一种氮肥缓释型植生胶凝材料及其制备方法与流程

本发明涉及环保建筑材料技术领域，尤其涉及一种氮肥缓释型植生胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

普通混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，主要用于承受载荷，在国家基础设施建设和土木工程领域中有广泛应用。植生水泥混凝土是由粒径相近的粗骨料表面包裹一层水泥浆堆砌而成的具有多孔、大孔结构的水泥混凝土。与普通混凝土相比，植生水泥混凝土不仅可以保护边坡、防止水土流失，而且由于其自身的多孔、大孔结构还具有良好的透气透水性，从而使植物根系穿过植生水泥混凝土的基体深入到土壤层，实现植物和水中生物的生长，达到绿化边坡，改善生态环境，改善景观的要求，同时，植生水泥混凝土还可以净化水质，防治水体污染；因此，植生水泥混凝土被广泛应用。

植生水泥混凝土作为植物生长的载体，通常含有植物生长所需要的营养物质，在植物根系深入土壤层前为其提供充足的营养。而氮元素作为植物生长必不可少的营养物质，不仅是植物体内氨基酸的组成部分，也是构成蛋白质的成分，还是对植物进行光合作用起决定作用的叶绿素的重要组成部分，对植物的生长起着非常重要的作用。

但是，现有的普通植生水泥混凝土中所使用的硫铝酸盐水泥基胶凝材料的硬化浆体总孔隙率介于8%-10%，且90%以上的孔尺寸小于0.1μm，孔隙率较低、孔径分布范围较小，从而使氮肥的缓释性能较差，使得氮肥很容易流失，从而使植物因氮肥不足而过早的干枯死亡，致使植物根系无法到达土壤层，无法起到绿化边坡，改善生态环境的作用。植生混凝土的推广应用也因此受到严重制约。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料及其制备方法，延长氮肥的缓释时间，解决了植物因氮肥不足而过早死亡的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料，包括如下重量份数的组分：水泥熟料45-70份、石膏6-10份、赤玉土10-25份、高岭土5-20份、吸水树脂1.5-3份、氮肥2-8份。

进一步，本发明所述水泥熟料为硫铝酸盐水泥熟料，所述硫铝酸盐水泥熟料包括如下质量分数的组分：无水硫铝酸钙55-65%、硅酸二钙20-30%、铁相5-15%，所述硫铝酸盐水泥熟料的细度为粉磨过200目筛，筛余1-5%。

硫铝酸盐水泥水化硬化快，可有效的缩短施工周期，同时，硫铝酸盐水泥硬化浆体的碱度比普通硅铝酸盐水泥硬化浆体的碱度低，更适宜制备植生水泥混凝土；另一方面，硫铝酸盐水泥硬化浆体是一种非致密的多孔硬化体，其连通孔隙率约为10%，其孔径尺寸为1nm-100μm不等，因此，所述硫铝酸盐水泥硬化浆体的孔隙主要为毛细孔，因毛细孔对水分、养分等具有一定的吸附能力，所以，硫铝酸盐水泥硬化浆体本身对水分、养分具有一定的吸附能力，从而使其对水分、养分具有一定的缓释性能。

更进一步，本发明所述石膏为天然石膏、柠檬石膏和磷石膏中的一种或两种以上的组合，细度为粉磨过200目筛，筛余1-5%，其中，所述石膏中SO₃的含量大于等于36%且小于70%；

所述赤玉土的细度为粉磨过200目筛，筛余5-15%，其中，所述赤玉土中SiO₂的含量为50-60%，Fe₂O₃的含量为10-15%，Al₂O₃的含量为10-16%，MgO的含量为15-20%；赤玉土为天然火山灰矿物，其通透性较高，这样含量的赤玉土可以有效的提高胶凝材料硬化体0.04-1.00μm 的孔体积，胶凝材料硬化体微观孔隙分布范围变大，有利于提高其氮肥缓释能力。

将硫铝酸盐水泥熟料、石膏和吸水树脂的混合物称为混合物1，将硫铝酸盐水泥熟料、石膏、吸收树脂和赤玉土的混合物称为混合物2，将混合物1和混合物2的孔体积进行测试，测试结果如附图1所示。

由图1可以看出，含赤玉土的混合物可以有效的提高胶凝材料硬化体0.04-1.00μm 的孔体积，而胶凝材料硬化体微观孔隙分布范围变大，有利于提高其氮肥缓释能力。

所述高岭土为水洗高岭土，细度为粉磨过200目筛，筛余5-10%，其中，所述水洗高岭土中SiO₂的含量为50-60%，Al₂O₃的含量为20-26%，MgO的含量为0.5-2%；

