一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种水利生态护岸结构，具体涉及一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构及其制备方法。

背景技术：

我国相当数量的河道、湖泊因此前防洪、抗洪的需要，修筑了大量的硬质水泥堤坝，随着我们经济发展的快速增长，国民的生态环境保护意识也随之逐渐加强，逐步意识到硬质水泥堤坝对于水陆两域生态系统连续性的危害，开始以预制生态护岸技术代替此前的现浇混凝土堤坝工程。

国内已经出现了较多数量的预制生态护岸技术，这些技术均可以有治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、提高生态系统生产力和美化环境的作用。但多数均需要将预制生态护岸结构搬运到现场后再进行二次填土和人工种植植物，致使护岸工程工序复杂、工程进度缓慢且难以保障实际工程效果，同时现有预制护岸技术多数并未考虑到草本植物在实际生长过程中的透水、透气性需要，造成很多植物因工程设计不当而枯萎死亡，因而在生态护岸工程建设中还存在着较大的局限性。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构及其制备方法，本发明工厂化预制，确保工程质量，缩短建设周期，降低工程成本，无需人工种植与管理即可自行生长出草本植物，结构整体以多孔性构造为基础，透水、透气，为草本植物提供了一个有利的生长空间，适用于江、河、湖、库及池塘岸坡生态功能修复。综合考虑了岸坡系统的安全性、稳定性、景观性、生态性、自然性和亲水性，以炉渣粉、煤灰及粉煤灰的衍生免烧粉煤灰陶粒和免烧粉煤灰陶砂为主要材料，在实现治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、提高生态系统生产力、调解微气候和美化环境的同时，也开辟了工业固废料综合利用的新途径，具有重要的社会环境和经济效应，应用价值和推广前景广阔；适用于江、河、湖、库的坡度小于45°护岸工程，尤其适合用于生态环境保护要求高、自然资源限制开采、砂石资源紧张地区的护岸工程。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)：如何设置一种生态护岸的结构，来实现保护含有草本植物种子的泥浆材料在雨季、洪期和汛期免于被洪水冲刷而造成大面积流失；

(2)：：如何设置一种生态护岸的结构，来实现治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、提高生态系统生产力、调解微气候和美化环境的同时，也开辟了工业固废料综合利用的新途径，具有重要的社会环境和经济效应，应用价值和推广前景广阔；

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构，包括含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体和含有草本植物种子的泥浆材料；

所述含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体呈长方体状，包括预制构件实体和内部空腔两个部分，所述预制构件实体部分包括两个长侧面、两个短侧面和一个底面，所述长度为12m，宽度0.5-1m，高度0.4-0.8m；

所述含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体中的免烧粉煤灰陶粒混凝土，具体是由390-420份水泥、40-50份粉煤灰、0-20份炉渣、720-760份免烧粉煤灰陶粒、350-550份免烧粉煤灰陶砂、4-9份聚羧酸减水剂、4-9份晶核早强剂、1-4份聚合物纤维、160-220份水组成；

所述粉煤灰是一类燃煤电厂烟气灰分中收集到的细微固体颗粒物，粒径范围1-50um；

所述炉渣是一类燃煤电厂原料煤颗粒燃烧后获得固体残渣，粒径范围50-100um；

所述免烧粉煤灰陶粒和免烧粉煤灰陶砂是利用粉煤灰、激发剂、助溶剂与发气剂材料经造粒、养护、蒸压工艺制备而成的一类轻质、多孔的水热合成硅酸盐类材料；

优选的，所述免烧粉煤灰陶粒的制备方法为：将粉煤灰、激发剂、助溶剂与发气剂混合均匀后由圆盘造球机造粒为5-15mm的圆球，放置于20℃、90％湿度环境下预养护24h，再移至蒸压釜中195-210℃高温养护12h，制得免烧粉煤灰陶粒，筒压强度5-15mpa，堆积密度800-1000kg/m³，1h吸水率10％-20％；所述粉煤灰、激发剂、助溶剂与发气剂的质量比为200∶6∶6∶3，激发剂是由氢氧化钠和半水脱硫石膏按照3∶5的质量比配制而成，助溶剂为元明粉，发气剂为铝粉膏；

