一种漂浮型植生混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体是一种漂浮型植生混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.植生混凝土是指以一定孔径、一定孔隙率的特制混凝土为骨架，在混凝土孔隙内充填植物生长所需的物质，植物根系生长于孔隙内或穿透混凝土生长于下层土壤中的一类混凝土或混凝土制品。它是一种可以种植绿化植物、护坡植物等的混凝土，在保持混凝土原有功能优势的前提下，增加了生态功能，如绿化、保土、换能等。
3.普通植生混凝土采用天然或再生混凝土骨料制备而成，容重较大，不能漂浮在水面上，因此很难在水中应用，改善水体质量。其次，普通植生混凝土的浆体包裹层脆性大、收缩大，浆体包裹层易形成裂缝；水流穿过时，混凝土中水化产物分解流失，混凝土被腐蚀，强度下降，影响植生混凝土工作性能和服役龄期。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种漂浮型植生混凝土及其制备方法。
5.本发明采用了如下的技术方案：
6.一种漂浮型植生混凝土，包括混凝土基体和植生基质；所述混凝土基体的原料组成包括：
7.低碱度硫铝酸盐水泥60～150重量份、粉煤灰10～40重量份、改性橡胶粉5-20重量份、陶粒240～450重量份、减水剂1～4重量份和水20～60重量份；其中低碱度硫铝酸盐水泥、粉煤灰和改性橡胶粉为胶凝材料，陶粒为粗骨料。
8.优选地，所述低碱度硫铝酸盐水泥石灰石掺量为15％～35％(w/w)。
9.优选地，所述粉煤灰为ii级粉煤灰。
10.优选地，所述改性橡胶粉为采用kh-560硅烷偶联剂进行改性处理的80目细橡胶粉。
11.优选地，所述改性橡胶粉通过如下方法制备：
12.1)称量80目的橡胶粉；
13.2)按照质量比为乙醇：水＝4:1的比例配制乙醇水溶液；
14.3)将橡胶粉质量1.5％的硅烷偶联剂kh-560加入步骤2)制备的所述乙醇水溶液中，搅拌直至完全溶解，得到kh-560水解液；
15.4)向步骤3)得到的所述kh-560水解液中加入橡胶粉中，搅拌均匀，调成糊状；然后在70～80℃下烘干至恒重；磨细后过80目筛，即得。
16.优选地，所述步骤1)中，所述橡胶粉可以是粉碎过80目筛的废旧轮胎粉。
17.优选地，所述陶粒为粒径10-20mm的400级粘土陶粒。
18.优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
19.本发明所述粗骨料和胶凝材料的配比，即所述混凝土基体的集灰比，优选为2～4:
1，更优选为2.4～3:1。
20.优选地，所述植生基质包括植物和营养土。
21.优选地，所述营养土覆盖在所述混凝土基体表面和填充在所述混凝土基体的孔隙中。
22.所述覆盖在所述混凝土基体表面的营养土厚度为1～2cm。
23.所述营养土通过如下操作填充在所述混凝土基体的孔隙中：
24.将质量比4:1的营养土与α型半水石膏加适量水混合搅拌成均匀浆料，填充在所述混凝土基体的孔隙中。
25.本发明还有一个目的在于提供上述漂浮型植生混凝土的制备方法，
26.包括如下步骤：
27.i.混凝土基体的制备
28.i-1.测定陶粒比表面、紧密堆积密度、紧密堆积空隙率和最佳挂浆厚度，确定所述混凝土基体的各原料用量，称取各原料；
29.i-2.用水对陶粒进行预湿处理，得到预湿处理的陶粒；
30.i-3.将全部的预湿处理的陶粒、50％胶凝材料和40％的水在搅拌设备中搅拌30
±
10s；然后加入剩余胶凝材料和水搅拌120
±
20s，得到混凝土拌合物；
31.i-4.分层将步骤i-3得到的所述混凝土拌合物装至模具中，采用振动密实的方式成型；
32.i-5.混凝土拌合物凝固后，带模养护至适宜龄期后脱模，得到所述混凝土基体；
33.ii.植生混凝土的制备
34.将质量比4:1的营养土与α型半水石膏加适量水混合搅拌成均匀浆料，填充至步骤i制备的所述混凝土基体的孔隙中，并在所述混凝土基体表面覆盖1～2cm的营养土；然后在表层覆土中播种，待植物发芽生长后，置于河湖水面，即形成漂浮型轻质植生混凝土。
