本发明涉及一种透水植生路面及铺设方法，属于建筑材料领域。
背景技术：
随着城市建设的不断发展，城市道路四通八达，植被面积越来越少，由于路面多为不透水路面，造成多种问题，其中最为突出的为城市内涝现象严重。同时，雨水不能够渗入地下，造成水土流失；混凝土路面不能跟空气进行有效换热造成较为严重的“城市热岛效应”。植生混凝土为近几年发展的新型混凝土，其主要应用于河岸护坡工程、海绵道路、停车场等的建设。植生混凝土可以实现绿化植被与混凝土共存，可实现涵养水源、保护土壤、吸水蓄水、美化环境、加固工程的需要，是“海绵城市”建设中不可或缺的组成之一。
植生混凝土材料为多孔混凝土材料的一种，其应具备一般多孔混凝土的特性，如具有一定的抗折、抗压强度和孔隙率。而作为特殊的一类建筑材料，植生混凝土还需具备更适宜于植物生长的特质。目前混凝土所用胶凝材料为水泥，水泥基胶凝材料固化后形成氢氧化钙，使得整个混凝土体系呈现碱性，ph值在11~13之间，严重影响植物的生长；同时，混凝土的强度一般与孔隙率成反比，即高的孔隙率导致较低的抗压、抗折强度；再者，多孔混凝土所形成的孔隙结构包括贯通孔、半贯通孔和封闭孔，贯通孔可以保证混凝土具有良好的透水性且便于植物根系的生长。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种透水植生路面，该植被路面中所用的植生凝土材料具有低碱性、多贯通孔的特点，可广泛应用于河岸护坡工程、海绵道路、停车场等路面的建设。
一种透水植生路面，所述路面由上至下包括植被层、表面土壤层，表面植生混凝土层、植生混凝土及土壤基质混合层、底部土壤层，所述植生混凝土及土壤基质混合层是由不规则形状的植生混凝土块体填充于土壤基质中构成；所述表面植生混凝土层由普通混凝土形成方格框架和填充在方格框架中的植生混凝土构成，
其中，制备植生混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、增强纤维、水、酸性溶液，所述混凝土的水灰比为0.22~0.30，骨灰比为6.0~8.0，
所述骨料由天然骨料和再生骨料按质量比为1:0.2~0.4组成，所述天然骨料和再生骨料的为连续级配的碎石，其平均粒径为10~20mm；所述掺合料由硅灰和粉煤灰按质量比1:0.25~1组成，其用量为水泥质量的10~20%；所述水溶性纤维的用量为水泥质量的1~3%，所述增强纤维的用量为水泥质量的2~5%。
本发明所述“不规则形状的植生混凝土块体”只对植生混凝土块体指的是经破碎机破碎所得的块体，对其形状无均一性要求，平均粒径为1~10cm即可。
优选地，所述土壤基质为天然土壤或适合相应植被层植物生长的添加有植物生长营养剂的土壤；所述底部土壤层为天然土壤。
优选地，所述不规则形状的植生混凝土块体与土壤基质的质量比为1:0.2~1。
所述植生混凝土，制备混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、增强纤维、水、酸性溶液，所述混凝土的水灰比为0.22~0.30，骨灰比为6.0~8.0，
所述骨料由天然骨料和再生骨料按质量比为1:0.2~0.4组成，所述天然骨料和再生骨料的为连续级配的碎石，其平均粒径为10~20mm；所述掺合料由硅灰和粉煤灰按质量比1:0.25~1组成，其用量为水泥质量的10~20%；所述水溶性纤维的用量为水泥质量的1~3%，所述增强纤维的用量为水泥质量的2~5%。
本发明所述水灰比指水与硫铝酸盐水泥的质量比；所述骨灰比指骨料与硫铝酸盐水泥的质量比。
