控NaOH、矿渣和粉煤灰的比例与制备工艺，矿渣和粉煤灰等表面的硅氧键等共价键断裂，释放出其中的AlO3 3-、SiO4 4-等离子，以缩聚的方式形成与托勃莫来石结构相似的C-(A)-S-H凝胶。工艺与用量适当的时候，能够使得C-(A)-S-H能够更多更快地形成，从而水化产物更加丰富地填充与混凝土的内部空隙中，以此来达到提升混凝土强度的目的。植生吸油混凝土的强度达20MPa以上。
附图说明
图1为本发明用于制备油污吸附植生混凝土的方法的流程图；
图2为本发明用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土中特制的混凝土图；
图3为本发明用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土的样品油污单位体积吸附量图。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
本发明提供一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法，如图1所示，具体实施步骤如下：
S1、将NaOH固体溶于水中，并依次加入一定量的粉煤灰和矿渣作为矿物掺合料，采用磁力搅拌机中搅拌5min后，直至温度降至室温得到混合液。
具体而言，步骤S1通过NaOH激发吸油混凝土强度，选用特定比例的粉煤灰和矿渣作为矿物掺合料代替80％水泥，由于粉煤灰以及矿渣主要成分为SiO2和Al2O3，在强碱环境下发生如下的化学反应：
SiO2+H2O+OH-→SiO(OH)3-
Al2O3+3H2O+2OH-→2Al(OH)4-
进而形成[Al(OH)4]-、[Al(OH)6]3-、[SiO(OH)3]-和[SiO(OH)2]2-等络合物，由于络合物具有较高的活性，硅酸盐与铝酸盐之间更容易发生缩聚反应，具体表达式为:
[SiO2(OH)2]2-+[Al(OH)4]-→[(OH)3Al-O-SiO2(OH)]3-+H2O
[SiO(OH)3]-+[Al(OH)4]-→[(OH)3Al-O-SiO(OH)2]2-+H2O
另外由于胶凝材料中CaO的存在，最终体系中会形成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶。三者是构成吸油植生混凝土强度的重要因素，实现了材料的强度改性。
进一步的，在本步骤S1中，NaOH为96％分析纯NaOH固体粉末。
S2、取一定量的聚丙烯纤维、聚乙二醇和S1得到的混合液，倒入磁力搅拌机中搅拌30min后，得到最终的混合溶液。
优选地，在本步骤S2中，选择具有三维网状化学交联结构和一定微孔的改性聚丙烯纤维。聚丙烯纤维利用高聚物中的亲油基与油分子相互亲和作用力作为吸油推动力。当油分子进入足够多时，链段伸展开来，由高分子弹性力学模型知，高分子充分溶胀，当链段伸展足够时，慢慢回缩，存在弹性回缩力，最终达到热力学平衡，实现高吸油性。
添加聚乙二醇对混凝土进行改性。分子量越高的聚乙二醇(PEG)极性越低，而胶凝材料在水化过程中的主要水化产物为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)，利用高分子量的聚乙二醇对水化硅酸钙凝胶进行改性，聚乙二醇附着在胶凝颗粒表面形成非极性渗透层，达到空间位阻作用，提高其吸油能力。
S3、取一定量的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥、粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与S2中制得的最终的混合溶液，共同搅拌5min，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物，优化孔隙的表达式如下：
ROI＝m+aexp[(x-b)/t]
式中，在本方的一个优选实施例中，各系数的取值分别为m＝14.683，a＝2.027，b＝10，t＝23.164，x为粉煤灰掺量占胶凝材料的质量百分比，ROI值为毛细孔(100～1000nm)孔隙体积与试样总孔隙体积的比值。Ⅱ级粉煤灰掺量x与毛细孔占比ROI之间呈指数函数关系，经微观压汞试验分析与宏观吸水试验结合，优选ROI取值50％以上更利于制备的混凝土呈现油污吸附孔。
令上述胶凝材料对机制砂和碎石包裹，通过已求得的胶凝材料用量，代入混凝土质量法配合比计算公式，得到合适的吸油混凝土配合比与孔径尺寸结构，从而建立油污传输通道。
异辛基三乙氧基硅烷将混凝土孔隙表面向非极性调控改性，利用其自身的小分子结构，渗透到混凝土内部几个到十几个毫米，分布在混凝土毛细孔内壁。在碱性条件下硅相连的三个(Si-O-CH2CH3)基水解为硅羟基(Si-OH)，与混凝土中(-OH)反应后发生缩合，使混凝土孔隙表面形成一层以硅羟基连接的碳链亲油疏水表层。通过异辛基三乙氧基硅烷改性，促使混凝土内部(-CH3、-CH2具有疏水性)官能团增加、(-OH具有亲水性)官能团减少；同时，聚合反应后烷基附着于混凝土孔隙内部降低混凝土的表面能，使混凝土表面能低于水的表面能并高于油的表面能，促进油污吸附。其中，R为烷基，其反应方程式式为：
