CN117814086A - 一种加气混凝土的处理方法和该方法提供的种植介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加气混凝土的处理方法和该方法提供的种植介质，所述加气混凝土的处理方法包括以下步骤：1)混凝土粉碎研磨，备用；2)竹醋液与水按照1：3‑8的体积比混合，然后将粉碎后的混凝土完全浸泡到竹醋液和水的混合液中，浸泡24‑36h后，过滤，晾干混凝土；3)将步骤2)滤过的混凝土使用水浸泡，充分搅拌，每12‑24h过滤混凝土，充分滤洗，此步骤重复8‑12次。本发明提供的种植介质，是将加气混凝土经竹醋液和雨水处理、搅拌后，pH值为8.5上下、电导率为426±21.23，达到植物最适合的电导率值区间200‑600us/cm。经竹醋液处理后水冲洗5次以上，可以降低各元素单因子污染指数。

Description

一种加气混凝土的处理方法和该方法提供的种植介质

技术领域

本发明涉及混凝土材料领域，涉及一种加气混凝土的处理方法和该方法提供的种植介质。

背景技术

加气混凝土，是由凝胶材料、骨料和水按适当比例配置。

加气混凝土(Autoclaved aerated concrete，简称为AAC)，是一种特殊的混凝土，其是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主要原料，掺加发气剂(铝粉)，通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土。

加气混凝土由于质量轻、保温绝缘效果好、环保节能性高、施工工艺便捷以及抗震性能良好等优点，受到各种建筑结构体系的青睐。

自1889年捷克科学家霍夫曼成功研制出了加气混凝土并在1929年投入生产，如今已有100多年的发展历史。我国于二十世纪六十年代初引进加气混凝土生产线，至今也已有60多年的历史。

根据研究显示，我国每年会产生超过2亿吨的废弃混凝土，处理废弃加气混凝土需要消耗很多资源，随意堆放处理的废弃加气混凝土也会造成土壤污染与水污染，危害生态系统。

现有废弃混凝土最常用的回收方式是简单机械破碎、磨细或者煅烧后再利用，称炜再生骨料。

除了常规处理方法外，还有其他相关研究，比如：

用水玻璃(硅酸钠)浸泡，可以增强再生骨料的强度(孙克庆，水玻璃浸泡对混合再生混凝土的强度影响，硕士论文，2019年06月)；

用硅酸钠溶液和硅烷溶液两种改性剂，并采用浸渍改性方法，对再生骨表面进行改性处理(达则晓丽，废弃混凝土再生骨料表面改性的强化试验，科技资讯，建筑与土木，2023年第8版，87-90)。

现有方案大多数通过对再生骨料进行碱性处理，进而改变混凝土的性能，使得混凝土再次利用。

植物种植介质，是指为减轻屋顶荷载，宜尽量选用轻质材料做栽培介质，常用的有谷壳、蛭石、陶粒、泥碳等，即所谓的无土栽培介质。

现有方法不能解决混凝土作为植物种植介质及其营养添加问题。

发明内容

为了解决混凝土废料作为种植介质酸碱度过高、营养缺乏的问题，发明人通过竹醋液浸泡对混凝土进行过盐过碱，并添加草木灰、竹炭和微生物进行发酵的处理，最终提供了可以作为种植材料的混凝土处理方法。

第一方面，本申请提供一种加气混凝土的处理方法，该方法包括以下步骤：

1)混凝土粉碎研磨，备用；

2)竹醋液与水按照1：3-8的体积比混合，然后将粉碎后的混凝土完全浸泡到竹醋液和水的混合液中，浸泡24-36h后，过滤，晾干混凝土；

3)将步骤2)滤过的混凝土使用水浸泡，充分搅拌，每12-24h过滤混凝土，充分滤洗，此步骤重复8-12次。

上述方法中：

所述步骤1)中，粉碎研磨的粒径为小于等于1.5mm。

所述步骤2)中，水为河水、自来水或雨水，雨水或河水效果最优。

所述竹醋液，主要成分为水，pH值2.6，有机酸总含量6.3％。

上述方法，先用竹醋液浸泡，再用水冲洗，经过多次处理后，加气混凝土电导率在植物最适合的电导率(200-600us/cm)范围内，铝、砷、硼、钙、镉、铬、铜、铁、镍、铅和钛元素离子含量均有所下降，达到非盐渍化等级。

