阅读说明：本技术 一种磷酸盐轻质植生混凝土及其制备方法与应用 (Phosphate light plant-growing concrete and preparation method and application thereof ) 是由 焦楚杰 李宏宇 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磷酸盐轻质植生混凝土及其制备方法与应用。所述植生混凝土的成分及含量为：磷酸盐水泥15.7～23.5％、碎石29.5～68.6％、陶粒0.97～37.5％、硅粉0.8～1.2％、增稠剂0.01～0.04％、水3.6～7.8％、高效减水剂0.08～0.12％和缓凝剂0.25～0.37％。本发明制备的植生混凝土质量轻、强度高、孔隙率大且内部低碱环境能满足植物的正常生长,有效解决了现有植生混凝土降碱技术的难题,同时在容重、强度、孔隙率之间找到了一个合理的平衡点。由于掺入陶粒后的植生混凝土具有保温隔热、抗冻抗渗性好等特点,可广泛应用于屋顶绿化以及边坡河堤的加固,具有较高的社会价值。(The invention discloses phosphate light plant-growing concrete and a preparation method and application thereof. The plant-growing concrete comprises the following components in percentage by weight: 15.7-23.5% of phosphate cement, 29.5-68.6% of broken stone, 0.97-37.5% of ceramsite, 0.8-1.2% of silicon powder, 0.01-0.04% of thickening agent, 3.6-7.8% of water, 0.08-0.12% of high-efficiency water reducing agent and 0.25-0.37% of retarder. The plant-growing concrete prepared by the invention has light weight, high strength and large porosity, and the internal low-alkali environment can meet the normal growth of plants, thereby effectively solving the problem of the existing plant-growing concrete alkali reduction technology, and simultaneously finding a reasonable balance point among volume weight, strength and porosity. The plant-growing concrete doped with the ceramsite has the characteristics of heat preservation, heat insulation, good frost resistance and impermeability and the like, can be widely applied to roof greening and reinforcement of side slopes and river banks, and has high social value.)

一种磷酸盐轻质植生混凝土及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于生态工程材料领域，具体涉及一种磷酸盐轻质植生混凝土及其制备方法与应用。

背景技术

由于传统的混凝土具有强度高、耐久性好等特点，因而被广泛应用于各类建筑工程当中，其用量十分庞大。但伴随着我国城市的快速发展，各类高楼大厦拔地而起，映入大家眼帘的都是一些粗、硬、冷、暗的混凝土，视觉效果缺乏生机。另一方面，其密实不透水性也给生态环境带来了严峻的挑战，每逢暴雨时节，城市内涝和边坡河堤滑坡等现象层出不穷，给人们的生活出行带来了诸多不便，而植生混凝土的出现却有效的解决了以上出现的问题。植生混凝土作为一种集生态绿色与经济实用为一体的新型土木工程材料，将会有着广阔的发展空间。

目前而言，我国在植生混凝土的研究方面仍处于初级阶段，缺少相应的技术规程和应用规范。现有技术中，制备植生混凝土所采用的水泥为碱性胶凝材料，其骨架内部的高碱性环境大大地抑制了植生的正常生长。同时，在植生混凝土容重、强度、孔隙率之间难以找到一个合理的平衡点，增大一定的孔隙率以及减轻混凝土的密度往往以牺牲混凝土强度作为代价。由此可知，正是因为存在着以上两大技术难题，使得植生混凝土的推广应用存在较大的困难，故对植生混凝土的降碱处理以及同时解决植生混凝土容重、强度、孔隙率平衡问题迫在眉睫。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种磷酸盐轻质植生混凝土。该植生混凝土强度高、质量轻、孔隙率高、耐酸碱腐蚀且pH值维持在8～9的弱碱范围内，完全满足植物正常生长的需求。

本发明的另一目的在于提供上述一种磷酸盐轻质植生混凝土的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述一种磷酸盐轻质植生混凝土的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种磷酸盐轻质植生混凝土，按质量百分数计，由以下组分制备而成：磷酸盐水泥15.7～23.5％、碎石29.5～68.6％、陶粒0.97～37.5％、硅粉0.8～1.2％、增稠剂0.01～0.04％、水3.6～7.8％、高效减水剂0.08～0.12％和缓凝剂0.25～0.37％；

上述各组分质量百分数之和为100％。

优选地，所述一种磷酸盐轻质植生混凝土，按质量百分数计，由以下组分制备而成：磷酸盐水泥21.3～23.5％、碎石29.5～50.6％、陶粒21.1～37.5％、硅粉1.1～1.2％、增稠剂0.01～0.04％、水5.4～7.8％、高效减水剂0.11～0.12％和缓凝剂0.35～0.37％。