(2CH3Si(OH)2ONa+CO2+H2O→2CH3Si(OH)3+Na2CO3nCh3Si(OH)3→[CH3SiO3/2]n+3/2H2O)。
异辛基三乙氧基硅烷与空气及基底中的水分产生化学反应，又聚合形成网状交联结构的硅酮高分子羟基团(类似硅胶体)，这些羟基团将与基底和自身缩合，产生胶连、堆积，固化结合在毛细孔的内壁及表面。形成坚韧的憎水层。
根据毛细吸水理论公式:
其中，h为液体被提升的高度，γ为液-空气表面张力，θ为液体与毛细管内表面的接触角，ρ为液体密度，g为重力加速度，R为毛细管半径。异辛基三乙氧基硅烷能够增大水的接触角超过90°，处于疏水状态，然而对于油的接触角小于90°，处于亲油状态。水的余弦值为负数，油的余弦值为正数，依据毛细吸水理论，水不润湿固体表面，油对于混凝土表面具有润湿性。
进一步的，在本步骤S3中，机制砂的粒径为0.15mm～4.75mm，细度模数3.48，含泥量<1.5％；碎石的粒径5mm～20.00mm，压碎指标为<16％。
S4、将步骤S3得到的混凝土拌合物置于模具中置于常温环境中放置24h，之后拆模用塑料膜密封，置于60～80℃下养护4d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95％的标准养护箱养护至设计龄期60d，养护结束后放置在自然条件下，风干120min。
S5、待混凝土试件表面风干后，在混凝土试件表面涂刷一层非极性改性材料，放置在自然条件下24h。
在本发明的一个优选实施例中，非极性改性材料，包括异辛基三乙氧基硅烷、硅氧烷、硅氮烷、氟化物改性二氧化硅中的至少一种。
S6、将含有输油性能土壤与丰富基质的土壤以1:2的质量比配置吸油混凝土上方的吸油土层，取一定量厚度为4～6cm的吸油土壤，其吸油土壤含有40％～50％的椰丝纤维、20％～30％的花坛土壤、20％～30％的池塘淤泥、1％～3％花肥，得到吸油土壤。
本发明的第二方面，提供一种通过油污吸附植生混凝土方法制备的植生混凝土，包括水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石，具体配比为：80～110份的水泥、320～380份的粉煤灰、20～60份的矿渣、0.01～0.1份的异辛基三乙氧基硅烷、0.04～0.12份的聚丙烯纤维、0.08～0.2份的聚乙二醇、0～4.70份的NaOH、550～750份的机制砂、1000～1300份的碎石、水胶比0.4～0.6和5～9份草种。
具体而言，草种包括蜈蚣草、黑麦草和紫花苜蓿，水泥为P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，矿渣为S95级磨细矿渣。
具有油污吸附性能的胶凝材料，包括80～110份的水泥、320～380份的粉煤灰、20～60份的矿渣、0.01～0.1份的异辛基三乙氧基硅烷、0.04～0.12份的聚丙烯纤维、0.08～0.2份的聚乙二醇，水胶比为0.4～0.6。
水胶比，是水和胶凝材料比例的意思，胶凝材料是指混凝土中反应形成网格结构的与骨材胶结的材料。本文中，聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷三种物质，统称调节改性材料，本发明中的所谓水，可以是建筑工程领域常用的水的统称，可以是河水、海水、自来水等。
本发明的第三方面，还提供一种通过油污吸附植生混凝土方法制备的植生混凝土的油污吸附试验，气包括以下步骤：
S1、将混凝土试块从标准养护室中取出，放入鼓风干燥箱里，其中鼓风干燥箱温度为60℃，并将混凝土试块烘干至恒重。
S2、取出混凝土试块，将混凝土试块放入含油污水中；其中含油污水，为大豆植物油/柴油/机油与水的混合物，水面高度为混凝土试件高度的一半，油污为1mm厚度，铺满水面。
S3、浸泡7天，混凝土试块达到饱和状态。
S4、将S3得到的混凝土试块放入鼓风干燥箱，并烘干至恒重。
S5、称取吸附油污后质量并将吸油前后质量做差得到前后质量变化，其中，质量变化为油污吸附量。
以下结合实施例对本发明一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法及植生混凝土做进一步描述：
实施例1:
水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：100份的水泥、350份的粉煤灰、50份的矿渣、0.5份的NaOH、0.03份的异辛基三乙氧基硅烷、0.05份的聚丙烯纤维、0.1份的聚乙二醇、600份的机制砂、1100份的碎石和250份的水。