35.优选地，所述步骤i-2中，所述预湿处理为根据陶粒的吸水率将水加入陶粒，静置1小时后去除表面自由水，得到饱和面干的陶粒。
36.优选地，所述步骤i-5中，所述龄期选自3d、7d、28d或56d；更优选为28d。
37.本发明还有一个目的在于提供上述漂浮型轻质植生混凝土，或者通过上述制备方法制备得到的漂浮型轻质植生混凝土在水体净化中的应用。
38.本说明书中，“重量份”不是质量单位，各组分的重量份数表示的是各组分之间的质量配比关系，而不是绝对的质量数。根据实际生产情况，1重量份，例如可以是1kg、5kg或10kg等等。
39.本发明所述低碱度硫铝酸盐水泥为国家标准《gb 20472》中硫铝酸盐水泥的一种，代号为l
·
sac，由硫铝酸盐水泥熟料和石灰石(15％-35％，w/w)、石膏共同磨细制成的，碱度ph值≤10.5。
40.本说明书中，如无特殊说明，所述“乙醇”是指95％(ml/ml)或以上的乙醇。
41.本说明书中，所述“浆体”由所述胶凝材料和水混合后形成，浆体裹覆在陶粒(粗骨料)表面，形成“浆体包裹层”。
42.本发明采用陶粒为粗骨料，在体积法基础上，利用粗骨料比表面积进行原料配合比设计。具体地，先测定粗骨料比表面积，然后根据粗骨料紧密堆积密度、紧密堆积空隙率
和最佳挂浆厚度确定得到胶凝材料用量和用水量。控制集灰比在2-4:1范围内，使得混凝土基体表观密度在800kg/m3以下，从而制备了一种能够漂浮于水面的植生混凝土。本发明采用粉煤灰和改性橡胶粉作胶凝材料中的掺合料，降低了浆体包裹层的脆性，同时增强浆体密实度，因而浆体包裹层不易形成裂缝，减少了流水进入混凝土内部带走水化物的溶出型破坏对混凝土结构的损伤，提高了混凝土基体的耐溶蚀性能。在种植植物后，将这种植生混凝土置于营养富集的湖泊、水库中，植物能够吸收、分解水中过剩的营养物质起到净化水质的功能。而且，混凝土基体可以吸附水中的微生物、浮游生物和鱼类，形成良性循环的植物-微生物生态体系，如图1所示。与此同时，本发明的植生混凝土还具有一定的观赏价值，符合可持续发展的理念。
附图说明
43.下面结合附图，对本发明做进一步说明。
44.图1示出的是本发明所述的漂浮型植生混凝土应用于水中的示意图。其中：
45.1.混凝土基体，2.植物，3.表层营养土，4.土浆填充，5.水面。
46.图2的照片示出的是置于水箱中的实施例1制备的混凝土基体，可见该混凝土基体漂浮在水中，浆体均匀地包裹在陶粒周围，被粘合固定的陶粒之间分布着连通孔隙。
47.图3的照片示出的是置于水箱中的对比例2制备的普通植生混凝土，该混凝土容重较大，基体沉于水底，无法漂浮。
48.图4示出的是实施例1制备的漂浮型植生混凝土在黑麦草发芽后被置于水中1个月的照片。照片中可见黑麦草生长状态良好。
具体实施方式
49.以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
50.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
51.下述实施例和对比例中：
52.所用低碱度硫铝酸盐水泥的初凝时间为30～45min，28d抗压强度为47.6mpa；
53.所述粉煤灰为ii级粉煤灰；
54.所用陶粒为粒径10-20mm的400级粘土陶粒，1h吸水率7％，筒压强度1.5mpa；
55.所述改性橡胶粉为采用kh-560硅烷偶联剂进行改性处理的80目细废旧轮胎粉；具体改性处理方法为：
56.1)称量80目的废旧轮胎粉；
57.2)按照质量比为乙醇：水＝4:1的比例配制乙醇水溶液；
58.3)将橡胶粉质量1.5％的硅烷偶联剂kh-560加入步骤2)制备的所述乙醇水溶液中，搅拌直至完全溶解，得到kh-560水解液；
59.4)向步骤3)得到的所述kh-560水解液中加入橡胶粉中，搅拌均匀，调成糊状；然后在70-80℃下烘干至恒重；磨细后过80目筛，即得。
60.实施例1一种漂浮型植生混凝土
61.本实施例所述漂浮型植生混凝土，包括混凝土基体和植生基质。所述混凝土基体的原料组成为(1重量份＝1kg)：
62.低碱度硫铝酸盐水泥105重量份、粉煤灰30重量份、改性橡胶粉15重量份、陶粒364重量份、聚羧酸减水剂2.3重量份和水45重量份；其中，低碱度硫铝酸盐水泥、粉煤灰和改性橡胶粉为胶凝材料，陶粒为粗骨料。