第二方面，本申请提供的一种种植介质，其原料包括以下成分：混凝土、竹醋液、草木灰、竹炭、发酵菌和发酵物。

具体的，其原料包括以下配比的成分：混凝土70g、竹醋液2.0-4.0ml、草木灰和竹炭6-15g、发酵菌0.3-0.7g和发酵物6-10g。

优选地，其原料包括以下配比的成分：混凝土70g、竹醋液2.0-3.0ml、草木灰和竹炭8-12g、发酵菌0.3-0.7g和发酵物6-8g。

最佳配比为，原料包括以下配比的成分：混凝土70g、竹醋液2.5ml、草木灰和竹炭10g、发酵菌0.5g和发酵物7.5g。

上述土壤中：

上述配比的成分，不应该单纯的理解为g和ml，还可以是上述单位的1/100倍、1/10倍、10倍、100倍、1000倍等。

所述混凝土为加气混凝土；

所述竹醋液，主要成分为水，pH值2.6，有机酸总含量6.3％；

所述草木灰和竹炭的制备：将毛竹在明火中燃烧，烧至灰烬，获得草木灰与竹炭；

所述发酵菌为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌按照1：1：1：1：1的重量比组合；

所述发酵物为豆粕和花生壳，其二者的重量比为1：1-5，优选为1：1-3。

本发明还提供了上述种植介质的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)混凝土粉碎研磨，备用；

2)竹醋液与水按照1：3-8的体积比混合，然后将粉碎后的混凝土完全浸泡到竹醋液和水的混合液中，浸泡24-36h后，过滤，晾干混凝土；

3)将步骤2)滤过的混凝土使用水浸泡，充分搅拌，每12-24h过滤混凝土，充分滤洗，此步骤重复8-12次；

4)分别将竹炭和草木灰，豆粕与花生壳粉碎研磨，然后加入到步骤3)处理后的混凝土中，搅拌充分，搅拌3-4小时/天，持续1天；

5)将发酵菌加入搅拌充分的混凝土中，喷入水，常温发酵，10-30天。

上述方法中：步骤1)中，粉碎研磨的粒径小于等于1.5mm。

步骤2)中的水为河水、自来水或雨水，雨水或河水效果最优。

步骤5)，水的用量为发酵菌重量的1倍量。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本发明提供的处理方法中，出现了许多问题，总结发现：

首先，是调节加气混凝土的pH值，使其达到利于植物生长的理想pH值。由于混凝土的高pH值，需要偏酸性物质去调节pH值，但是单独使用河水处理的加气混凝土仅钙、钾离子含量显著上升。单独使用竹醋液降低加气混凝土pH效果更佳，但是一些金属离子显著含量上升，这是由于加气混凝土容易吸附竹醋液中的微量元素离子。因此，使用竹醋液后还需要使用水进行漂洗，在保证降低pH值(最后漂洗后的水pH大约为8)的同时降低金属离子含量。

第二是，竹醋液浸泡有利于增加混凝土的金属元素，增加电导率，植物最适合的电导率值为200-600us/cm。但过量的金属元素会使混凝土盐渍化，一些金属元素在使用雨水漂洗后离子含量依旧过高，与单使用竹醋液处理方法相比，先使用竹醋液再使用水滤洗的处理方法中铝、砷、硼、钙、镉、铬、铜、铁、镍、铅和钛元素离子含量均有所下降，达到非盐渍化等级。

第三、混凝土孔隙调节问题，混凝土易板结，静止放置一段时间后会出现板结，若遇水也会出现大量的板结现象，经过竹醋液和水的处理后，掺入竹炭、草木灰不仅可以提供营养物质，还可以使得加气混凝土不出现板结现象，实现蓬松和加大空隙，利于植物生长。

最后，发酵物问题，混凝土中不存在植物生长所需要的各种营养物质，因此需要加入营养物质与微生物进行发酵增加混凝土的养分，发酵的时间与质量是一大难题。

实验发现，将发酵物切割研磨、减小体积、搅拌均匀，可以很好地增快发酵时间与均匀营养物质。且对于加气混凝土的发酵是全新的研究，与土壤的发酵有着很大区别，因此缺少很多参考与依据，需要自行摸索。

2、本申请提供的种植介质

本发明提供的种植介质，是将加气混凝土经竹醋液和雨水处理、搅拌后，pH值为8.5上下、电导率为426±21.23，达到植物最适合的电导率值区间200-600us/cm。经竹醋液处理后水冲洗5次以上，可以降低各元素单因子污染指数。

