本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及植生混凝土和再生混凝土技术领域。
背景技术：
屋面砖是指铺设在建筑物屋面上的砖，其原材料多由黏土、石英砂等混合而成，其砖体色彩简单，砖面体积小，多采用凹凸面的形式，具有防滑、耐磨、修补方便的特点。为了克服屋面砖色彩单一的缺陷，人们通过在铺设好的屋面砖表面再加贴起装饰美化作用的表面修饰材料，但是需要消耗大量黏土等不可再生资源，不具有良好的透气、透水性，无法很好地起到保温隔热作用。
技术实现要素：
针对以上现有屋面砖存在的缺陷，本发明目的是提出一种可在其表面生长植物的植生型再生混凝土屋面砖的制备方法。
本发明的生产方法是：将再生粗骨料、水泥、水、硅粉、增稠剂和减水剂混合制成再生混凝土混合料，再将再生混凝土混合料制成砖坯，经养护、凉晒，取得具有孔隙的砖体，然后在砖体的孔隙中灌注种植基质。
本发明以混凝土再生骨料配置而成，具有一定的强度，良好的透气、透水性，砖面上可种植绿色植物，使屋面保护层和绿化得到结合，起到美化作用，既起到节约建筑材料、保温隔热的作用，又可以利用植物蓄水作用解决屋面防水排水问题。
进一步地，所述具有孔隙的砖体的有效孔隙率为25～30%。在该孔隙率条件下，所制备的植生型再生混凝土屋面砖强度达到6.5～11.5mpa，透水系数达到2.85～4.77mm/s，ph值达到9.0以下，可以直接在再生混凝土屋面砖上种植黑麦草、高羊茅等草本植物，根系进入再生混凝土的孔隙中并深入底下的土壤中，绿色草种长势较好，根系深入再生混凝土孔隙中，能节约建筑材料、绿化美化作用，并且工艺简单，生产成本低。
本发明充分结合植生型混凝土和再生混凝土的优点，可解决：（1）节约资源、能源；实现建筑垃圾的资源化再利用；（2）解决再生混凝土色彩灰暗、生硬、粗糙、灰冷的感觉，以及让人感到远离自然，缺乏生活情趣这一问题；（3）使屋面保护层和绿化得到结合，既起到节约建筑材料、保温隔热的作用，又可以利用植物蓄水作用解决屋面防水排水难题，符合海绵城市及绿色建筑规范。
植生型再生混凝土屋面砖的研究和开发，将会对国内植生型再生混凝土的研究进行有效补充，为其他相关研究提供重要的参考，对我国保护自然生态环境，改善城市区域生态环境，建设海绵城市具有重要的作用。
另外，本发明所述再生粗骨料、水泥、水和硅粉的混合质量比为1∶0.16～0.21∶0.06～0.08∶0.012～0.015。该设计比是基于“饱和骨料体积法”配合比设计方法，以25～30%的目标孔隙率进行配合比设计确定。因硅粉含有大量sio2，能与混凝土中ca(oh)2反应生成新的水化硅酸钙，减少ca(oh)2含量，有利于混凝土内部孔隙ph降低。经大量试验和实践得出，再生粗骨料与硅粉采用质量比为1∶0.012～0.015时，降碱效果较好。
本发明添加增稠剂的作用是提高浆体的黏稠度，增强混凝土的抗离析性，减少底部沉浆，但添加增稠剂过多，会导致浆体黏稠度过大，不易包裹住骨料，影响骨料间的粘结，导致强度下降，经大量试验和实践得出，增稠剂添加质量为水泥和硅粉质量之和的1‰时，能明显减少混凝土底部沉浆，可将底部沉浆面积率控制在5%以内，同时不降低混凝土抗压强度。
本发明添加减水剂的作用是减少用水量，考虑到所述拌合料中加有硅粉，硅灰颗粒粒径极小，比表面积大，需水量较大，若不添加减水剂，将导致用水量显著增大，导致浆体流动度过大，容易发生离析，若添加减水剂过多，会导致浆体流动度较小，不易包裹住骨料，影响骨料间的粘结，导致强度下降。经大量试验和实践得出，减水剂添加质量为水泥和硅粉质量之和的1%时，本发明所述浆体的流动度在160～180mm范围内，能包裹住骨料，同时不发生离析现象。