将NaOH溶于水中，并将1.05份的粉煤灰以及0.15份的矿渣加入磁力搅拌机搅拌5min，并直至其温度降至室温得到混合液；将聚丙烯纤维、聚乙二醇以及混合液加入磁力搅拌机中搅拌30min得到最终的混合溶液；取所需的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥以及剩余的粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与最终的混合溶液，共同搅拌5min，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，置于常温环境中放置24h，之后拆模用塑料膜密封，置于60～80℃下养护4d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95％的标准养护箱养护至设计龄期60d，即可得到具有油污吸附性能混凝土。将试件放入鼓风干燥箱里，60℃烘干至恒重，将混凝土试块放在含油污(大豆植物油)和水的混合液体中，浸泡7天。得到样品1。
实施例2:
水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：120份的水泥、400份的粉煤灰、60份的矿渣、1份的NaOH、0.06份的异辛基三乙氧基硅烷、0.1份的聚丙烯纤维、0.15份的聚乙二醇、670份的机制砂、1200份的碎石和290份的水。
将NaOH溶于水中，并将1.2份的粉煤灰以及0.18份的矿渣加入磁力搅拌机搅拌5min，并直至其温度降至室温得到混合液；将聚丙烯纤维、聚乙二醇以及混合液加入磁力搅拌机中搅拌30min得到最终的混合溶液；取所需的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥以及剩余的粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与最终的混合溶液，共同搅拌5min，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，置于常温环境中放置24h，之后拆模用塑料膜密封，置于60～80℃下养护4d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95％的标准养护箱养护至设计龄期60d，即可得到具有油污吸附性能混凝土。将试件放入鼓风干燥箱里，60℃烘干至恒重，将混凝土试块放在含油污(大豆植物油)和水的混合液体中，浸泡7天。得到样品2。
实施例3:
水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：150份的水泥、450份的粉煤灰、80份的矿渣、1.5份的NaOH、0.08份的异辛基三乙氧基硅烷、0.12份的聚丙烯纤维、0.2份的聚乙二醇、740份的机制砂、1300份的碎石和340份的水。
将NaOH溶于水中，并将1.35份的粉煤灰以及0.24份的矿渣加入磁力搅拌机搅拌5min，并直至其温度降至室温得到混合液；将聚丙烯纤维、聚乙二醇以及混合液加入磁力搅拌机中搅拌30min得到最终的混合溶液；取所需的的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥以及剩余的粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与最终的混合溶液，共同搅拌5min，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，置于常温环境中放置24h，之后拆模用塑料膜密封，置于60～80℃下养护4d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95％的标准养护箱养护至设计龄期60d，即可得到具有油污吸附性能混凝土。将试件放入鼓风干燥箱里，60℃烘干至恒重，将混凝土试块放在含油污(大豆植物油)和水的混合液体中，浸泡7天。得到样品3。
实施例4:
水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：100份的水泥、350份的粉煤灰、50份的矿渣、2份的NaOH、0.03份的异辛基三乙氧基硅烷、0.05份的聚丙烯纤维、0.1份的聚乙二醇、600份的机制砂、1100份的碎石和250份的水。