本研究发酵处理使加气混凝土有机质显著升高，有机质、磷和钾含量相较未处理的混凝土差异显著，有机质含量达到典型耕地、沃土有机质水平1.5％～7％。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

竹醋液购自遂昌武太郎竹炭有限公司，外观棕色、棕黄色、澄清、无可见悬浮物，检测pH值2.6，密度：1.008g/ml，有机酸总含量6.3％。规格：2500ml，净重2.5kg；

草木灰、生物炭原料：70根毛竹，将毛竹在明火中燃烧，烧至灰烬，共获得草木灰与竹炭10kg；

菌株，枯草芽孢杆菌(编号为ACCC 10635)、地衣芽孢杆菌(编号为ACCC 11080)、巨大芽孢杆菌(编号为ACCC 04314)、解淀粉芽孢杆菌(编号为ACCC 60056)、植物乳杆菌(编号为ACCC 10171)。由山东康源生物公司提供，编号为中国农业微生物菌种保藏管理中心的保藏编号。

需要说明的是：本发明对各原料的粉碎目的是为了更好的处理或发酵，粒径不应该构成对本发明的限制。

实施例1：一种种植介质

1、原料：建筑用加气混凝土70kg、竹醋液2500ml、草木灰与竹炭10kg、枯草芽孢杆菌0.1kg、地衣芽孢杆菌0.1kg、巨大芽孢杆菌0.1kg、解淀粉芽孢杆菌0.1kg、植物乳杆菌0.1kg，豆粕2.5kg，花生壳5kg。

2、处理方法

1)将建筑用加气混凝土经过粉碎研磨处理，粒径小于等于1.5mm；

2)竹醋液与水按照1：5的体积比混合，然后将粉碎后的加气混凝土完全浸泡在竹醋液中，浸泡24h后再次搅拌加气混凝土，过滤，晾干加气混凝土；

浸泡过程中，会出现板结凝固成大块固体，需要充分搅拌。

3)将步骤2)晾干的加气混凝土使用水浸泡，水的用量为没过混凝土，充分搅拌，每12h过滤加气混凝土，充分滤洗，持续三天上述的操作；

滤洗过的加气混凝土再次使用水浸泡，每24h过滤加气混凝土，持续两天上述的操作，最终得到的混凝土以潮湿，但看不到水为准。

4)将竹炭、草木灰使用粉碎研磨机充分粉碎，研磨时间为2分钟；

将豆粕与花生壳使用粉碎研磨机充分粉碎研磨，研磨时间为2分钟；

将上述粉碎后的竹炭和草木灰、豆粕、花生壳一起加入到步骤3)得到的加气混凝土中搅拌均匀；

待上述成分均搅拌3-4小时，每天重复搅拌，防止混凝土板结；

5)将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌和解淀粉芽孢杆菌加入搅拌充分的加气混凝土中，将500ml水均匀喷在混凝土表面；

6)发酵，发酵温度为常温，发酵条件为需氧发酵，发酵20天。

实验例1：加气混凝土pH调节处理

1、采样

对各处理方法得到的加气混凝土再次搅拌充分，收集表层土样，放在自然阴凉处进行风干处理，对风干的土样进行研磨，各处理方法为：

处理1：对照组，未经水或竹醋液处理，收集的原始土；

处理2、3分别用河水与竹醋液对加气混凝土处理，具体为：

将河水或竹醋液分别倒入装有加气混凝土的不同容器内，充分搅拌加气混凝土使其完全浸没在水与竹醋液中。浸泡24h后再次充分搅拌，晾干加气混凝土。

2、检测指标

pH值：pH仪和pH试纸测量；

电导率：贝尔BEC-6600电导率仪进行测定；

含盐量与元素离子含量：Combi AM5000土壤盐分测定仪进行含盐量检测，霍尔德HED-Q800土壤养分化验仪进行土壤元素离子含量检测；

3、数据处理

采用Excel 2019进行数据统计，SPSS version22软件进行数据分析。

4、结果与分析

4.1河水与竹醋液对加气混凝土pH值、电导率与盐分的影响：见表1

表1：三种处理方式对加气混凝土pH值、电导率与盐分影响情况

注：表格中的数据按“平均数±标准偏差”表示；同行中的不同小写字母代表有显著性差异(P<0.05)