本发明所述植生混凝土，优选所述水溶性纤维的溶解温度在50~100℃之间。进一步地，优选所述水溶性纤维为聚乙烯醇纤维。上述聚乙烯醇纤维可为聚乙烯醇纤维或改性的聚乙烯醇纤维，均可利用现有技术公开的方法制得，其只要满足在50~100℃之间的水中可溶解的条件即可。
进一步，优选所述聚乙烯醇纤维的直径为100~500微米，长度为1~100mm。
本发明所述植生混凝土，优选所述增强纤维为碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维。
进一步地，所述增强纤维的直径为50~200微米，长度为1~100mm。
本发明所述植生混凝土，优选所述天然骨料为天然碎石骨料，其吸水率0.5~0.8%，堆积密度1300~1800kg/m3，表观密度2600~3100kg/m3，孔隙率不小于35%。
本发明所述天然骨料为现有技术公开的可用于混凝土粗骨料的天然骨料，如花岗岩碎石、大理石碎石等。
本发明所述植生混凝土，优选所述再生骨料为废弃混凝土破碎后形成的碎石骨料，其吸水率3.5~4.5%，堆积密度1300~1800kg/m3，表观密度2600~3100kg/m3，孔隙率不小于35%。
本发明所述植生混凝土，优选所述硅灰和粉煤灰的平均粒径为40~50微米。
本发明所述植生混凝土，优选所述酸性溶液为醋酸溶液、草酸溶液、柠檬酸溶液中的一种，酸性溶液的ph值为2~3。
本发明同时提供上述植生混凝土的制备方法，室温下，将粗骨料和25~30%的水于搅拌机中搅拌30s后加入硫铝酸盐水泥和余量水再搅拌20s；然后加入掺合料再搅拌30s，最后加入水溶性纤维和增强纤维，搅拌60s，成型，养护28d，得混凝土块体；利用蒸汽处理或热水浸泡所得混凝土块体至少10min，所述热水为沸水或热水温度为水溶性纤维溶解温度+5~10℃；每隔24h向处理所得混凝土试块上喷淋酸性溶液，喷淋的量为混凝土试块与酸性溶液的比为1g:2~20ml，喷淋至少3次；或将混凝土试块浸泡在酸性溶液中，浸泡3~7d后，自然干燥。
本发明另一目的是提供所述透水植生路面的铺设方法。
一种透水植生路面的铺设方法，在目标地块土壤上挖出下沉式土坑，则最下部的土壤构成底部土壤层，在土坑中逐层填充不规则植生混凝土块体，每填充一层后向不规则植生混凝土块体上铺设土壤基质并喷水，压实后再重复上述步骤铺设下一层不规则植生混凝土块体；在植生混凝土及土壤基质混合层上先铺设普通混凝土形成方格框架，然后在方格框架中填充植生混凝土，养护3~7d后，将植物种子铺洒在表面植生混凝土层表面后铺设表面土壤层，后继续养护14~21d。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种透水植生路面，该路面尤其适用于河岸护坡工程、海绵道路、停车场等路面的建设。该路面的主要功能层包括表面植生混凝土层、植生混凝土及土壤基质混合层，该表面植生混凝土层保证了路面表面具有一定的抗压能力，同时兼顾了其透水性，使其具有“海绵”的吸水作用。同时，在表面植生混凝土层之下设置植生混凝土及土壤基质混合层，一方面为上方路面提供了坚实的地基，另一发面，透水混凝土具有吸水蓄水的作用，且满足植物根系生长的需要。