将NaOH溶于水中，并将1.05份的粉煤灰以及0.15份的矿渣加入磁力搅拌机搅拌5min，并直至其温度降至室温得到混合液；将聚丙烯纤维、聚乙二醇以及混合液加入磁力搅拌机中搅拌30min得到最终的混合溶液；取所需的的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥以及剩余的粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与最终的混合溶液，共同搅拌5min，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，置于常温环境中放置24h，之后拆模用塑料膜密封，置于60～80℃下养护4d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95％的标准养护箱养护至设计龄期60d，养护至60天龄期的前2天，将需进行干湿循环的试件从标准养护室取出。擦干试件表面水分，然后将试件放人烘箱中，并应在(80±5)℃下烘48h。之后放入含有5％Na2SO4溶液的硫酸盐试验箱里，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能》试验方法。循环28天。得到样品4。
实施例5:
与实施例4的不同之处在于：循环时间为60天，得到样品5。
实施例6:
与实施例5的不同之处在于：循环时间为90天，得到样品6。
实施例7:
与实施例1的不同之处在于：浸泡液体为柴油与水的混合物，得到样品7。
实施例8:
与实施例1的不同之处在于：浸泡液体为机油与水的混合物，得到样品8。
实施例9:
与实施例2的不同之处在于：浸泡液体为柴油与水的混合物，得到样品9。
实施例10:
与实施例2的不同之处在于：浸泡液体为机油与水的混合物，得到样品10。
实施例11:
与实施例3的不同之处在于：浸泡液体为柴油与水的混合物，得到样品11。
实施例12:
与实施例3的不同之处在于：浸泡液体为机油与水的混合物，得到样品12。
对比实施例1:
本对比实施例中，水泥、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：500份的水泥、600份的机制砂、1100份的碎石和250份的水。所需碎石和机制砂加入混料机(混凝土搅拌机)中搅拌60s，倒入水泥继续搅拌60s，再倒入水继续搅拌5min得到混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，静置24h并进行脱模，得到混凝土试块。将混凝土试块放在标准养护室里，相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护60天，即可得到具有油污吸附性能混凝土。将试件放入鼓风干燥箱里，60℃烘干至恒重，将混凝土试块放在含油污(大豆植物油)和水的混合液体中，浸泡7天。得到对比样品1。
对比实施例2:
本对比实施例中，水泥、粉煤灰、矿渣、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：100份的水泥、350份的粉煤灰、50份的矿渣、600份的机制砂、1100份的碎石和250份的水。所需碎石和机制砂加入混料机(混凝土搅拌机)中搅拌60s，倒入水泥、粉煤灰和矿渣，继续搅拌60s，水倒入混料机继续搅拌5min，得到混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，静置24h并进行脱模，得到混凝土试块。将混凝土试块放在标准养护室里，相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护60天，即可得到具有油污吸附性能混凝土。将试件放入鼓风干燥箱里，60℃烘干至恒重，将混凝土试块放在含油污(大豆植物油)和水的混合液体中，浸泡7天。得到对比样品1。
对比实施例3:
本对比实施例中，水泥、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维、聚乙二醇、异辛基三乙氧基硅烷、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：100份的水泥、350份的粉煤灰、50份的矿渣、0.03份的异辛基三乙氧基硅烷、0.05份的聚丙烯纤维、0.1份的聚乙二醇、600份的机制砂、1100份的碎石和250份的水。
将聚丙烯纤维、聚乙二醇以及水加入磁力搅拌机中搅拌30min得到混合溶液；取所需的的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30s后，接着倒入水泥以及剩余的粉煤灰和矿渣进行搅拌60s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与混合溶液，共同搅拌5min，得到具有优化孔隙的吸油混凝土拌合物。
将上述得到的混凝土拌合物取一定的量置于特制模具里，静置24h并进行脱模，得到混凝土试块。养护至60天龄期的前2天，将需进行干湿循环的试件从标准养护室取出。擦干试件表面水分，然后将试件放人烘箱中，并应在(80±5)℃下烘48h。之后放入含有5％Na2SO4溶液的硫酸盐试验箱里，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能》试验方法。循环28、60、90天。得到对比样品3。
对比实施例4:
