一种低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料及其制备方法与流程

本发明涉及植被混凝土用胶凝材料，具体涉及一种低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着经济的快速发展，城镇建设日新月异，大量建筑物修建，河流沟渠的清理，城市打造绿色生态化的生态环境，大量不透水的混凝土铺设到城市内部，造成热岛效应加剧，绿色植被面积显著降低，也大大加重造成了城市内涝的可能性。在人民绿色生活，节能环保的生活理念下，开始向环境友好、智能节约等功能的混凝土方向发展。具有环境调节功能的多孔混凝土越来越受到市政工程的青睐，既具有混凝土的功能，又实现了生态化的需求，透水性强能够满足大量雨水能够迅速排出的混凝土，而且具有一定强度能够承受一定的压力并能够与动植物具有相容性的材料。

2、植生混凝土是在多孔混凝土的基础上进行种植绿色植被的一种混凝土，采用低碱度的胶凝材料及连续空隙的大骨料骨架组成，具有透水混凝土一样的贯通孔隙网络，它能够在提高混凝土孔隙率、透气性、透水性、发挥承载作用的同时，使得天然降水回渗到地下；植生混凝土内部巨大的连通孔隙可为植物根系生长提供足够的空间，混凝土上层覆盖的营养基质可为根系发育提供必要的养分。

3、目前植生混凝土中多数采用普通硅酸盐水泥作为基础胶凝材料，硅酸盐水泥水化过程中产生大量ca(oh)2，空隙填充大量碱性溶液，其碱度ph值高达12.5-13.5，这对于植物的生长不利，即便选择低碱度硫铝酸盐水泥，其碱度ph值多维持在10.0-12.0区间内。植物生长基对酸碱度有一定的要求，常见观赏性草生长基ph在5-9区间内，过高的碱度ph值都不利于植物的发芽和生长，现阶段植生混凝土仍需要采用外加降碱剂降低碱度。

4、发明专利cn 109824333 b公开了一种低碱、增强植生混凝土用胶凝材料及其制备方法，该发明公开了采用α-半水石膏60-90份、偏高岭土10-30份和添加剂1-2份；由柠檬酸和聚羧酸减水剂组成添加剂。其中α-半水石膏是用天然二水石膏在1.1-1.4个大气压、温度为120-145℃的饱和水蒸气蒸压釜环境中生成；偏高岭土是以高岭土为原料，经700℃-800℃高温煅烧2h-6h脱水形成介稳态高活性掺合料。该胶凝材料解决植生混凝土内部碱度过高的问题，还可以获得强度较高、耐久性较强、植生性能良好的植生混凝土。但该材料主要为硫酸钙和高活性的偏高岭土，但组分里没有碱性钙源无法发生水化胶凝反应，也无法形成钙矾石等提供强度的水化产物，制备的胶凝材料早期强度较低，虽然胶凝材料碱度ph值低但是无法提供植生混凝土的必要的强度。

5、发明专利cn 115321925 a公开了一种植生混凝土用胶凝材料，该发明专利由低碱硫铝水泥5-15份、低热水泥1-2份、磷石膏4-6份、过磷酸钙0.5-1份、重钙粉0.08-0.15份、膨润土2-4份组成。该发明提供的植生混凝土用胶凝材料碳排放低，原生ph低，缓冲剂用量少；养护条件简单，节约养护成本；得到的植生混凝土作为矿山或道路边坡修复，种子发芽率高，护坡效果好；且能碳化吸收二氧化碳和周边土壤的重金属离子、氟化物，环境友好。但是该发明专利中提出的低碱硫铝水泥和低热水泥为市售成熟的水泥体系，虽然低碱水泥的碱度ph值偏低为10.0-10.5，但是低热水泥碱度ph值为12-13，在基础材料的选择过程中其碱度ph就偏高，不利于植物的生长；此外在工业废弃物磷石膏，过磷酸钙、重钙粉膨润土含量过高，组成过于复杂。