优选的，所述免烧粉煤灰陶砂的制备方法为：将粉煤灰、激发剂、助溶剂与发气剂混合均匀后由圆盘造球机造粒为0.5-3mm的圆球，放置于20℃、90％湿度环境下预养护24h，再移至蒸压釜中195-210℃高温养护12h，制得免烧粉煤灰陶粒，1h吸水率5％-10％；所述粉煤灰、激发剂、助溶剂与发气剂的质量比为200∶6∶6∶1，激发剂是由氢氧化钠和半水脱硫石膏按照3∶5的质量比配制而成，助溶剂为元明粉，发气剂为铝粉膏；

所述晶核早强剂主要成分为水化硅酸钙溶胶颗粒；

所述聚合物纤维选自3mm-6mm的聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维中的一种；

所述含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体成型后，其内部存在孔穴均匀分布的蜂窝状结构，孔隙率20-30％；

一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构，其制备方法包括如下步骤：

步骤一、将一定量的水泥、粉煤灰、炉渣、免烧粉煤灰陶粒、免烧粉煤灰陶砂、聚羧酸减水剂、晶核早强剂、聚合物纤维、水按比例拌合均匀后制备得到免烧粉煤灰陶粒混凝土。

步骤二、将所述免烧粉煤灰陶粒混凝土浇筑至钢模模具中成型，于40-60℃条件下蒸汽养护12-24h后拆模，拆模后转移至户外自然条件下养护28d后得到含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体。

步骤三、将一定量的草本植物种子与具有一定流动性的泥浆材料按比例混合均匀，得到含有草本植物种子的泥浆材料；

步骤四、利用泥浆泵将所述步骤三中的具有一定流动性的含有草本植物种子的泥浆材料灌入所述步骤二中有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体中，自然放置3-7天后，得到该免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构。

优选的，所述步骤三中所述草本植物种子选自禾本科植物种子、莎草科植物种子中的一种或两种组合；

所述禾本科植物种子包括高羊茅、剪股颖、早熟禾、燕麦、稗、白茅、狗尾巴草一种或多种组合；

所述莎草科植物种子包括脚苔草、低苔草、藨草、香附子一种或多种组合。

优选的，所述步骤三中具有一定流动性的泥浆材料，实际是粉煤灰、炉渣、淤泥和流变助剂的混合物，其中，粉煤灰、炉渣、淤泥和流变助剂比质量份比例为：5～10:10～30:60～80:0.1～0.3；

所述粉煤灰和炉渣中含有大量的矿物质组成，包括：sio2、al2o3、feo、fe2o3、cao、tio2、mgo、k2o、na2o、so3、mno、p2o5；

所述淤泥选自河沟、湖泊、池塘中取来的底泥，含水率为40-70％；

所述流变助剂是一类2:1型层状硅酸盐粘土，粒径为50-200nm，比重为2-3。

优选的，所述步骤三中所述草本植物种子与具有一定流动性的泥浆材料之间的比例为2-12份：1000份。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构的制备方法中，通过灌浆法将含有草本植物种子的泥浆材料，灌入经工厂化预制好的具有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体中去，主要有两个方面的技术优势：

(1)可以提前在工厂中将草本植物种子预埋于泥浆材料中，现场无需再进行人工种植与管理即可生长出草本植物，通过泥浆材料前期的高触变性和后期的失水干硬性，可以将草本植物种子固定在所述一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构中，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

(2)所述具有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体呈框架结构，将所述含有草本植物种子的泥浆材料整体包覆在内，可以保护所述含有草本植物种子的泥浆材料在雨季、洪期和汛期免于被洪水冲刷而造成大面积流失。