63.所述植生基质包括植物种子和营养土。
64.所述漂浮型轻质植生混凝土通过如下方法制备：
65.i.混凝土基体的制备
66.i-1.按照配比称取各原料；
67.i-2.向陶粒中加入适量水，充分浸润，静置1小时，去除表面自由水后，得到预湿处理的陶粒；
68.i-3.将步骤i-2得到的预湿处理的陶粒、52.5kg低碱度硫铝酸盐水泥、15kg粉煤灰、7.5kg改性橡胶粉和18kg水在搅拌设备中搅拌30
±
10s；然后加入剩余胶凝材料和水，搅拌120
±
20s，得到混凝土拌合物；
69.i-4.分层将步骤i-3得到的所述混凝土拌合物装至模具中，采用振动密实的方式成型；
70.i-5.混凝土拌合物凝固后，带模养护至28d龄期后脱模，得到所述混凝土基体；
71.ii.植生混凝土的制备
72.将质量比4:1的营养土与α型半水石膏加适量水混合搅拌成均匀浆料，填充至所述混凝土基体的孔隙中，并在所述混凝土基体表面覆盖1～2cm的营养土；然后在表层覆土中播种，待植物发芽后，置于河湖水面，即形成漂浮型轻质植生混凝土。
73.本实施例制备的混凝土基体，浆体均匀地包裹在陶粒周围，被粘合固定的陶粒之间分布着连通孔隙。将该混凝土基体置于水箱中，其漂浮于水中。具体见图2的照片所示。
74.本实施例制备的漂浮型植生混凝土，营养土中播种的是黑麦草；黑麦草发芽后将该漂浮型植生混凝土置于水中。1个月之后，如图4所示，黑麦草植株高度达10cm，生长状态良好。经测定，混凝土基材孔隙溶液ph值为9.2。
75.实施例2一种漂浮型植生混凝土
76.本实施例所述漂浮型植生混凝土，包括混凝土基体和植生基质。所述混凝土基质的原料组成为(1重量份＝1kg)：
77.低碱度硫铝酸盐水泥99重量份、粉煤灰28重量份、改性橡胶粉14重量份、陶粒364重量份、聚羧酸减水剂2.1重量份和水42重量份。
78.所述植生基质包括植物种子和营养土。
79.所述漂浮型轻质植生混凝土通过如下方法制备：
80.i.混凝土基体的制备
81.i-1.按照配比称取各原料；
82.i-2.向陶粒中加入适量水，充分浸润，静置1小时，去除表面自由水后，得到预湿处理的陶粒；
83.i-3.将步骤i-2得到的预湿处理的陶粒、49.5kg低碱度硫铝酸盐水泥、14kg粉煤灰、7kg改性橡胶粉和16.8kg水在搅拌设备中搅拌30
±
10s；然后加入剩余胶凝材料和水，搅
拌120
±
20s，得到混凝土拌合物；
84.i-5.分层将步骤i-4得到的所述混凝土拌合物装至模具中，采用振动密实的方式成型；
85.i-6.混凝土拌合物凝固后，带模养护至28d龄期后脱模，得到所述混凝土基体；
86.ii.植生混凝土的制备
87.将质量比4:1的营养土与α型半水石膏加适量水混合搅拌成均匀浆料，填充至所述混凝土基体的孔隙中，并在所述混凝土基体表面覆盖1～2cm的营养土；然后在表层覆土中播种，待植物发芽后，置于河湖水面，即形成漂浮型轻质植生混凝土。
88.本实施例制备的混凝土基体，浆体均匀地包裹在陶粒周围，被粘合固定的陶粒之间分布着连通孔隙。将该混凝土基体置于水箱中，其漂浮于水中(照片略)。
89.实施例3一种漂浮型植生混凝土
90.本实施例所述漂浮型植生混凝土，包括混凝土基体和植生基质。所述混凝土基质的原料组成为(1重量份＝1kg)：
91.低碱度硫铝酸盐水泥92重量份、粉煤灰26重量份、改性橡胶粉13重量份、陶粒364重量份、聚羧酸减水剂2重量份和水39重量份。
92.所述植生基质包括植物种子和营养土。
93.所述漂浮型轻质植生混凝土通过如下方法制备：
94.i.混凝土基体的制备
95.i-1.按照配比称取各原料；
96.i-2.向陶粒中加入适量水，充分浸润，静置1小时，去除表面自由水后，得到预湿处理的陶粒；
97.i-3.将步骤i-2得到的预湿处理的陶粒、46kg低碱度硫铝酸盐水泥、13kg粉煤灰、6.5kg改性橡胶粉和15.6kg水在搅拌设备中搅拌30
±
10s；然后加入剩余胶凝材料和水，搅拌120
±
20s，得到混凝土拌合物；
98.i-4.分层将步骤i-3得到的所述混凝土拌合物装至模具中，采用振动密实的方式成型；
99.i-5.混凝土拌合物凝固后，带模养护至28d龄期后脱模，得到所述混凝土基体；
100.ii.植生混凝土的制备