由于植生混凝土的有效孔隙率与骨料最大粒级成正比，抗压强度与骨料最大粒级成反比。而经大量试验证明，本发明采用粒径为5～16mm的再生粗骨料能较好地同时满足有效孔隙率和抗压强度的要求。
进一步地，所述再生粗骨料中，粒径为5～10mm与粒径为10～16mm的再生粗骨料的质量比为3∶17。经大量试验研究，本发明所述粒径为5～10mm与粒径为10～16mm质量比为3∶17的再生骨料的空隙率能达到40%±5%。该骨料空隙率范围能保证制备有效孔隙率为25～30%的再生混凝土，同时能保证其抗压强度要求。
对再生粗骨料清洗、烘干至含水率为1～3wt%。本发明所述再生骨料因表面附有陈旧水泥浆体，吸水率较大，经过水清洗后，含水率达8～9wt%，为防止出现拌和用水量误差较大，应对所述再生骨料烘干至含水率在1～3wt%范围内。
由于本发明所述混凝土拌合料由于无细骨料，和易性较差，不易均匀包裹粗骨料。因此，具体工艺中，本发明先将再生粗骨料和用料总水量的三分之一的水在搅拌机中进行搅拌，使再生粗骨料表面充分湿润；然后再投入水泥、硅粉和增稠剂进行搅拌，使再生粗骨料表面包裹一层胶材；再将剩余三分之二的水和减水剂投入搅拌机中进行搅拌，制成再生混凝土混合料。本发明所述搅拌加料顺序能使浆体充分均匀包裹粗骨料，提升产品性能。本发明所述先将再生粗骨料和用料总水量的三分之一的水在搅拌机中搅拌15s，使再生粗骨料表面充分湿润；然后再投入水泥、硅粉和增稠剂进行搅拌30s，使再生粗骨料表面均匀吸附一层胶材；再将剩余三分之二的水和减水剂投入搅拌机中进行搅拌10min，能使浆体充分包裹粗骨料，加强骨料之间的粘结，使混凝土易成型，强度得到提升。
所述种植基质由粉煤灰、腐殖土、绿矾和水混合组成，所述腐殖土的粒径小于1mm。
在种植基质中加入粉煤灰的目的和作用：（1）粉煤灰成分主要是sio2，能与混凝土孔隙中ca(oh)2反应生成新的水化硅酸钙，减少ca(oh)2含量，降低种植基质的ph值，有利于植物生长；（2）粉煤灰中含有氮、钾和磷等微量元素，能提供植物生长的必要微量元素；（3）粉煤灰颗粒的粒径范围为0.5~300μm，并且珠壁具有多孔结构，颗粒微小，便于灌注在混凝土孔隙中，保证振动灌浆效果；（4）粉煤灰为工业废料，废弃物再利用，变废为宝，起到节约资源，可持续发展。
在种植基质中加入腐殖土的目的和作用：（1）营养丰富，具备植物所需的各种营养元素，潜在肥效增高，随着盆栽时间增长其自身肥效会逐渐发挥出来，是植物生长的基础；（2）所述腐殖土的粒径小于1mm，目的是保证颗粒较小，便于灌注在混凝土孔隙中，保证振动灌浆效果。
在种植基质中加入绿矾的目的和作用：主要成分硫酸亚铁，能改善种植基质的碱度，降低ph值，有利于植物生长。
所述粉煤灰、腐殖土、绿矾和水的混合质量比为2∶1∶0.1∶1。
所述种植基质配比设计出发点：（1）经试验研究，所述种植基质浆体流动度达240～300mm，颗粒细小，便于灌注在混凝土孔隙中，保证振动灌浆效果。（2）经试验研究，所述种植基质浆体ph值能达到6.0以下，灌注到混凝土孔隙后3d、10d、30d的ph值均小于9.0，能满足植物生长的酸碱度要求。
将粉煤灰、腐殖土、绿矾和水混合搅拌成浆体，然后将所述浆体倾倒入处于振动台上的具有孔隙的砖体上，直至具有孔隙的砖体吸附浆体至饱和，待混凝土孔隙内种植基质干燥后，获得植生型再生混凝土屋面砖。
具体实施方式：
实施例1
一、生产工艺：