6、发明专利cn 107548949 a公开了一种用于植生混凝土的低碱度胶凝材料及其制备方法，各组分组成及质量份数为：超细矿渣粉60～100份；硅酸盐水泥20～30份；改性组分0～20份；废弃砂浆粉5～20份；废弃橡胶颗粒0.05～0.5份；膨胀珍珠岩粉0～1份；减水剂0.1～2份。该发明首先将减水剂、改性组分、废弃砂浆粉和膨胀珍珠岩粉加入硅酸盐水泥中混合均匀，再与废弃橡胶颗粒及超细矿渣粉混合，制成低碱度胶凝材料。该发明可以充分利用工业废弃物，实现废弃物的资源化利用，并有利于胶凝材料的后期性能发挥；由于有效降低体系的ph值，为植物提供良好的生长条件，有利于提高植生透水混凝土的综合性能。但是该发明胶凝材料的早期强度过低，后期强度增长缓慢的问题。

7、发明专利cn201410175215.7公开了一种适用植生混凝土的肥效缓释型钢渣骨料及其制备方法，该发明包括以下处理步骤：(1)将选铁后的钢渣过筛，取粒径介于19～26mm的颗粒用高压水冲洗，自然晾干；(2)将比表面积300～400m2/kg的粉状肥料与钢渣颗粒混合，直至肥料粉末填充于钢渣颗粒的孔隙；(3)将处理后的钢渣颗粒浸泡于由40～65％水泥、10～30％矿渣和16～30％水(质量百分数)混合搅拌成均匀的浆液中10秒后取出，并自然风干，得到肥效缓释型钢渣骨料。该发明所提供的钢渣骨料自身携带营养组分，能在服役期间缓慢释出，提高植生混凝土的保肥性；将工业废渣钢渣变废为宝，减轻环境与社会负荷；原料易得，工艺简单。但是该发明采用高压冲洗，与肥料混合的方式，能够被钢渣负载的肥料量有限且缓释的效果也并不是很理想。

技术实现思路

1、针对目前技术的不足，本发明提供的一种低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料具有碱度ph值低，水化热偏低，早期强度和后期强度高；能有效的利用固废材料，并能够调节胶凝材料ph值，具有较广的ph值范围利于植物种子萌发生根，负载有效肥料，并缓慢释放肥效。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料，包括以质量份计的以下原料：

4、

5、进一步地，改性海泡石采用以下步骤制备而成：将比表面积为250-300m2/kg的海泡石预磨至比表面积为350±20m2/kg，加入硫酸溶液酸化再粉磨至比表面积为450±50m2/kg，最后采用ca(oh)2调节ph值含量为6.9-7.2，干燥后得到改性海泡石。

6、进一步地，硫酸溶液的浓度为1-5mol/ml，ca(oh)2的有效含量为85-95wt.％，预磨和粉磨的转速为60-100r/min，粉磨的时间为20～60s，采用氧化锆行星球磨机进行预磨和粉磨。

7、进一步地，含磷废弃物为磷矿渣或改性磷石膏。

8、进一步地，改性磷石膏在300℃煅烧30min，改性磷石膏在改性前的磷石膏的有效水溶性磷及共晶磷含量≥1.0wt.％；磷矿渣的有效水溶性磷含量≥0.8wt.％。

9、进一步地，黏土矿物的比表面积为380-450m2/kg，黏土矿物为蒙脱土、伊利石、凹凸棒土、绿泥石、偏高岭土任意一种或两种。

10、进一步地，矿渣硫铝酸盐水泥的水化热3d≤150j/g、7d≤200j/g，比表面积为430±20m2/kg。

11、进一步地，高贝利特硫铝水泥熟料的硅酸二钙含量不低于40wt.％，3d抗压强度≥42.5mpa、28d抗压强度≥52.5mpa。

12、进一步地，电解锰渣的ph值为6.0-7.2，sio2含量为33-50wt.％，al2o3含量为14-30wt.％。

13、本发明还提供了一种低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

14、步骤1、称取40-65份矿渣硫铝酸盐水泥和3-30份高贝利特硫铝水泥熟料混合5-10min，得到胶结性强度材料a；

15、步骤2、称取5-10份改性海泡石、2-5份含磷废弃物、1-5份黏土矿物、2-12份电解锰渣混合10-15min，再置于250-300℃下高温混合2-2.5h，得到补充改性材料b；

16、步骤3、将胶结性强度材料a和补充改性材料b混合30-40min，得到所述低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料。