2、本发明免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构及其制备方法制作简单、工厂化预制、确保工程质量、缩短建设周期、降低工程成本、无需人工种植与管理即可自行生长出草本植物，结构整体以多孔性构造为基础，透水、透气，为草本植物提供了一个有利的生长空间，适用于江、河、湖、库及池塘岸坡生态功能修复。以炉渣粉、煤灰及粉煤灰的衍生(免烧粉煤灰陶粒和免烧粉煤灰陶砂)为主要材料，在实行护岸工程的同时，也开辟了工业固废料综合利用的新途径，具有重要的社会环境和经济效应，应用价值和推广前景广阔。

3、本发明综合考虑了岸坡系统的安全性、稳定性、景观性、生态性、自然性和亲水性，以炉渣粉、煤灰及粉煤灰的衍生(免烧粉煤灰陶粒和免烧粉煤灰陶砂)为主要材料构筑基于固废资源化利用的预制生态护岸结构，在实现治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、提高生态系统生产力、调解微气候和美化环境的同时，也开辟了工业固废料综合利用的新途径，具有重要的社会环境和经济效应，适用于江、河、湖、库的坡度小于45°护岸工程，尤其适合用于生态环境保护要求高、自然资源限制开采、砂石资源紧张地区的护岸工程。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体的整体结构示意图。

图2为本发明预制构件实体的整体结构示意图。

图3为本发明含有草本植物种子的泥浆材料灌入含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体中去的灌浆示意图。

图4为本发明免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构应用示意图。

图中：11、含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体；12、含有草本植物种子的泥浆材料；21、预制构件实体；22、内部空腔；a、长侧面；b、短侧面；c、底面。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构，包括含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11和含有草本植物种子的泥浆材料12；

如图2和图3所示，含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11呈长方体状，包括预制构件实体21和内部空腔22两个部分，预制构件实体21部分包括两个长侧面a、两个短侧面b和一个底面c，长侧面a的长度为12m，短侧面b的长度为0.5-1m，长侧面a与短侧面b的高度为0.4-0.8m；

含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11中的免烧粉煤灰陶粒混凝土，具体是由390-420份水泥、40-50份粉煤灰、0-20份炉渣、720-760份免烧粉煤灰陶粒、350-550份免烧粉煤灰陶砂、4-9份聚羧酸减水剂、4-9份晶核早强剂、1-4份聚合物纤维、160-220份水组成，所述含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11，强度级为c20-c30、容重1650kg/m³-1950kg/m³在满足强度要求的同时，还具有重量轻的特点，可方便运输和搬运；

如图4所示，含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11成型后，孔隙率20-30％，其内部存在孔穴均匀分布的蜂窝状结构，便于灌浆，可利用泥浆泵将所述含有草本植物种子的泥浆材料12灌入含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11的大孔隙中去，具有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11呈框架结构，将所述含有草本植物种子的泥浆材料12整体包覆在内，可以保护所述含有草本植物种子的泥浆材料在雨季、洪期和汛期免于被洪水冲刷而造成大面积流失；含有草本植物种子的泥浆材料12具有高触变性和失水干硬性，可以将草本植物种子固定，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

设置的粉煤灰、炉渣和淤泥其目的在于：可以为草本植物种子的生长提供矿物质环境和松软的基础。

设置的流变助剂其目的在于：为具有一定流动性的含有草本植物种子的泥浆材料提供较高触变性能，使其一方面能够在泥浆泵的作用下可以流动顺畅，便于灌入有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体中去，另一方面，当除去泵送力之后，其又能够很快恢复“膏状”，失去流动性，可有效防止灌浆后尚未失水干硬的泥浆外流；

实施例2：

下面结合图1和图2说明本实施例，本实施方式对实施例1作进一步说明。

步骤一、将420份水泥、40份粉煤灰、720份免烧粉煤灰陶粒、550份免烧粉煤灰陶砂、9份聚羧酸减水剂、9份晶核早强剂、4份聚合物纤维、160份水按比例拌合均匀后制备得到免烧粉煤灰陶粒混凝土；