本发明所述植生混凝土，该混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、水，酸性溶液。在进行混凝土制备时，选用平均粒径较大的碎石作为骨料，可以保证所得混凝土的孔隙率，又降低了碎石破碎的能耗；为了弥补由于使用平均粒径较大的碎石作为骨料造成的混凝土抗压强度下降，在混凝土中增加增强纤维，保证混凝土的抗压强度。同时，在混凝土中添加水溶性纤维，利用水溶性纤维在较高的温度的水溶液中可溶解的特点，在混凝土试块成型后溶解其中的水溶性纤维，提高植生混凝凝土的孔隙率，尤其是贯通孔所占比例，为植物的根系生长提供有利的空间环境。同时，对所得混凝土试块进行降碱处理，使混凝土试块，尤其是其孔隙的环境的碱性降低，更适于植物生长。本发明所述增强植生混凝土抗压强度高、孔隙率高且贯通孔所占比例高，低碱性，更适于植物生长。
附图说明
图1为海绵城市绿化植被路面的示意图；
图2为表面植生混凝土层的示意图；
图3为实施例1所述表面植生混凝土层中普通混凝土框架的示意图；
图4为实施例1所述表面植生混凝土层普通混凝土框架组件的示意图；
附图标记如下：植被层1，表面土壤层2，表面植生混凝土层3、植生混凝土及土壤基质混合层4，底部土壤层5、不规则形状的植生混凝土块体401，土壤基质402，方格框架301，植生混凝土302，普通混凝土框架组件6。
具体实施方式
下述实施例中所用原料如下：
天然骨料为花岗岩碎石骨料，其吸水率0.73%，堆积密度1706kg/m3，表观密度2937kg/m3，孔隙率41.2%。
再生骨料为废弃混凝土破碎后形成的碎石骨料，其吸水率4.22%，堆积密度1558kg/m3，表观密度3004kg/m3，孔隙率45.9%。
硅灰和粉煤灰的平均粒径为40~50微米。
水溶性纤维为聚乙烯醇纤维，直径为200~500微米，长度为10~50mm。
所述增强纤维的直径为100~150微米，长度为10~50mm。
实施例1
一种透水植生路面，所述路面由上至下包括植被层1、表面土壤层2，表面植生混凝土层3、植生混凝土及土壤基质混合层4、底部土壤层5，所述植生混凝土及土壤基质混合层4是由不规则形状的植生混凝土块体401填充于土壤基质402中构成；如图2所示，所述表面植生混凝土层3由普通混凝土形成方格框架301和填充在方格框架301中的植生混凝土302构成。所述土壤基质为天然土壤；所述底部土壤层5为天然土壤。所述不规则形状的植生混凝土块体401与土壤基质402的质量比为1:0.3；所述表面植生混凝土层3由图3所示的普通混凝土方格框架拼接而成。
上透水植生路面的铺设方法，在目标地块土壤上挖出下沉式土坑，则最下部的土壤构成底部土壤层5，在土坑中逐层填充不规则植生混凝土块体401，每填充一层后向不规则植生混凝土块体401上铺设土壤基质402并喷水，压实后再重复上述步骤铺设下一层不规则植生混凝土块体401；在植生混凝土及土壤基质混合层4上先铺设普通混凝土形成方格框架301，然后在方格框架301中填充植生混凝土302，养护7d后，将植物种子铺洒在表面植生混凝土层3表面后铺设表面土壤层2，后继续养护14d。
所述增强植生混凝土，制备混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、增强纤维（碳纤维）、水，酸性溶液，所述混凝土的水灰比为0.22，骨灰比为7.2，
所述骨料由天然骨料和再生骨料按质量比为1:0.2组成，所述天然骨料和再生骨料的为连续级配的碎石，其平均粒径为10~20mm；所述掺合料由硅灰和粉煤灰按质量比1:0.5组成，其用量为水泥质量的15%；所述水溶性纤维的用量为水泥质量的2%，所述增强纤维的用量为水泥质量的3%，所述酸性溶液为醋酸溶液，酸性溶液的ph值为2。
制备方法如下：室温下，将粗骨料和30%的水于搅拌机中搅拌30s后加入硫铝酸盐水泥和余量水再搅拌20s；然后加入掺合料再搅拌30s，最后加入水溶性纤维和增强纤维，搅拌60s，成型，养护28d，得混凝土块体；利用蒸汽处理所得混凝土块体30min；每隔24h向处理所得混凝土试块上喷淋酸性溶液，喷淋的量为混凝土试块与酸性溶液的比为1g:10ml，喷淋5次，自然干燥。