1、制备再生骨料：
采用液压圆锥式破碎机对废弃混凝土进行破碎，使之形成废弃混凝土再生骨料，筛选出颗粒大小为5～16mm的废弃混凝土再生骨料，对筛选出的再生粗骨料进行清洗处理，清洗好的再生粗骨料再进行烘干，直至含水率为1～3wt%。
然后将再生粗骨料进行分筛，分为粒径为5～10mm再生粗骨料和粒径为10～16mm再生粗骨料，备用。
2、制备一立方米的再生混凝土：
选定配合比：生粗骨料、水泥、水和硅粉的混合质量比为1∶0.16∶0.06∶0.012，增稠剂添加质量为水泥和硅粉质量之和的1‰，减水剂添加质量为水泥和硅粉质量之和的1%。粒径为5～10mm与粒径为10～16mm的再生粗骨料的质量比为3∶17。
分别称取粒径为5～10mm的再生粗骨料214.9kg，粒径为10～16mm的再生粗骨料1217.9kg，水泥227.8kg，水83.8kg，硅粉17.1kg，增稠剂0.24kg，减水剂2.45kg。
3、制备再生混凝土混合料：
将再生粗骨料及三分之一的水放入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为15s，使再生粗骨料表面充分湿润，再将水泥、硅粉及增稠剂放入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为30s，使再生粗骨料表面包裹一层胶材，最后将剩余三分之二水及减水剂放入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为10min，制成再生混凝土混合料。
4、砖体的成型：
将再生混凝土混合料用量浇筑在砖模中，捣实，然后脱模，取得再生混凝土屋面砖的砖体，最后将再生混凝土屋面砖放入养护池中养护28d。
经测试，经养护后的砖体具有孔隙，有效孔隙率为29.1%。
5、浆体准备：
取粒径小于1mm的腐殖土。
将粉煤灰、腐殖土、绿矾及水按质量比2∶1∶0.1∶1，搅拌均匀成浆体，利用振动灌浆方式，灌注到养护至28d的再生混凝土屋面砖孔隙中，直至砖体吸附达到饱和，再放在室内自然干燥3～5天，待混凝土孔隙内种植基质干燥后，取得灌浆后的再生混凝土屋面砖。
二、灌浆后的再生混凝土屋面砖的产品测试结果：
（1）抗压强度试验：
按照规范《gb/t50081-2016普通混凝土力学性能试验方法标准》对样品进行强度的测验，采用边长为150mm×150mm×150mm立方体本发明试件，6个试件为一组，以6个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，平均值计算精确至0.1mpa，当6个试件的最大值或最小值与平均值的差超过20%时，以中间四个试件的平均值作为该组试件的抗压强度值。抗压强度试验结果见下表所示。
试件28d抗压强度对比表
（2）有效孔隙率测定：
试件采用边长为100mm×100mm×100mm立方体试件，6个本发明试件为一组，按下式计算得出其有效孔隙率：
式中：a为试件有效空隙率，%；m1为浸泡在水中并吸水饱和后水中的重量，kg；m2为试件烘干后放置于（20±2）℃、相对湿度（60±5）%条件下24h后称量其空气中重量，kg；v为采用卡尺测量并计算所得的试件外观体积，cm3；ρw为水的密度，kg/cm3。
各试件有效孔隙率测定结果对比表
（3）透水系数测定：
按恒定水头法测试件28d的透水系数。本发明试件为φ10cm×15cm圆柱体，6个试件为一组，通过测量单位时间内流过混凝土试件的水量计算透水系数，计算公式如下式：