步骤二、将免烧粉煤灰陶粒混凝土浇筑至含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11钢模模具中成型，于60℃条件下蒸汽养护12h后拆模，拆模后转移至户外自然条件下养护28d后得到含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11；

步骤三、将5份粉煤灰、14.9份炉渣、80份淤泥和0.1份流变助剂hemecites100按比例混合均匀，得具有一定流动性的泥浆材料；将12份高羊茅、剪股颖、早熟禾、燕麦植物种子的混合物和1000份上述制备好的具有一定流动性的泥浆材料拌合均匀，得到含有草本植物种子的泥浆材料12；

步骤四、利用泥浆泵将步骤三中的具有一定流动性的含有草本植物种子的泥浆材料灌入步骤二中有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11中，自然放置3天后，得到该免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构；

如图4所示，含有草本植物种子的泥浆材料12具有高触变性和失水干硬性，可以将草本植物种子固定，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

在本实施例中，含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11呈长方体状，长度为2m，宽度1m，高度0.8m，抗压强度为30.3mpa、容重1950kg/m³、孔隙率20％；

实施例3：

下面结合图1和图2说明本实施例，本实施方式对实施例1作进一步说明，

步骤一、将390份水泥、40份粉煤灰、760份免烧粉煤灰陶粒、350份免烧粉煤灰陶砂、4份聚羧酸减水剂、4份晶核早强剂、1份聚合物纤维、220份水按比例拌合均匀后制备得到免烧粉煤灰陶粒混凝土；

步骤二、将免烧粉煤灰陶粒混凝土浇筑至含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11钢模模具中成型，于40℃条件下蒸汽养护24h后拆模，拆模后转移至户外自然条件下养护28d后得到含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11；

步骤三、将9.7份粉煤灰、30份炉渣、60份淤泥和0.3份流变助剂hemecites168按比例混合均匀，得具有一定流动性的泥浆材料；将2份白茅、狗尾巴草、香附子植物种子的混合物和1000份上述制备好的具有一定流动性的泥浆材料拌合均匀，得到含有草本植物种子的泥浆材料12；

步骤四、利用泥浆泵将步骤三中的具有一定流动性的含有草本植物种子的泥浆材料灌入步骤二中有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11中，自然放置3天后，得到该免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构；

如图4所示，含有草本植物种子的泥浆材料12具有高触变性和失水干硬性，可以将草本植物种子固定，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

在本实施例中，含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11呈长方体状，长度为1m，宽度0.5m，高度0.4m，抗压强度为19.4mpa、容重1950kg/m³、孔隙率30％；

实施例4：

下面结合图1和图2说明本实施例，本实施方式对实施例1作进一步说明，

步骤一、将400份水泥、45份粉煤灰、10份炉渣、750份免烧粉煤灰陶粒、400份免烧粉煤灰陶砂、6份聚羧酸减水剂、6份晶核早强剂、2份聚合物纤维、200份水按比例拌合均匀后制备得到免烧粉煤灰陶粒混凝土；

步骤二、将免烧粉煤灰陶粒混凝土浇筑至含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11钢模模具中成型，于50℃条件下蒸汽养护18h后拆模，拆模后转移至户外自然条件下养护28d后得到含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11；

步骤三、将10份粉煤灰、10份炉渣、79.8份淤泥和0.2份流变助剂hemecites100按比例混合均匀，得具有一定流动性的泥浆材料；将5份脚苔草、低苔草、藨草、香附子植物种子的混合物和1000份上述制备好的具有一定流动性的泥浆材料拌合均匀，得到含有草本植物种子的泥浆材料12；

步骤四、利用泥浆泵将步骤三中的具有一定流动性的含有草本植物种子的泥浆材料灌入步骤二中有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11中，自然放置3天后，得到该免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构；

如图4所示，含有草本植物种子的泥浆材料12具有高触变性和失水干硬性，可以将草本植物种子固定，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