更优选地，所述一种磷酸盐轻质植生混凝土，按质量百分数计，由以下组分制备而成：磷酸盐水泥21.3％、碎石50.6％、陶粒21.1％、硅粉1.1％、增稠剂0.04％、水5.4％、高效减水剂0.11％和缓凝剂0.35％。

优选地，所述磷酸盐水泥为磷酸镁水泥。所述磷酸镁水泥的初凝时间为10～15min，28天抗压强度可达62.4MPa(磷酸镁水泥、砂和水的混合物的抗压强度)。

优选地，所述碎石为单粒级配、针片状含量不超15％、粒径为10～20mm的石灰岩碎石。

优选地，所述陶粒为粒径为10～20mm的900级页岩陶粒，其筒压强度达6.5MPa。所述陶粒在配料称取时，可通过筛网进行筛分，筛除多余的粉状颗粒。

优选地，所述增稠剂由羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比4:1混合而成。

优选地，所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂或荼系高效减水剂。

优选地，所述缓凝剂为工业级硼砂和工业级硼酸中的至少一种；更优选为工业级硼砂和工业级硼酸按照质量比1：1的混合物。所述工业级硼砂和工业级硼酸的纯度均达98％以上，延缓时间在10～15min左右。

上述一种磷酸盐轻质植生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照质量百分比分别称取磷酸盐水泥、碎石、陶粒、硅粉、增稠剂、水、高效减水剂和缓凝剂，并对陶粒进行预湿处理；

(2)将磷酸盐水泥、增稠剂、缓凝剂、硅粉和水混合均匀，得到浆体；

(3)将碎石、陶粒加入到浆体中并混合均匀，然后在搅拌状态下加入减水剂，并继续搅拌至浆体均匀包裹碎石和陶粒，得到磷酸盐型轻质植生混凝土。

优选地，步骤(1)所述预湿处理的方法为：向陶粒中加入水使其充分润湿；更优选为向陶粒中加入水使其充分润湿1h，所述水的加入量为陶粒在1h内的吸水量。所述预湿处理有效避免吸水率较大的页岩陶粒影响水泥的水化反应。

上述一种磷酸盐轻质植生混凝土在绿化和边坡河堤加固领域中的应用。

优选地，所述应用的方法为：将磷酸盐型轻质植生混凝土铺设在绿化带或边坡河堤上，将植物种子、植物培植基质和植物营养液形成的混合物覆盖到磷酸盐型轻质植生混凝土的表面，然后进行种植培育。

优选地，所述绿化为屋顶绿化。

优选地，所述植物种子为孔雀草种子、波斯菊种子和假俭草种子中的至少一种，其根系发达且种植后观赏性较高。

优选地，所述植物培养基质具有保水保湿、固定根系的功能，所述植物培养基质优选为蛭石、泥炭、稻壳炭和海泡石中的至少一种。

优选地，所述植物营养液按质量百分比计为含0.1％硫酸亚铁与0.2％磷酸二氢钾的混合溶液，给植物生长提供必需的Fe、N、K等元素。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明制备的植生混凝土采用了磷酸镁水泥，其水化反应的实质是一个以酸碱中和反应为基础的放热过程，因此相较于现有技术中的碱性胶凝材料而言，其pH值仅有8～9，呈现弱碱性，完全满足植物正常生长的需求，避免了现有技术中采用的水浸法、酸性物质处理等二次降碱的繁琐工艺。

(2)本发明使用羧甲基纤维素和速溶胶粉复配制备植生混凝土，制得的植生混凝土的平均相对密度为1450kg/m³(现有技术中植生混凝土的密度为1700～1900kg·m^-3)，为普通植生混凝土的80％左右，抗压强度均大于25MPa，有效孔隙率超过了28％，一定程度上缓解了孔隙率与强度之间的矛盾关系。

(3)本发明制备的植生混凝土质量轻、强度高、孔隙率大且内部低碱环境能满足植物的正常生长，有效解决了现有植生混凝土降碱技术的难题，同时通过各组分的合理搭配，在容重、强度、孔隙率之间找到了一个合理的平衡点。由于掺入陶粒后的植生混凝土具有保温隔热、抗冻抗渗性好等特点，可广泛应用于屋顶绿化以及边坡河堤的加固，具有较高的社会价值。

附图说明

图1为本发明中磷酸盐型轻质植生混凝土的制备工艺流程图，其中骨料为碎石和陶粒。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本申请实施例和对比例中所述磷酸镁水泥的初凝时间为10～15min，28天抗压强度可达62.4MPa；所述的碎石为单粒级配、针片状含量不超15％、粒径为10～20mm的石灰岩碎石；所述陶粒为粒径为10～20mm的900级页岩陶粒，其筒压强度达6.5MPa；所述工业级硼砂和工业级硼酸的纯度均达98％，延缓时间在10～15min左右。