高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，属于1:1型层状硅酸盐，其特殊的层状结构对氮肥具有优良的缓释性能，高岭土是由硅氧四面体与铝氧八面体结合形成的1:1型层状硅酸盐矿物，层与层之间以氢键相连，具有可以从周围介质中吸附其他离子的特性。这样含量的高岭土可以有效的提高胶凝材料硬化体0.02μm以下的孔体积，有利于提高其对氮肥的吸附能力。

将硫铝酸盐水泥熟料、石膏和吸水树脂的混合物称为混合物1，将硫铝酸盐水泥熟料、石膏、吸收树脂和高岭土的混合物称为混合物2，将混合物1和混合物2的孔体积进行测试，测试结果如附图2所示。

由图2可以看出，含高岭土的混合物可以有效的提高胶凝材料硬化体0.02μm以下的孔体积，有利于提高其对氮肥的吸附能力。

本发明的赤玉土与高岭土协同作用可以有效的提高胶凝材料硬化体1μm以下的孔体积，拓宽其微观孔隙分布范围，提高其氮肥缓释能力，同时相对较高掺量的吸水树脂可有效的提高胶凝材料对水分的吸附能力，进而提高其氮肥缓释能力。

所述吸水树脂的分子量为600-900万，细度为粉磨过200目筛，筛余1-5%；

吸水树脂为有机高分子吸水材料，其吸水能力很强，因为氮肥会随着水分的迁移而迁移，因此，吸水树脂可以提高植生胶凝材料的氮肥缓释性能。在现代水泥混凝土领域，吸水树脂一般被用来作增稠剂改善或防止水泥混凝土表面泌水，同时，吸水树脂也被用作水泥混凝土表面养护剂，附于混凝土表面，防止其水分过早蒸发或开裂，吸水树脂用作增稠剂或表面养护剂其使用量介于0.01%-0.05%。本发明中吸水树脂使用量介于1.5%-3.0%，这种掺量的吸水树脂可有效的提高胶凝材料对水分的吸附能力，同时，氮肥的迁移遵循“肥随水走”的原理，因此这种掺量的吸水树脂可以有效的提高胶凝材料硬化体对氮肥的吸附能力。

所述氮肥为氨态氮肥和酰胺态氮肥中的一种或两种以上的组合，其中，所述氮肥中的氮含量大于等于24%且小于75%。硫铝酸盐水泥中掺入氮肥，掺入的氮肥由于水化产物的包裹，可以在植生混凝土服役期间缓慢释放，从而达到肥效缓释的效果，有利于植物的健康生长。

为解决上述技术问题，本发明的另一技术方案为：提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料的制备方法，按如下步骤进行：

将水泥熟料、石膏、赤玉土、高岭土、吸水树脂混合均匀得到混合物，将氮肥溶于水中后与所述混合物拌合得到氮肥缓释型植生胶凝材料。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料，包括如下重量份数的组分：水泥熟料45-70份、石膏6-10份、赤玉土10-25份、高岭土5-20份、吸水树脂1.5-3份、氮肥2-8份。本发明提供的氮肥缓释型植生胶凝材料中含有赤玉土，赤玉土为天然火山灰矿物，其通透性较高，氮肥缓释性能较好，因此，本发明的氮肥缓释型植生胶凝材料的氮肥缓释性能良好；另外，本发明提供的氮肥缓释型植生胶凝材料中还包括高岭土和吸水树脂，高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，属于1:1型层状硅酸盐，其特殊的层状结构对氮肥具有优良的缓释性能；吸水树脂为有机高分子吸水材料，其吸水能力很强，因为氮肥会随着水分的迁移而迁移，因此吸水树脂可以提高植生胶凝材料的氮肥缓释性能，本发明提供的氮肥缓释型植生胶凝材料，在高岭土、赤玉土、吸水树脂等材料的的共同作用下，氮肥缓释时间可达6-8个月，符合植物的生长周期需求，解决了植物因氮肥不足而过早死亡造成的植生混凝土无法起到绿化边坡，改善生态环境的问题。并且，本发明提供的氮肥缓释型植生胶凝材料的制备工艺简单，原料易得，成本低廉。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是含赤玉土和不含赤玉土的两种胶凝材料硬化体不同孔径的孔体积示意图。

图2是含高岭土和不含高岭土的两种胶凝材料硬化体不同孔径的孔体积示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料的制备方法，以下实施例中的氮肥缓释型植生胶凝材料均采用此方法制备，所述方法按照如下步骤进行：