在本实施例中，含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11呈长方体状，长度为1m，宽度0.5m，高度0.4m，抗压强度为27.3mpa、容重1720kg/m³、孔隙率25％；

实施例5：

下面结合图1和图2说明本实施例，本实施方式对实施例1作进一步说明，

步骤一、将410份水泥、45份粉煤灰、5份炉渣、740份免烧粉煤灰陶粒、360份免烧粉煤灰陶砂、6份聚羧酸减水剂、8份晶核早强剂、2份聚合物纤维、180份水按比例拌合均匀后制备得到免烧粉煤灰陶粒混凝土；

步骤二、将免烧粉煤灰陶粒混凝土浇筑至含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11钢模模具中成型，于45℃条件下蒸汽养护16h后拆模，拆模后转移至户外自然条件下养护28d后得到含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11；

步骤三、将9份粉煤灰、20份炉渣、70.8份淤泥和0.2份流变助剂hemecites168按比例混合均匀，得具有一定流动性的泥浆材料；将5份8份脚苔草、低苔草、燕麦、稗植物种子的混合物和1000份上述制备好的具有一定流动性的泥浆材料拌合均匀，得到含有草本植物种子的泥浆材料12；

步骤四、利用泥浆泵将步骤三中的具有一定流动性的含有草本植物种子的泥浆材料灌入步骤二中有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11中，自然放置3天后，得到该免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构；

如图4所示，含有草本植物种子的泥浆材料12具有高触变性和失水干硬性，可以将草本植物种子固定，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

在本实施例中，含有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体11呈长方体状，长度为1.2m，宽度0.6m，高度0.6m，抗压强度为28.4mpa、容重1760kg/m³、孔隙率23％；

本发明实施例中应用的免烧粉煤灰陶粒、免烧粉煤灰陶砂产品皆为安徽省高迪环保股份有限公司生产和制备；

粉煤灰、炉渣材料是来源于六安华电电厂的燃煤固体废弃物；

水泥为满足gb175-2007要求的p.o425水泥或p.ii525硅酸盐水泥；

聚羧酸减水剂为合肥众兴zx-ⅱ型聚羧酸减水剂；

增强剂其主要成分为水化硅酸钙溶胶颗粒。

聚羧酸减水剂的牌号为合肥众兴zx-ⅱ型、山东临沂减水剂生产厂st-01yw或武汉华轩hx-yzj01。

晶核早强剂的牌号为上海三瑞高分子材料股份有限公司提供的vivid-300(cn)砼强晶核早强剂，主要成分为水化硅酸钙溶胶颗粒；

聚合物纤维选自3mm-6mm的聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维中的一种；

流变助剂选自市售西谱森新材料有限公司生产的、型号hemecites100(以下简称“hemecites100”)合成硅酸盐粘土，粒径50-200nm，比重2-3；或西谱森新材料有限公司生产的、型号hemecites168(以下简称“hemecites168”)合成硅酸盐粘土，粒径为50-200nm，比重为2-3。

工作原理：

本发明免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构的制备方法中，通过灌浆法将含有草本植物种子的泥浆材料12，灌入经工厂化预制好的具有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体中去，主要有两个方面的技术优势：

(1)可以提前在工厂中将草本植物种子预埋于泥浆材料中，现场无需再进行人工种植与管理即可生长出草本植物，通过泥浆材料前期的高触变性和后期的失水干硬性，可以将草本植物种子固定在所述一种免烧粉煤灰陶粒预制生态护岸结构中，待运输到现场安放后，种子又可以在气候适宜、水分充足的情况下将会自行破土生长；

(2)所述具有连续大孔隙的免烧粉煤灰陶粒混凝土基体呈框架结构，将所述含有草本植物种子的泥浆材料12整体包覆在内，可以保护所述含有草本植物种子的泥浆材料12在雨季、洪期和汛期免于被洪水冲刷而造成大面积流失。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和效物的限制。