与对比实施例3的不同之处在于：成分不同：水泥、粉煤灰、矿渣、机制砂和碎石分别按每m3质量(kg)计为：100份的水泥、350份的粉煤灰、50份的矿渣、600份的机制砂、1100份的碎石和250份的水，得到对比样品4。
对比实施例5:
与对比实施例1的不同之处在于：浸泡液体为柴油与水的混合物，得到对比样品6。
对比实施例6:
与对比实施例1的不同之处在于：浸泡液体为机油与水的混合物，得到对比样品7。
对比实施例7:
与对比实施例2的不同之处在于：浸泡液体为柴油与水的混合物，得到对比样品8。
对比实施例8:
与对比实施例2的不同之处在于：浸泡液体为机油与水的混合物，得到对比样品9。
参考GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》，混凝土强度符合要求；
参考GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测混凝土的60d抗压强度(MPa)检测结果如表4所示；
表1混凝土豆油吸附质量
表2混凝土柴油吸附质量
表3混凝土机油吸附质量
表4混凝土耐久性性能
从表1、表2和表3单位质量和单位体积的油污吸附质量来看，实施例比对比例的吸附量大，样品1单位体积吸附大豆油质量较对比1提高5倍。综合性能差异性较小，技术效果显著。
从表4可以看出，实施例的初始抗压强度低于对比例3，但实施例高于对比例4，说明掺加聚丙烯纤维、聚乙二醇和异辛基三乙氧基三种改性材料加入，提升混凝土的抗压强度。当试块被硫酸盐溶液侵蚀90天时，通过计算，实施例较对比例4的强度提升24％、20％、31％耐久性效果显著。
另外，单独使用聚丙烯纤维、聚乙二醇和异辛基三乙氧基对于油污吸附量的提升不明显，没有实用性。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种用于制备油污吸附植生混凝土的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、将NaOH固体溶于水中，并依次加入一定量的粉煤灰和矿渣作为矿物掺合料，采用磁力搅拌机搅拌5-5.5min后，直至温度降至室温得到其混合液；该过程中由于NaOH溶解产生较高的温度以及高碱性环境使得粉煤灰表面硅氧键更容易断裂，释放出其中活跃的Si、Al元素，并发生如下化学反应：
；
所述一定量的粉煤灰和矿渣为各自掺入总量的0.1%~0.7%;
S2、取一定量的聚丙烯纤维、聚乙二醇和步骤S1得到的混合液，倒入磁力搅拌机中搅拌20 -60min后，得到最终的混合溶液；
S3、取一定量的机制砂和碎石混合放入混凝土搅拌机中搅拌30 s后，接着倒入水泥、粉煤灰和矿渣进行搅拌60 s后，再加入异辛基三乙氧基硅烷与步骤S2中制得的最终的混合溶液，共同搅拌4-6min，得到具有优化孔隙的混凝土拌合物，所述优化孔隙的表达式如下：
；
式中，m=14.683，a=2.027，b=10，t=23.164，x为粉煤灰掺量占胶凝材料的质量百分比，ROI值为毛细孔孔隙体积与试样总孔隙体积的比值，毛细孔的直径为100~1000 nm；
S4、将步骤S3得到的混凝土拌合物置于模具中置于常温环境中放置24 h，之后拆模并用塑料膜密封，置于60~80℃下养护4-6 d，之后将塑料膜拆除，放置在20±2℃，相对湿度不低于95%的标准养护箱养护至设计龄期60 d，养护结束后放置在自然条件下，风干110-120min；
S5、待混凝土试件表面风干后，在混凝土试件表面涂刷一层非极性改性材料，放置在自然条件下24 h；
S6、将含有输油性能土壤与丰富基质的土壤以1：2的质量比配置吸油混凝土上方的吸油土层，取一定量厚度为4~6 cm的吸油土壤，其吸油土壤含有40%~50%的椰丝纤维、20%~30%的花坛土壤、20%~30%的池塘淤泥以及1%~3%花肥，得到吸油土壤。
2.根据权利要求1所述的用于制备油污吸附植生混凝土的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述机制砂的粒径为0.15 mm~4.75 mm，细度模数为3.48，含泥量<1.5%；所述碎石的粒径5 mm~20.00 mm，压碎指标为<16%。
3.根据权利要求1或者2所述的用于制备油污吸附植生混凝土的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述异辛基三乙氧基硅烷与空气及基底产生化学反应，形成坚韧的憎水层，改变水油接触角余弦值的正负，依据主要公式如下:
；
其中，h为液体被提升的高度，γ为液-空气表面张力，θ为液体与毛细管内表面的接触角，ρ为液体密度，g为重力加速度，R为毛细管半径。
4.根据权利要求1所述的用于制备油污吸附植生混凝土的方法，其特征在于，在步骤S5中，所述非极性改性材料，其包括异辛基三乙氧基硅烷、硅氧烷、硅氮烷、氟化物改性二氧化硅中的至少一种。
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