17、作为优选，采用v型混合机进行步骤1和步骤3的混合；

18、作为优选，采用滚子高温炉进行步骤2的混合，高温混合的转速为50r/min。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1、本发明的低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料的碱度ph值偏低(普遍低于8.0)，在后续制备植生混凝土(透水混凝土)不需要增加降碱剂，混凝土不需要掺加其他矿物掺合料，简化混凝土的制备过程。

21、2、本发明的低碱、肥效缓释植被混凝土用胶凝材料采用的基础胶凝材料为低碱、早强、高强的胶凝材料，有较优异的抗硫酸盐侵蚀能力，其低碱性能从根本上降低植生混凝土的碱度。

22、3、由于海泡石其原生矿物的杂质较多，部分碳酸盐杂质存在于沸石水通道时易产生堵塞，再加上以mg矿为中心的网络结构的存在，海泡石内部通道将更加难以通透，这不仅降低海泡石的理论比表面积，同时也影响其吸湿放湿性能。

23、本发明采用阶梯式对海泡石进行改性，得到改性海泡石，提高海泡石的孔隙率及比表面积，促使海泡石吸湿放湿性选择性更明显。改性海泡石吸附的水由于较强的表面化学吸附作用和更密集的毛细管道效应，使得水分更不易脱附，而易脱附的水来源于表面的物理吸附，改性海泡石的放湿速率要小于吸湿速率，相对于原矿有更明显内养护作用。

24、本发明采用物理及化学复合式对海泡石改性，对于易于分散成纤维状的较低比表面的海泡石，先分散，然后对于颗粒较大、难以粉磨的海泡石采用酸化处理。呈阶梯式的改性方法能够将海泡石组分改性成既有部分纤维又有酸化改性后大比表面有活性空穴的颗粒。并且这些活性空穴能负载水分子和大量锰离子、磷酸根离子、磷离子等离子，根据矿物离子浓度高低智能化调节肥料分子及离子在植被混凝土全周期肥力释放，并且对植被混凝土起到保水和缓释肥效的作用。

25、4、海泡石在大量吸水后体积并不会膨胀，且吸水之后的改性海泡石会变得更为柔软，而一旦释水干燥后又会变硬，有利的解决了常规内养护混凝土中高吸水性树脂和吸水多孔材料分散性不好及释放水降低水泥石强度的现状。在海泡石改性过程中，改性海泡石晶体表面存在大量的亲水si-oh基团，且改性海泡石晶体边缘存在mg2+配位水，极易与极性h2o发生反应并形成共价键，并在酸性条件下负载更多的锰离子、硫酸根离子、铵根离子、磷酸根离子等多种离子，且改性海泡石在碱性条件下结构更加稳定，能够增强水泥石的韧性提高抗折强度。

26、5、本发明采用弱酸性的电解锰渣作为补充胶凝材料，电解锰渣为电解锰行业中电解处理后的废渣，主体呈现弱酸性，能够在一定程度上缓解主体胶凝材料的碱度ph值。电解锰渣中含有的大量的铵根离子、锰离子、硫酸根离子等，与能够负载在多孔海泡石的沸石水孔道空间，且能够取代mg2+，在施工后期也能够更好的释放到环境中改善植被需要的有一定肥效的离子，有效的保障植物种子的萌发及后续短时间的磷肥、氮肥的供给；并且对于那些锰含量较低且酸碱度呈中性或碱性的土壤，提供有效的锰离子促进植物草种的发芽和成熟，同时增加植物对磷元素和钙元素的利用率，并能缓慢释放肥料基团及离子，有利于植物的生长。

27、6、本发明采用磷矿渣或改性磷石膏作为胶凝材料的组成部分，为提供植物生长必要的磷元素，并与矿渣硫铝酸盐水泥复合形成针状钙矾石的互相交错网络结构，增强早期抗折强度，并为c-s-h凝胶提供有利的空间，促进后期水化反应进程。改性磷石膏进行高温煅烧形成失水磷石膏，复合矿渣硫铝酸盐水泥，激发矿渣提高矿渣水化活性并提高胶凝材料早期及中后期胶砂强度，而磷矿渣更高的非晶形矿物也能提高胶凝材料的强度。