实施例2
一种透水植生路面，所述路面由上至下包括植被层1、表面土壤层2，表面植生混凝土层3、植生混凝土及土壤基质混合层4、底部土壤层5，所述植生混凝土及土壤基质混合层4是由不规则形状的植生混凝土块体401填充于土壤基质402中构成；如图2所示，所述表面植生混凝土层3由普通混凝土形成方格框架301和填充在方格框架301中的植生混凝土302构成。所述土壤基质为天然土壤；所述底部土壤层5为天然土壤。所述不规则形状的植生混凝土块体401与土壤基质402的质量比为1:0.5；所述表面植生混凝土层3由图3所示的普通混凝土方格框架拼接而成。
上透水植生路面的铺设方法，在目标地块土壤上挖出下沉式土坑，则最下部的土壤构成底部土壤层5，在土坑中逐层填充不规则植生混凝土块体401，每填充一层后向不规则植生混凝土块体401上铺设土壤基质402并喷水，压实后再重复上述步骤铺设下一层不规则植生混凝土块体401；在植生混凝土及土壤基质混合层4上先铺设普通混凝土形成方格框架301，然后在方格框架301中填充植生混凝土302，养护7d后，将植物种子铺洒在表面植生混凝土层3表面后铺设表面土壤层2，后继续养护14d。
所述增强植生混凝土，制备混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、增强纤维（聚丙烯纤维）、水，酸性溶液，所述混凝土的水灰比为0.25，骨灰比为6.5，
所述骨料由天然骨料和再生骨料按质量比为1:0.4组成，所述天然骨料和再生骨料的为连续级配的碎石，其平均粒径为10~20mm；所述掺合料由硅灰和粉煤灰按质量比1:0.25组成，其用量为水泥质量的20%；所述水溶性纤维的用量为水泥质量的3%，所述增强纤维的用量为水泥质量的5%，所述酸性溶液为柠檬酸溶液，酸性溶液的ph值为3。
制备方法如下：室温下，将粗骨料和30%的水于搅拌机中搅拌30s后加入硫铝酸盐水泥和余量水再搅拌20s；然后加入掺合料再搅拌30s，最后加入水溶性纤维和增强纤维，搅拌60s，成型，养护28d，得混凝土块体；利用沸水浸泡所得混凝土块体30min，将混凝土试块浸泡在酸性溶液中，浸泡3d后，自然干燥。
实施例3
一种透水植生路面，所述路面由上至下包括植被层1、表面土壤层2，表面植生混凝土层3、植生混凝土及土壤基质混合层4、底部土壤层5，所述植生混凝土及土壤基质混合层4是由不规则形状的植生混凝土块体401填充于土壤基质402中构成；如图2所示，所述表面植生混凝土层3由普通混凝土形成方格框架301和填充在方格框架301中的植生混凝土302构成。所述土壤基质为天然土壤；所述底部土壤层5为天然土壤。所述不规则形状的植生混凝土块体401与土壤基质402的质量比为1:0.5；所述表面植生混凝土层3由图4所示的普通混凝土组件交叉拼接而成，所述普通混凝土组件为条形混凝土块体，其上设有若干凹槽，条形块体横纵交叉，利用其上的凹槽形成卯榫结构而彼此固定。
上透水植生路面的铺设方法，在目标地块土壤上挖出下沉式土坑，则最下部的土壤构成底部土壤层5，在土坑中逐层填充不规则植生混凝土块体401，每填充一层后向不规则植生混凝土块体401上铺设土壤基质402并喷水，压实后再重复上述步骤铺设下一层不规则植生混凝土块体401；在植生混凝土及土壤基质混合层4上先铺设普通混凝土形成方格框架301，然后在方格框架301中填充植生混凝土302，养护7d后，将植物种子铺洒在表面植生混凝土层3表面后铺设表面土壤层2，后继续养护14d。