式中：kt为水温为t时恒定水头透水系数，cm/s；h为试件高度，cm；h为试件顶面恒定水头，cm；q为测试时间内流过试件的水量，cm；a为试件的横截面积，cm2；δt为测试的时间，s；
各试件透水系数测定结果对比表
（4）ph值测定：
按《ny/t1377-2007土壤中ph值的测定》方法测定植生型再生混凝土孔隙内土壤的ph值，方法如下：将本发明中的种植基质灌入养护至28d的试件孔隙中，分别在灌入后3d、10d、30d取出孔隙内种植基质，称取通过2mm孔隙筛的风干试样10g于50ml的烧杯中，加入蒸馏水25ml（土液比为1:2.5），用搅拌器搅拌1min，使土粒充分分散，放置30min后用酸度计进行ph值测定。
各试件ph值测定结果对比表
三、应用：
将灌浆后的再生混凝土屋面砖表层铺设客土（腐殖土），厚度为30mm，加适量的水，在客土层中播种黑麦草、高羊茅等草本植物种子，然后覆土约4mm，定期浇水，直至种子发芽，根系深入再生混凝土屋面砖孔隙中。
实施例2
一、生产工艺：
1、制备再生骨料：
采用液压圆锥式破碎机对废弃混凝土进行破碎，使之形成废弃混凝土再生骨料，筛选出颗粒大小为5～16mm的废弃混凝土再生骨料，对筛选出的再生粗骨料进行清洗处理，清洗好的再生粗骨料再进行烘干，直至含水率为1～3wt%。
然后将再生粗骨料进行分筛，分为粒径为5～10mm再生粗骨料和粒径为10～16mm再生粗骨料，备用。
2、制备一立方米的再生混凝土：
选定配合比：再生粗骨料、水泥、水和硅粉的混合质量比为1∶0.21∶0.08∶0.015，增稠剂添加质量为水泥和硅粉质量之和的1‰，减水剂添加质量为水泥和硅粉质量之和的1%。粒径为5～10mm与粒径为10～16mm的再生粗骨料的质量比为3∶17。
分别称取粒径为5～10mm再生粗骨料214.9kg，粒径为10～16mm再生粗骨料1217.9kg，水泥294.5kg，水107.7kg，硅粉22.2kg，增稠剂0.32kg，减水剂3.17kg。
3、制备再生混凝土混合料：
将再生粗骨料及三分之一的水放入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为15s，使再生粗骨料表面充分湿润，再将水泥、硅粉及增稠剂放入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为30s，使再生粗骨料表面包裹一层胶材，最后将剩余三分之二水及减水剂放入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为10min，制成再生混凝土混合料。
4、砖体的成型：
将再生混凝土混合料用量浇筑在砖模中，捣实，然后脱模，取得再生混凝土屋面砖的砖体，最后将再生混凝土屋面砖放入养护池中养护28d。
经测试，经养护后的砖体具有孔隙，有效孔隙率为25.3%。
5、浆体准备：
取粒径小于1mm的腐殖土。
将粉煤灰、腐殖土、绿矾及水按质量比2∶1∶0.1∶1，搅拌均匀成浆体，利用振动灌浆方式，灌注到养护至28d的再生混凝土屋面砖孔隙中，直至砖体吸附达到饱和，再放在室内自然干燥3～5天，待混凝土孔隙内种植基质干燥后，取得灌浆后的再生混凝土屋面砖。
二、灌浆后的再生混凝土屋面砖的产品测试结果：
（1）抗压强度试验：