如表1所示，河水与竹醋液明显降低了加气混凝土pH值，竹醋液的降低效果更好。经过竹醋液处理的加气混凝土电导率与盐分明显增加。

植物最适合的电导率值为200-600us/cm之间。使用竹醋液处理的加气混凝土电导率值符合植物适宜生长的电导率值，而使用河水处理以及未处理的加气混凝土电导率低于植物适宜生长的电导率值。

4.2河水与竹醋液对加气混凝土各元素离子含量的影响：见表2

表2：三种处理方式的离子测定(mg/kg)

注：表格中的数据按“平均数±标准偏差”表示；同行中的不同小写字母代表有显著性差异(P<0.05)

如表2所示，使用竹醋液处理的加气混凝土铝、砷、铬、铜、铁、钾、镁、锰、铅、硫、钛、锌离子含量较对照组均显著上升；使用河水处理的加气混凝土仅钙、钾离子含量显著上升。

由此可得，竹醋液中的多种微量元素会被加气混凝土吸收，导致离子含量上升，在实际使用时需要用河水滤洗。

实验例2：发酵对加气混凝土的影响

1、样品采集：同实验例1。

2、比较方法：

发酵处理：见实施例1的处理方法；

对照组：采用实施例1的处理方法，区别在于未进行发酵处理。

3、检测指标

3.1样品肥力测评

采用内梅罗综合指数法对加气混凝土样品进行肥力综合评测。选取pH值、有机物总量、总磷含量、总钾含量作为参比项来反映加气混凝土的肥力状况。计算公式(1)如下：

公式中，p_i表示分肥力系数，c_i为测定属性的测定值，x_a，x_p，x_c表示各个测定属性的分级标准值。土壤pH分级标准值为：当6.4＜pH≤7.5时，p_i＝3；当5.5＜pH≤6.4或7.5＜pH≤8.5时，p_i＝2；当pH≤5.5或pH＞8.5时，p_i＝1。

3.1.2标准值的依据为《全国第二次土壤普查养分分级标准》，土壤养分分级标准见表3，土壤各属性分级标准值见表4：

表3：全国土壤养分分级标准

表4土壤各属性分级标准值

3.1.3采用内梅罗公式进行下一步计算，公式(2)如下：

公式中p为样品的综合肥力系数，表示各测定属性分肥力系数的平均值，p_i，min表示各测定属性分肥力系数的最小值，n为参与测定的属性的个数。根据P值将土壤综合肥力分为四个等级：p<0.9为四级，样品肥力贫瘠；0.9<p<1.8为三级，样品肥力一般；1.8<p<2.7为二级，样品肥力肥沃；p>2.7为一级，样品肥力非常肥沃。

3.2样品重金属污染程度测评

采用单因子指数法和内梅罗指数法对土壤重金属元素以及污染土壤的非金属元素的污染程度进行测评。

单因子指数法公式如下公式(3)：

p_i＝c_i/s_i (3)

公式中p_i表示土壤中污染物的单因子污染指数，c_i表示土壤中污染物i的测定含量，s_i表示土壤污染物i的评价标准，本实验采用《中国土壤元素背景值》中全国表层土壤的元素算术平均值作为评价标准。

内梅罗指数法计算公式如下公式(4)：

公式中p_综为综合污染指数，(c_i/s_i)² _max表示单因子污染值的最大值，(c_i/s_i)² _ave表示单因子污染值的均值。评价结果分级标准见表5。

表5：土壤重金属污染等级划分标准

4、实验结果

4.1试验发酵处理对加气混凝土各元素含量离子质量分数的影响：见表6

表6：发酵处理前后微量元素离子测定(mg·kg^－1)

注：表格中的数据按“平均数±标准偏差”表示；同列中的不同小写字母代表有显著性差异(P<0.05)

如表6所示，与未进行发酵处理的对照组相比，发酵处理组的铝、砷、铁、镍、铅、镁、钙、钼、硫、钴元素离子含量显著性下降。结合表2，先使用竹醋液再使用河水滤洗的处理方法与单使用竹醋液处理方法相比，铝、砷、硼、钙、镉、铬、铜、铁、镍、铅、钛元素离子含量均有所下降。

表7为土壤金属元素以及过量会对植物造成危害的微量元素的单因子污染指数与综合污染指数。

表7：各金属元素单因子污染指数与综合污染指数

表7结果显示，镉、钴、铜、铬、锰、镍、铅元素含量均为清洁等级；综合污染指数等级为轻度污染等级。

4.2试验发酵处理对加气混凝土有机质及大量元素质量分数的影响：见表8

表8：试验发酵处理对加气混凝土有机质及大量元素质量分数影响情况

注：表格中的数据按“平均数±标准偏差”表示；同列中的不同小写字母代表有显著性差异(P<0.05)