将水泥熟料、石膏、赤玉土、高岭土、吸水树脂混合均匀得到混合物，将氮肥溶于水中后与所述混合物拌合得到氮肥缓释型植生胶凝材料。

实施例1

本实施例提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料，包括如下重量份数的组分：

硫铝酸盐水泥熟料45份，天然石膏 6份，天然赤玉土25份，水洗高岭土13份，吸水树脂3份，氮肥8份；其中，

硫铝酸盐水泥熟料中含有无水硫铝酸钙55%，硅酸二钙30%，铁相15%，所述硫铝酸盐水泥熟料的细度为粉磨过200目筛，筛余1%；天然石膏中的SO₃含量为40%，细度为粉磨过200目筛，筛余1.5%；天然赤玉土细度为粉磨过200目筛，筛余5%，天然赤玉土中SiO₂的含量为50%，Fe₂O₃的含量为15%，Al₂O₃的含量为15%，MgO的含量为20%；水洗高岭土细度为粉磨过200目筛，筛余10%，水洗高岭土中SiO₂的含量为50%，Al₂O₃的含量为26%，MgO的含量为0.5%；吸水树脂分子量为900万，细度为粉磨过200目筛，筛余5%；氮肥为酰胺态氮肥，总含氮量为35%。

经测试，本实施例的氮肥缓释型植生胶凝材料硬化浆体的氮肥缓释时间为8个月。

实施例2

本实施例提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料，包括如下重量份数的组分：

硫铝酸盐水泥熟料60份，柠檬石膏9份，天然赤玉土15份，水洗高岭土10份，吸水树脂2份，氮肥4份；其中，

硫铝酸盐水泥熟料中含有无水硫铝酸钙65%，硅酸二钙20%，铁相15%，硫铝酸盐水泥熟料的细度为粉磨过200目筛，筛余2%；柠檬石膏中SO₃含量为38%，细度为粉磨过200目筛，筛余1%；天然赤玉土细度为粉磨过200目筛，筛余7%，天然赤玉土中SiO₂的含量为60%，Fe₂O₃的含量为10%，Al₂O₃的含量为10%，MgO的含量为20%；水洗高岭土细度为粉磨过200目筛，筛余5%，水洗高岭土中SiO₂的含量为60%，Al₂O₃的含量为20%，MgO的含量为2%；吸水树脂分子量为700万，细度为粉磨过200目筛，筛余2%；氮肥为氨态氮肥与酰胺态氮肥混合，总含氮量为30%。

经测试，本实施例的植生胶凝材料硬化浆体氮肥缓释时间为7个月。

实施例3

本实施例提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料，包括如下重量份数的组分：

硫铝酸盐水泥熟料70份，磷石膏10份，天然赤玉土10份，水洗高岭土5份，吸水树脂2份，氮肥 3份，其中，

所述硫铝酸盐水泥熟料中含有无水硫铝酸钙65%，硅酸二钙30%，铁相5%，且所述硫铝酸盐水泥熟料细度为粉磨过200目筛，筛余5%；磷石膏中SO₃含量为37%，细度为粉磨过200目筛，筛余2.5%；天然赤玉土细度为粉磨过200目筛，筛余10%，所述天然赤玉土中中SiO₂的含量为55%，Fe₂O₃的含量为14%，Al₂O₃的含量为16%，MgO的含量为15%；水洗高岭土细度为粉磨过200目筛，筛余6%，水洗高岭土中SiO₂的含量为55%，Al₂O₃的含量为23%，MgO的含量为1%；吸水树脂分子量为800万，细度为粉磨过200目筛，筛余3%；氮肥为氨态氮肥和酰胺态氮肥的混合物，总含氮量为32%。

经测试，本实施例的植生胶凝材料硬化浆体氮肥缓释时间为6个月。

实施例4

本实施例提供一种氮肥缓释型植生胶凝材料，包括如下重量份数的组分：

硫铝酸盐水泥熟料60份，天然石膏和磷石膏的混合物6.5份，天然赤玉土10份，水洗高岭土20份，吸水树脂1.5份，氮肥 2份，其中，

所述硫铝酸盐水泥熟料中含有无水硫铝酸钙60%，硅酸二钙25%，铁相15%，且所述硫铝酸盐水泥熟料细度为粉磨过200目筛，筛余3%；天然石膏和磷石膏的混合物中SO₃含量为36%，细度为粉磨过200目筛，筛余5%；天然赤玉土细度为粉磨过200目筛，筛余15%，所述天然赤玉土中中SiO₂的含量为58%，Fe₂O₃的含量为12%，Al₂O₃的含量为13%，MgO的含量为17%；水洗高岭土细度为粉磨过200目筛，筛余6%，水洗高岭土中SiO₂的含量为55%，Al₂O₃的含量为23%，MgO的含量为10%；吸水树脂分子量为600万，细度为粉磨过200目筛，筛余1%；氮肥为氨态氮肥和酰胺态氮肥的混合物，总含氮量为24%。

经测试，本实施例的植生胶凝材料硬化浆体氮肥缓释时间为6个月。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。