本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种功能缓释型核壳轻集料及其制备方法。
背景技术：
目前，我国正在积极推进城市绿化，其中，建筑屋面绿化是其中重要一项，屋面绿化可以增加城市绿化面积，改善城市环境，发挥有效节能的作用。但屋面绿化也存在一些技术问题，植物根部过度生长在一定程度上会对建筑墙面、屋面造成损害，影响建筑的使用寿命，造成经济损失。
目前，针对屋面绿植阻根控制方面国内外已有相关报道。如公开号为cn103755296a的中国发明专利《屋面植绿阻根控刺的阻根碳及制备和培养方法》公开了一种屋面植绿阻根控刺的阻根碳及制备和培养方法，其中，阻根材料为阻根碳，是由木炭、石灰、粘土三种物质混合组成，将阻根碳铺垫在基面上，利用木炭与植物根系具有对抗性，达到控制植物根部生长的效果；公开号为cn103726617a的中国发明专利《建设屋面植绿三层预控根刺方法》公开了一种建设屋面植绿三层预控根刺方法，屋面经过基层处理、喷涂胶浆、铺贴铝锡锑合金卷材、复合铜胎基sbs改性沥青防水卷材铺贴、阻根碳铺贴，最后在阻根层刷上一层沥青并覆盖一层土工布等处理。
上述方法主要是在屋面外层加上一层物理、化学阻根层或直接引入抑根外加剂，这类抑根阻根方法并不能够完全防止植物根部对建筑的破坏，且阻根层的使用寿命也是有限的，后期更换施工比较麻烦，重金属溶出易造成环境污染。
因此，开发一种能有效抑制植物根部过度生长的材料具有十分重要的意义。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种功能缓释型核壳轻集料，以解决现有绿植阻根控制效果差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；所述内核和外壳的质量比为1∶1～2∶1；
按质量百分数计，所述内核包括以下组分：污泥：65％-80％，铜尾矿：10％-20％，cuso4·5h2o：5％-10％，koh：1％-5％，膨润土：3％-8％；
按质量百分数计，所述外壳包括以下组分：污染土壤：75％-85％，污泥：10％-15％，玻璃粉：5％-10％。
可选地，所述污泥的含水率为30％-40％；所述污泥烘干后的有机质含量为60％-70％。
可选地，所述铜尾矿密度为2.5g/cm3-3.8g/cm3，含铜量为0.25％-0.30％。
可选地，所述cuso4·5h2o的浓度为50μmol/l-100μmol/l。
可选地，所述koh的浓度为1mol/l-2mol/l。
可选地，所述污染土壤的细度为0.074mm-0.080mm；按质量百分数计，所述污染土壤中氧化硅含量为60％-70％，氧化铝含量为10％-20％，氧化钙和氧化镁的总含量为1％-10％。
可选地，所述玻璃粉的平均粒径为小于2.5μm。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述功能缓释型核壳轻集料的方法，该制备方法包括以下步骤：
1)将所述污泥与所述铜尾矿、所述cuso4·5h2o、所述koh、所述膨润土混合，在转速为30-40r/min，旋转倾角为45°-60°的条件下造粒成球，得到内核坯体；
2)将所述污染土壤、所述污泥、所述玻璃粉混合，得到外壳粉料；
3)将所述外壳粉料在转速为30-40r/min，旋转倾角为45°-60°的条件下包覆在所述内核坯体表面，然后，烧结，得到功能缓释型核壳轻集料。
可选地，所述步骤3)中所述烧结的烧结工艺为：在60℃-100℃下恒温干燥后，在低氧气氛中，以2-3℃/min升温至预热温度200℃-250℃，并保温20min-25min，然后，以5-8℃/min升温至烧结温度800℃-850℃，并保温20min-30min，随后，自然冷却至室温。
相对于现有技术，本发明所述的功能缓释型核壳轻集料具有以下优势：
1、本发明的功能缓释型核壳轻集料采用污泥为主要原料，加入铜尾矿、cuso4·5h2o和缓释助剂制备成内核，然后，采用污染土壤、污泥和玻璃粉制备成外壳，通过低温烧结的方法将外壳包覆在内核上，形成内外不同物质、不同含水量的核壳结构，一方面，提高了污泥、污染土壤和铜尾矿等固废资源化利用率，另一方面，开发了一种可加入植生混凝土中充当轻骨料且能有效抑制植物过度生长的轻集料，具有十分重要的经济、环保效益。
2、本发明的功能缓释型核壳轻集料，内核中添加了五水合硫酸铜，在膨润土和koh的作用下cu2+具有缓释性，且在烧结过程中，外壳污泥中的有机质分解会产生孔隙结构，使内核和外界成分不一样，形成浓度差，且外壳也具有一定的密封效果，不会导致重金属cu2+溶出产生环境污染，在两者的共同作用下，能够控制cu2+的扩散速度，cu2+会对植物的叶绿素造成影响，产生生化反应，当植物根部生长到一定程度时，渗出的cu2+可起到抑制根部过度生长，因此，本发明对cu2+浓度的控制，一方面，可使其不会对植物的存活率造成影响，起到绿化环境、节约能源的作用，另一方面，也可以防止植物根部过度生长造成建筑屋面墙体的损伤，提高墙体的使用寿命，提高经济效益。
3、本发明的功能缓释型核壳轻集料采用还原气氛中低温烧结的方法制备核壳轻集料，烧结过程中，一方面可以将污染土壤和污泥中的有害病菌、寄生虫、细菌等物质除去，且可保留部分污染土壤和污泥中含有的n、p等植物所需的微量元素，可在前期为植物提供一定的养分。另一方面可较大程度的保留内核中的cu2+等元素，且本发明将污泥集中在内核，将污染土壤集中在外壳，通过烧结形成核壳结构，可很大程度上降低污泥气味。
4、本发明的功能缓释型核壳轻集料的制备工艺简单，原料成本低，易用于实际生产和快速推广。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