如表8所示，经过发酵处理的加气混凝土有机物含量、磷总量与钾总量明显升高。未处理的加气混凝土有机物含量在土壤各属性分级标准中属于养分低的级别；磷含量(总)含量在土壤各属性分级标准中属于养分很低的级别；钾含量(总)含量在土壤各属性分级标准中属于养分很低的级别。而经过发酵处理的加气混凝土有机物含量在土壤各属性分级标准中属于养分很高级别；磷含量(总)含量在土壤各属性分级标准中属于养分很高级别；钾含量(总)含量在土壤各属性分级标准中属于养分低级别。

结果可知，发酵处理的加气混凝土土壤养分含量明显提高，尤其是有机质含量与总磷含量，均达到养分很高级别。

4.3试验发酵处理对加气混凝土综合肥力的影响：见表9

表9：加气混凝土分肥力系数及综合肥力

土壤肥力是一系列土壤因子的综合效应，在一个气候条件和种植技术条件相近的地区，土壤肥力对土壤品质和作物生长有很大的影响。因此，选取土壤pH值、有机质、全磷、全钾4个指标对加气混凝土土壤肥力进行定量化的综合评价，结果如表9所示。未处理的加气混凝土土壤综合肥力系数为0.39，肥力等级为四级，肥力贫瘠。经过发酵处理的加气混凝土综合肥力系数为1.21，肥力等级为三级，肥力一般。

由此说明，经过改造的加气混凝土综合肥力有所提升，限制综合肥力的影响因子为pH值与总钾含量。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种加气混凝土的处理方法，该方法包括以下步骤：

1)混凝土粉碎研磨，备用；

2)竹醋液与水按照1：3-8的体积比混合，然后将粉碎后的混凝土完全浸泡到竹醋液和水的混合液中，浸泡24-36h后，过滤，晾干混凝土；

3)将步骤2)滤过的混凝土使用水浸泡，充分搅拌，每12-24h过滤混凝土，充分滤洗，此步骤重复8-12次。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，粉碎研磨的粒径为小于等于1.5mm。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，水为河水、自来水或雨水。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述竹醋液，主要成分为水，pH值2.6，有机酸总含量6.3％。

5.一种种植介质，其特征在于，其原料包括以下成分：混凝土、竹醋液、草木灰、竹炭、发酵菌和发酵物。

6.根据权利要求5所述的种植介质，其特征在于，其原料包括以下配比的成分：混凝土70g、竹醋液2.0-4.0ml、草木灰和竹炭6-15g、发酵菌0.3-0.7g和发酵物6-10g；优选地，其原料包括以下配比的成分：混凝土70g、竹醋液2.0-3.0ml、草木灰和竹炭8-12g、发酵菌0.3-0.7g和发酵物6-8g；进一步优选，其原料包括以下配比的成分：混凝土70g、竹醋液2.5ml、草木灰和竹炭10g、发酵菌0.5g和发酵物7.5g。

7.根据权利要求5所述的种植介质，其特征在于，所述草木灰和竹炭的制备：将毛竹在明火中燃烧，烧至灰烬，获得草木灰与竹炭。

8.根据权利要求5所述的种植介质，其特征在于，所述发酵菌为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌按照1：1：1：1：1的重量比组合。

9.根据权利要求5所述的种植介质，其特征在于，所述发酵物为豆粕和花生壳，其二者的重量比为1：1-5。

10.权利要求5-9任一项所述种植介质的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)混凝土粉碎研磨，备用；

2)竹醋液与水按照1：3-8的体积比混合，然后将粉碎后的混凝土完全浸泡到竹醋液和水的混合液中，浸泡24-36h后，过滤，晾干混凝土；

3)将步骤2)滤过的混凝土使用水浸泡，充分搅拌，每12-24h过滤混凝土，充分滤洗，此步骤重复8-12次；

4)分别将竹炭和草木灰，豆粕与花生壳粉碎研磨，然后加入到步骤3)处理后的混凝土中，搅拌充分，搅拌3-4小时/天，持续1天；

5)将发酵菌加入搅拌充分的混凝土中，喷入水，常温发酵，10-30天。