所述增强植生混凝土，制备混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、增强纤维（聚丙烯纤维）、水，酸性溶液，所述混凝土的水灰比为0.30，骨灰比为8.0，
所述骨料由天然骨料和再生骨料按质量比为1:0.2组成，所述天然骨料和再生骨料的为连续级配的碎石，其平均粒径为10~20mm；所述掺合料由硅灰和粉煤灰按质量比1:1组成，其用量为水泥质量的10%；所述水溶性纤维的用量为水泥质量的2%，所述增强纤维的用量为水泥质量的2%，所述酸性溶液为草酸溶液，酸性溶液的ph值为3。
制备方法如下：室温下，将粗骨料和30%的水于搅拌机中搅拌30s后加入硫铝酸盐水泥和余量水再搅拌20s；然后加入掺合料再搅拌30s，最后加入水溶性纤维和增强纤维，搅拌60s，成型，养护28d，得混凝土块体；利用蒸汽处理所得混凝土块体30min，将混凝土试块浸泡在酸性溶液中，浸泡3d后，自然干燥。
实施例4
一种透水植生路面，所述路面由上至下包括植被层1、表面土壤层2，表面植生混凝土层3、植生混凝土及土壤基质混合层4、底部土壤层5，所述植生混凝土及土壤基质混合层4是由不规则形状的植生混凝土块体401填充于土壤基质402中构成；如图2所示，所述表面植生混凝土层3由普通混凝土形成方格框架301和填充在方格框架301中的植生混凝土302构成。所述土壤基质为天然土壤；所述底部土壤层5为天然土壤。所述不规则形状的植生混凝土块体401与土壤基质402的质量比为1:0.6；所述表面植生混凝土层3由图4所示的普通混凝土组件交叉拼接而成，所述普通混凝土组件为条形混凝土块体，其上设有若干凹槽，条形块体横纵交叉，利用其上的凹槽形成卯榫结构而彼此固定。
上透水植生路面的铺设方法，在目标地块土壤上挖出下沉式土坑，则最下部的土壤构成底部土壤层5，在土坑中逐层填充不规则植生混凝土块体401，每填充一层后向不规则植生混凝土块体401上铺设土壤基质402并喷水，压实后再重复上述步骤铺设下一层不规则植生混凝土块体401；在植生混凝土及土壤基质混合层4上先铺设普通混凝土形成方格框架301，然后在方格框架301中填充植生混凝土302，养护7d后，将植物种子铺洒在表面植生混凝土层3表面后铺设表面土壤层2，后继续养护14d。
一种增强植生混凝土，制备混凝土的原料包括下述组分：硫铝酸盐水泥、骨料、掺合料、水溶性纤维、增强纤维（聚丙烯纤维）、水，酸性溶液，所述混凝土的水灰比为0.28，骨灰比为7.2，
所述骨料由天然骨料和再生骨料按质量比为1:0.3组成，所述天然骨料和再生骨料的为连续级配的碎石，其平均粒径为10~20mm；所述掺合料由硅灰和粉煤灰按质量比1:1组成，其用量为水泥质量的15%；所述水溶性纤维的用量为水泥质量的3%，所述增强纤维的用量为水泥质量的3%，所述酸性溶液为醋酸溶液，酸性溶液的ph值为2。
制备方法如下：室温下，将粗骨料和30%的水于搅拌机中搅拌30s后加入硫铝酸盐水泥和余量水再搅拌20s；然后加入掺合料再搅拌30s，最后加入水溶性纤维和增强纤维，搅拌60s，成型，养护28d，得混凝土块体；利用蒸汽处理所得混凝土块体30min；每隔24h向处理所得混凝土试块上喷淋酸性溶液，喷淋的量为混凝土试块与酸性溶液的比为1g:20ml，喷淋5次，自然干燥。
对比例1~4
对比例1~4与实施例1~4的混凝土的原料配比基本相同，差别在于原料中无水溶性纤维酸性溶液；制备方法基本相同，差别在于未包含水溶性纤维溶解处理和酸性溶液降碱处理的步骤。
具体测试结果见下表1。
表1