本申请实施例和对比例中所述页岩陶粒进行预湿1h处理的方法为：向页岩陶粒中加入水使其充分润湿1h，所述水的加入量为页岩陶粒在1h内的吸水量。

本申请实施例和对比例中所述抗压强度的测试方法参照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)。

本发明实施例和对比例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

一种磷酸盐轻质植生混凝土，包括以下按质量百分比计的原料：

磷酸镁水泥17％、碎石68.6％、陶粒9.5％、硅粉0.9％、增稠剂0.04％、水3.6％、高效减水剂(聚羧酸高效减水剂)0.09％、缓凝剂(工业级硼砂和工业级硼酸按照质量比1：1混合)0.27％，其中增稠剂为羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比4:1混合而成。

所述磷酸盐型轻质植生混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)称量上述所需各种组分物料。

(2)将页岩陶粒进行预湿1h处理。

(3)将水泥、增稠剂、缓凝剂、硅粉在大搅拌机中加水拌和至均匀，得到浆体。

(4)将碎石、陶粒和步骤(3)的浆体混合均匀，然后在搅拌状态下加入高效减水剂，并继续搅拌直至浆体均匀包裹碎石和陶粒，得到磷酸盐型轻质植生混凝土。

实施例2

一种磷酸盐轻质植生混凝土，包括以下按质量百分比计的原料：

磷酸镁水泥21.3％、碎石50.6％、陶粒21.1％、硅粉1.1％、增稠剂0.04％、水5.4％、高效减水剂(聚羧酸高效减水剂)0.11％、缓凝剂(工业级硼砂和工业级硼酸按照质量比1：1混合)0.35％，其中增稠剂为羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比4:1混合而成。

所述磷酸盐型轻质植生混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)称量上述所需各种组分物料。

(2)将页岩陶粒进行预湿1h处理。

(3)将水泥、增稠剂、缓凝剂、硅粉在大搅拌机中加水拌和至均匀，得到浆体。

(4)将碎石、陶粒和步骤(3)的浆体混合均匀，然后在搅拌状态下加入高效减水剂，并继续搅拌直至浆体均匀包裹骨料碎石和陶粒，得到磷酸盐型轻质植生混凝土。

实施例3

一种磷酸盐轻质植生混凝土，包括以下按质量百分比计的原料：

磷酸镁水泥15.7％、碎石54.5％、陶粒23.1％、硅粉0.8％、增稠剂0.03％、水5.5％、高效减水剂(聚羧酸高效减水剂)0.10％、缓凝剂(工业级硼砂和工业级硼酸按照质量比1：1混合)0.27％，其中增稠剂为羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比4:1混合而成。

所述磷酸盐型轻质植生混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)称量上述所需各种组分物料。

(2)将页岩陶粒进行预湿1h处理。

(3)将水泥、增稠剂、缓凝剂、硅粉在大搅拌机中加水拌和至均匀，得到浆体。

(4)将碎石、陶粒和步骤(3)的浆体混合均匀，然后在搅拌状态下加入高效减水剂，并继续搅拌直至浆体均匀包裹碎石和陶粒，得到磷酸盐型轻质植生混凝土。

实施例4

一种磷酸盐轻质植生混凝土，包括以下按质量百分比计的原料：

磷酸镁水泥23.5％、碎石29.5％、陶粒37.5％、硅粉1.2％、增稠剂0.01％、水7.8％、高效减水剂(聚羧酸高效减水剂)0.12％、缓凝剂(工业级硼砂和工业级硼酸按照质量比1：1混合)0.37％，其中增稠剂为羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比4:1混合而成。

所述磷酸盐型轻质植生混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)称量上述所需各种组分物料。

(2)将页岩陶粒进行预湿1h处理。

(3)将水泥、增稠剂、缓凝剂、硅粉在大搅拌机中加水拌和至均匀，得到浆体。

(4)将碎石、陶粒和步骤(3)的浆体混合均匀，然后在搅拌状态下加入高效减水剂，并继续搅拌直至浆体均匀包裹碎石和陶粒，得到磷酸盐型轻质植生混凝土。

对实施例1-4制备的磷酸盐型轻质植生混凝土试块(形状为150*150*150mm³)进行28d抗压强度、pH及密度性能测试，测试结果如表1所示。

表1植生混凝土28d性能测试

由表1可以看出由本发明所制备的植生混凝土密度较小，抗压强度高，已经完全可以满足边坡河堤工程以及屋顶绿化的实际需求，大大减轻了结构的自重。另一方面，试验所测得的pH值为弱碱性，为植物提供了一个良好的生长内环境，存活率会有大幅度的提高。