以下实施例中，污染土壤来自场地搬迁后原厂所在地的地表土壤，其主要用于形成具有一定强度的外壳，并延缓内核所含物质向外扩散的速度，其细度为0.074mm-0.080mm，且按质量百分数计，污染土壤中氧化硅含量为64％，氧化铝含量为14％，氧化钙含量为2％、氧化镁含量为1％；污泥为来自自来水厂的污泥经过脱水得到，其可在内核形成过程中提供骨架支撑作用，并提供良好的孔隙结构，以控制内部营养成分的释放，其含水率为40％，其烘干后的有机质含量为65％，自来水厂的污泥未脱水前的含水率为80～95％；铜尾矿密度为2.5g/cm3-3.8g/cm3，含铜量为0.25％-0.30％；玻璃粉为磨细得到的硅酸盐类白色粉末，其平均粒径小于2.5μm，其可提高用于形成外壳的材料在高温烧结时的粘度，防止由内核和外壳形成核壳结构时发生破裂或变形；cuso4·5h2o的浓度为50μmol/l-100μmol/l；koh的浓度为1mol/l-2mol/l。
实施例1
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1，其中，按质量百分数计，内核的原料组成为：污泥：65％，铜尾矿：15％，cuso4·5h2o：10％，koh：3％，膨润土：7％；按质量百分数计，外壳的原料组成为：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。
上述功能缓释型核壳轻集料具体通过以下方法制得：
1)按照上述原料配比，将污泥与铜尾矿、cuso4·5h2o、koh、膨润土搅拌混合均匀后，使用成球机造粒，成球转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；
2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；
3)采用成球机在转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面后，放入100℃的恒温干燥箱中干燥30min，然后，以3℃/min的速度升温至预热温度230℃，在该温度下保温20min，再以5℃/min的速度升温至烧结温度850℃，在该温度下保温烧结20min，随后，自然冷却至室温，得到功能缓释型核壳轻集料。
对本实施例的功能缓释型核壳轻集料的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的功能缓释型核壳轻集料的筒压强度为3.24mpa，吸水率为5.37％，铜离子最终释放浓度为9.57μmol/l。
实施例2
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1，其中，按质量百分数计，内核的原料组成为：污泥：68％，铜尾矿：15％，cuso4·5h2o：8％，koh：3％，膨润土：6％；按质量百分数计，外壳的原料组成为：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。
上述功能缓释型核壳轻集料具体通过以下方法制得：
1)按照上述原料配比，将污泥与铜尾矿、cuso4·5h2o、koh、膨润土搅拌混合均匀后，使用成球机造粒，成球转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；
2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；
3)采用成球机在转速为30r/min，圆盘旋转倾角为60°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面后，放入100℃的恒温干燥箱中干燥30min，然后，以3℃/min的速度升温至预热温度220℃，在该温度下保温15min，再以5℃/min的速度升温至烧结温度850℃，在该温度下保温烧结20min，随后，自然冷却至室温，得到功能缓释型核壳轻集料。
对本实施例的功能缓释型核壳轻集料的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的功能缓释型核壳轻集料的筒压强度为2.72mpa，吸水率为6.21％，铜离子最终释放浓度为8.56μmol/l。
实施例3
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1，其中，按质量百分数计，内核的原料组成为：污泥：70％，铜尾矿：15％，cuso4·5h2o：7％，koh：2％，膨润土：6％；按质量百分数计，外壳的原料组成为：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。
上述功能缓释型核壳轻集料具体通过以下方法制得：
1)按照上述原料配比，将污泥与铜尾矿、cuso4·5h2o、koh、膨润土搅拌混合均匀后，使用成球机造粒，成球转速为30r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；
2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；
3)采用成球机在转速为30r/min，圆盘旋转倾角为55°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面后，放入100℃的恒温干燥箱中干燥25min，然后，以3℃/min的速度升温至预热温度240℃，在该温度下保温15min，再以6℃/min的速度升温至烧结温度830℃，在该温度下保温烧结20min，随后，自然冷却至室温，得到功能缓释型核壳轻集料。