101.将质量比4:1的营养土与α型半水石膏加适量水混合搅拌成均匀浆料，填充至所述混凝土基体的孔隙中，并在所述混凝土基体表面覆盖1～2cm的营养土；然后在表层覆土中播种，待植物发芽后，置于河湖水面，即形成漂浮型轻质植生混凝土。
102.本实施例制备的混凝土基体，浆体均匀地包裹在陶粒周围，被粘合固定的陶粒之间分布着连通孔隙。将该混凝土基体置于水箱中，其漂浮于水中(照片略)。
103.实施例4一种漂浮型植生混凝土
104.本实施例所述漂浮型植生混凝土，包括混凝土基体和植生基质。所述混凝土基质的原料组成为(1重量份＝1kg)：
105.低碱度硫铝酸盐水泥87重量份、粉煤灰25重量份、改性橡胶粉12重量份、陶粒364重量份、聚羧酸减水剂1.9重量份和水37重量份。
106.所述植生基质包括植物种子和营养土。
107.所述漂浮型轻质植生混凝土通过如下方法制备：
108.i.混凝土基体的制备
109.i-1.按照配比称取各原料；
110.i-2.向陶粒中加入适量水，充分浸润，静置1小时，去除表面自由水后，得到预湿处理的陶粒；
111.i-3.将步骤i-3得到的预湿处理的陶粒、43.5kg低碱度硫铝酸盐水泥、12.5kg粉煤灰、6kg改性橡胶粉和14.8kg水在搅拌设备中搅拌30
±
10s；然后加入剩余胶凝材料和水，搅拌120
±
20s，得到混凝土拌合物；
112.i-4.分层将步骤i-3得到的所述混凝土拌合物装至模具中，采用振动密实的方式成型；
113.i-5.混凝土拌合物凝固后，带模养护至28d龄期后脱模，得到所述混凝土基体；
114.ii.植生混凝土的制备
115.将质量比4:1的营养土与α型半水石膏加适量水混合搅拌成均匀浆料，填充至所述混凝土基体的孔隙中，并在所述混凝土基体表面覆盖1～2cm的营养土；然后在表层覆土中播种，待植物发芽后，置于河湖水面，即形成漂浮型轻质植生混凝土。
116.本实施例制备的混凝土基体，浆体均匀地包裹在陶粒周围，被粘合固定的陶粒之间分布着连通孔隙。将该混凝土基体置于水箱中，其漂浮于水中(照片略)。
117.对比例1一种植生混凝土基材
118.所述混凝土基体原料组成为(1重量份＝1kg)：
119.低碱度硫铝酸盐水泥214.5重量份、粉煤灰71.5重量份、陶粒364重量份、聚羧酸减水剂2.9重量份和水85.8重量份。
120.本对比例所述混凝土基材的制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于原材料中不加入改性橡胶粉，同时配合比设计只采用单一的体积法，目标孔隙率30％，集灰比为1.27:1。
121.本对比例制备的混凝土基体表观密度较大，无法漂浮，且抗冲刷性能较差，具体性能参数见表1。浆体均匀地包裹在陶粒周围，陶粒之间粘结紧密，将该混凝土基体置于水箱中，其沉于水中。具体见图3的照片所示。
122.对比例2一种植生混凝土基材
123.所述混凝土基体原料组成为(1重量份＝1kg)：
124.低碱度硫铝酸盐水泥60.7重量份、粉煤灰20.3重量份、陶粒364重量份、聚羧酸减水剂1.2重量份和水24.3重量份。
125.本对比例所述混凝土基材的制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于原材料中不加入改性橡胶粉，同时配合比设计只采用单一的体积法，目标孔隙率30％，集灰比为4.49:1。
126.本对比例中植生混凝土虽设计表观密度较低，理论上能够漂浮于水面。但集灰比过大，导致包裹了浆体的骨料颗粒之间的粘结性能过差，使得植生混凝土基体的强度过低，耐久性能过差。具体性能见表1所示。
127.测试例1各实施例和对比例的混凝土基材性能测试
128.分别测定本发明各实施例和对比例制备的混凝土基材的表观密度、弹性模量和溶
蚀质量损失率，结果见表1。
129.表1各实施例和对比例的混凝土基材性能测试结果
[0130][0131]
由表1数据可以看出，本发明制备的混凝土基材表观密度小于800kg
·
m-3
，低于水的密度，因此能够漂浮在水中。同时本发明的混凝土基材具有优良的耐溶蚀性能，溶蚀质量损失率在6.1％～7.5％，能够抵抗静水及慢流水的侵蚀。因此，该混凝土基材完全适用于漂浮型植生混凝土的制备。