应用实施例1

为了更好的说明本发明所制备的植生混凝土具有广阔的应用前景，现结合应用实施例1进行说明

在临近河堤的边坡上选取三块面积为2m²的土地作为实施对象，土地1采用实施例2所述工艺制备的植生混凝土进行铺设，土地2采用普通硅酸盐水泥制备的植生混凝土进行铺设，土地3不作任何处理，为自然条件下的土壤。对于土地1以及土地2，将植物种子、植物培植基质和植物营养液形成的混合物覆盖到植生混凝土的表面，然后铺设一层自然土壤即可。对于土地3，将植物种子、植物培植基质和植物营养液形成的混合物与自然土壤拌和均匀即可。其中上述植物种子为波斯菊草籽，植物种子播种量为20g/m²，植物培植基质由蛭石和泥炭按照质量比3：1混合得到，植物培植基质用量为200g/m²，植物营养液按质量百分比计为含0.1％硫酸亚铁与0.2％磷酸二氢钾的水溶液，植物营养液用量为500ml/m²。上述三块土地进行为期60天的种植培育(每隔三天浇灌500g/m²上述植物营养液)工作，记录植物生长情况、土壤pH值以及土地的冲刷情况，结果如表2所示。

表2应用实施例分析

对于土地1和土地3，植物生长茂盛，说明在其他条件相同下，弱碱性的环境有利于植物的生长，而过高的碱性如土地2则导致植物内环境失调进而部分枯萎，发黄倒伏。另一方面，种植期间土壤往往受到雨水冲刷作用的影响，而土地1由于混凝土骨架的存在而抗冲刷性较土地3好。

对比例1

将原料中的增稠剂改成羧甲基纤维素，其他条件及制备过程与实施例2相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

对比例2

将原料中的增稠剂改成速溶胶粉，其他条件及制备过程与实施例2相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

对比例3

将原料中的增稠剂改为由羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比2:3混合而成，其他条件及制备过程与实施例2相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

对比例4

将原料中的增稠剂改为由羧甲基纤维素与速溶胶粉按照质量比3:2混合而成，其他条件及制备过程与实施例2相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

对比例5

将原料中的增稠剂改为由羧甲基纤维素与速溶胶粉按照1:4混合而成，其他条件及制备过程与实施例2相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

所述对比例1-5评价指标如下表所示。

表3对比例1-5评价指标分析

由表3可以看出，虽然对比例2和对比例5制备的植生混凝土的抗压强度略大于采用实施例2所制得的植生混凝土，但是水泥净浆流动度远不及实施例2中的流动度，另一方面由于水泥浆体过于黏稠进一步造成了堵孔现象，实测孔隙率大大降低，不利于植物的生长。而对比例1、对比例3和对比例4制备的植生混凝土的各项性能均低于原配比所制得的植生混凝土。综上可知，仅当增稠剂为羧甲基纤维素与速溶胶粉按照4:1混合而成时，通过图1方法所制备的植生混凝土性能才能达到最优。(注：由于对比例与实施例仅在增稠剂上不同，而植生混凝土的密度很大程度上由粗骨料的量决定，以上六组的粗骨料的量都是不变的，因此在密度指标上相差不大)

对比例6

将原料中的水泥用量改为12.7％，用水量改为8.5％，其他条件及制备过程与实施例3相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

对比例7

将原料中的水泥用量改为26％，用水量改为5.3％，其他条件及制备过程与实施例4相同，制得磷酸盐型植生混凝土。

所述实施例3～4和对比例6-7评价指标如下表所示。

表4实施例3～4和对比例6-7评价指标分析

从表4可以看出，当磷酸镁水泥的用量不在15.7％～23.5％范围内时，其综合性指标远低于相对应的实施例，主要原因有两个方面：第一，当磷酸镁水泥的用量低于15.7％时，水泥浆过稀而导致所制备的植生混凝土孔隙堵塞，与此同时水泥石的强度也无法提高。第二，当磷酸镁水泥的用量高于23.5％时，有一部分水泥的水化反应不充分，从而导致植生混凝土强度有所降低，而密度上也有相对应的提升。综上可知，磷酸镁水泥的用量有且仅当在15.7％～23.5％范围内时才能发挥最大效益。

为了让实施例2在实际应用中更有说服力，故在其他条件相同的情况下，通过对比由实施例2和对比例1-5制备的植生混凝土在工程应用中发挥的作用来进一步说明，具体实施方法参照应用实施例1(仅将实施例2制得的植生混凝土改成对比例1～5制得的植生混凝土)，评判指标由抗雨水冲刷性、植物生长情况、根系长度以及植被的覆盖率四者共同决定，如下表5(种植培育60天)所示：

表5实施例2以及对比例1-5的应用实施例评价指标分析

由表5可知，实施例2的各项性能均优于其他对比例，究其原因是由于增稠剂的成分对植生混凝土孔隙率的影响十分显著，而植物根系的生长以及植物的成活率又与混凝土内部孔隙率密切相关，最终进一步的影响了其抗雨水冲刷性能。综上可知，实施例2为最优选实施例。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。