按照规范《gb/t50081-2016普通混凝土力学性能试验方法标准》对样品进行强度的测验，采用边长为150mm×150mm×150mm立方体本发明试件，6个试件为一组，以6个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，平均值计算精确至0.1mpa，当6个试件的最大值或最小值与平均值的差超过20%时，以中间四个试件的平均值作为该组试件的抗压强度值。抗压强度试验结果见下表所示。
试件28d抗压强度对比表
（2）有效孔隙率测定：
试件采用边长为100mm×100mm×100mm立方体试件，6个本发明试件为一组，按下式计算得出其有效孔隙率：
式中：a为试件有效空隙率，%；m1为浸泡在水中并吸水饱和后水中的重量，kg；m2为试件烘干后放置于（20±2）℃、相对湿度（60±5）%条件下24h后称量其空气中重量，kg；v为采用卡尺测量并计算所得的试件外观体积，cm3；ρw为水的密度，kg/cm3。
各试件有效孔隙率测定结果对比表
（3）透水系数测定：
按恒定水头法测试件28d的透水系数。本发明试件为φ10cm×15cm圆柱体，6个试件为一组，通过测量单位时间内流过混凝土试件的水量计算透水系数，计算公式如下式：
式中：kt为水温为t时恒定水头透水系数，cm/s；h为试件高度，cm；h为试件顶面恒定水头，cm；q为测试时间内流过试件的水量，cm；a为试件的横截面积，cm2；δt为测试的时间，s；
各试件透水系数测定结果对比表
（4）ph值测定：
按《ny/t1377-2007土壤中ph值的测定》方法测定植生型再生混凝土孔隙内土壤的ph值，方法如下：将本发明中的种植基质灌入养护至28d的试件孔隙中，分别在灌入后3d、10d、30d取出孔隙内种植基质，称取通过2mm孔隙筛的风干试样10g于50ml的烧杯中，加入蒸馏水25ml（土液比为1:2.5），用搅拌器搅拌1min，使土粒充分分散，放置30min后用酸度计进行ph值测定。
各试件ph值测定结果对比表
三、应用：
将灌浆后的再生混凝土屋面砖表层铺设客土（腐殖土），厚度为30mm，加适量的水，在客土层中播种黑麦草、高羊茅等草本植物种子，然后覆土约4mm，定期浇水，直至种子发芽，根系深入再生混凝土屋面砖孔隙中。
本发明关键点：
①致力于再生、新型、环保、节能产品的研发，将植生混凝土和再生混凝土有机结合，研发植生型再生混凝土屋面砖新产品。
②采用基于抗压强度、孔隙率、透水系数和ph值四项性能指标的多因素分析法，进行植生型再生混凝土的配合比设计，发明的植生型再生混凝土屋面砖能满足抗压强度、孔隙率、透水系数和ph值四项性能指标。
③采用在混凝土中添加具有碱激发活性的硅粉、及灌注成分为粉煤灰、腐殖土、绿矾的具有降碱作用的种植基质，达到控制植生型再生混凝土屋面砖碱度的目的，满足种植植物的ph值要求。
本发明的有益效果为：所述植生型再生混凝土屋面砖由再生粗骨料、水泥、水、硅粉制成，在孔隙中灌注种植基质，上部种植绿色草本植物，根系深入到孔隙中。本发明对废弃混凝土进行了回收利用，降低了生产成本，同时使屋面保护层和绿化得到结合，起到美化作用，既起到节约建筑材料、保温隔热的作用，又可以利用植物蓄水作用解决屋面防水排水问题。
按照植生混凝土满足植物生长及使用要求：28d抗压强度达到5～15mpa，有效孔隙率达到21～30%，透水系数达到1mm/s以上，ph值达到6.0～9.0。经过大量试验和实践得出，通过本发明所述方法制备的植生型再生混凝土屋面砖强度达到6.5～11.5mpa，有效孔隙率达25～30%，透水系数达到2.85～4.77mm/s，ph值达到9.0以下，绿色草种长势较好，根系深入再生混凝土孔隙中，达到设计、使用要求，能节约建筑材料、起到绿化美化作用，保护环境，并且工艺简单，生产成本低。