对本实施例的功能缓释型核壳轻集料的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的功能缓释型核壳轻集料的筒压强度为2.53mpa，吸水率为4.86％，铜离子最终释放浓度为7.83μmol/l。
实施例4
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1，其中，按质量百分数计，内核的原料组成为：污泥：75％，铜尾矿：10％，cuso4·5h2o：6％，koh：3％，膨润土：6％；按质量百分数计，外壳的原料组成为：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。
上述功能缓释型核壳轻集料具体通过以下方法制得：
1)按照上述原料配比，将污泥与铜尾矿、cuso4·5h2o、koh、膨润土搅拌混合均匀后，使用成球机造粒，成球转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；
2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；
3)采用成球机在转速为30r/min，圆盘旋转倾角为60°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面后，放入100℃的恒温干燥箱中干燥20min，然后，以3℃/min的速度升温至预热温度230℃，在该温度下保温15min，再以6℃/min的速度升温至烧结温度820℃，在该温度下保温烧结20min，随后，自然冷却至室温，得到功能缓释型核壳轻集料。
对本实施例的功能缓释型核壳轻集料的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的功能缓释型核壳轻集料的筒压强度为2.21mpa，吸水率为5.24％，铜离子最终释放浓度为7.53μmol/l。
实施例5
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1，其中，按质量百分数计，内核的原料组成为：污泥：80％，铜尾矿：10％，cuso4·5h2o：6％，koh：1％，膨润土：3％；按质量百分数计，外壳的原料组成为：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。
上述功能缓释型核壳轻集料具体通过以下方法制得：
1)按照上述原料配比，将污泥与铜尾矿、cuso4·5h2o、koh、膨润土搅拌混合均匀后，使用成球机造粒，成球转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；
2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；
3)采用成球机在转速为30r/min，圆盘旋转倾角为60°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面后，放入100℃的恒温干燥箱中干燥25min，然后，以3℃/min的速度升温至预热温度250℃，在该温度下保温15min，再以6℃/min的速度升温至烧结温度810℃，在该温度下保温烧结20min，随后，自然冷却至室温，得到功能缓释型核壳轻集料。
对本实施例的功能缓释型核壳轻集料的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的功能缓释型核壳轻集料的筒压强度为2.13mpa，吸水率为5.65％，铜离子最终释放浓度为7.93μmol/l。
实施例6
一种功能缓释型核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1，其中，按质量百分数计，内核的原料组成为：污泥：80％，铜尾矿：11％，cuso4·5h2o：5％，koh：1％，膨润土：3％；按质量百分数计，外壳的原料组成为：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。
上述功能缓释型核壳轻集料具体通过以下方法制得：
1)按照上述原料配比，将污泥与铜尾矿、cuso4·5h2o、koh、膨润土搅拌混合均匀后，使用成球机造粒，成球转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；
2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；
3)采用成球机在转速为30r/min，圆盘旋转倾角为60°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面后，放入100℃的恒温干燥箱中干燥25min，然后，以3℃/min的速度升温至预热温度250℃，在该温度下保温15min，再以6℃/min的速度升温至烧结温度800℃，在该温度下保温烧结20min，随后，自然冷却至室温，得到功能缓释型核壳轻集料。
对本实施例的功能缓释型核壳轻集料的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的功能缓释型核壳轻集料的筒压强度为1.87mpa，吸水率为5.83％，铜离子最终释放浓度为7.63μmol/l。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。