一种植生混凝土用胶凝材料的制作方法

1.本发明涉及植生混凝土材料领域，具体涉及一种植生混凝土用胶凝材料。

背景技术：

2.植生混凝土又称植物相容型生态混凝土或植被混凝土，由多孔混凝土、保水材料和营养物质、表层土以及植物组成。植生混凝土以多孔混凝土为粗骨料，多孔混凝土的孔隙应是连续型的；在混凝土孔隙中填充保水材料和植物生长所需的营养，上层由表层土覆盖；表层土中所含的水分和营养成分使植物的种子萌发，填充的营养物质和保水材料保证了植物幼苗的生长，根系通过多孔混凝土连续贯通的孔隙到达底层土壤，保证了植物的进一步生长。由于植物和混凝土能相容，呈现生态特性；其耐久性、耐侵蚀性好，同时具有较高的强度。植生混凝土硬化速度快，方便现场浇筑施工；也可以预制，进行大规模的集中生产。由于植生混凝土具有上述特点，可以被大规模应用于河道护岸、公路护坡等生态修复工程，将生物防护和工程防护有机的结合在一起；也可以用于屋顶绿化、建筑物墙面的绿化、停车场等。进一步开发有望应用于沙漠，发挥固沙作用。
3.目前，植被混凝土制品已得到广泛的应用，但植被混凝土大多还是处于研发试验阶段。植被混凝土需要使用特种的胶凝材料；还需要为植物提供生长所必需的空间、养分和水分；更需要有足够的耐久性以及具有植被复种的可操作性。现有技术中，制备植被混凝土均采用普通硅酸水泥作为胶凝材料，植被混凝土水化过程中会产生氢氧化钙等强碱水化产物，造成强碱环境，对植物生长的环境起到不利的影响，不利于植物早期的发芽以及后期长时间的生长，出现植物不发芽或次年生长率低的情况。为了解决上述技术问题，目前最常用的方法是降碱外加剂技术和矿物掺合料技术。
4.发明专利cn 110317008 b公开了一种植被混凝土及其制备方法与应用，该发明的植被混凝土在水化的过程中碱性较弱，能够为植物提供适宜的生长环境；还能够减少开裂、脱落的现象，增加稳定性；而且肥性和保水性能优良，为植物提供了优异生长环境，同时利用了固废。但是该发明在降碱的过程中又添加了碱性激发剂，所制备的植生混凝土碱性仍然很高；该专利涉及固废如粉煤灰等在今天属于供不应求的资源。
5.发明专利cn 108323380 b公开了一种种植诸葛菜的盐碱地绿化护坡的施工方法。本发明降低了在盐碱地浇注绿化护坡的返碱现象，解决了盐碱地护坡植被单一且成活率低的问题。但是该发明中添加了大量降碱材料，成本高昂，且应用范围有限。
6.因此，提供一种天然碱度低，利用固废，环境友好，后期养护成本低，护坡效果好的植生混凝土用胶凝材料成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

7.针对现有技术不足，本发明提供了一种植生混凝土用胶凝材料，一种植生混凝土用胶凝材料，本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。解决现有技术中ph过高，种子发芽率低，前期强度低，养护成本高，碳排放高等问题。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种植生混凝土用胶凝材料，主要由以下质量份的原料制成：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。
9.优选的，磷石膏为制备磷酸生成的固废，粒度为10-40um。
10.优选的，过磷酸钙中含有效p4o
10
质量分数为15％～20％，其中过磷酸钙在水中的溶解度为85％～95％。
11.优选的，重钙粉为石灰石破碎制砂生成的固废，比表面积为400-500m2/kg；
12.优选的，膨润土比表面积为800-1000m2/kg。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.1.本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。解决现有技术中ph过高，种子发芽率低，前期强度低，养护成本高，碳排放高等问题。
15.2.组分中的膨润土，能快速吸收自身重量两倍以上的水，为种子生长持续提供水分；膨润土吸水形成浆体，在雨水环境下能维持坯体物质不流失，在喷射初期维持坯体稳定，不坍缩，保证孔隙率；膨润土遇水之后发生水化反应，团聚体发生膨胀即第一阶段膨胀。到第二阶段即双电层形成。到第三阶段双电层开始膨胀，之后层叠体甚至变成单个单元。膨胀之后外界分子就更加容易进入层间，且膨润土本身含有大量的晶层构成使得膨润土的内比表面积增大，吸附能力强；能提升孔隙率加速碳化，提升混凝土的强度。
16.3.植生混凝土主要用于矿山及道路边坡修复，含磷物质被负载在疏松多孔的膨润土表面或者孔隙中，可以进一步增加膨润土表面负电荷数量来增加膨润土对重金属阳离子的吸附作用；并且在膨润土表面或者孔隙中，含磷物质通过溶解/ 沉淀作用与重金属离子反应生成溶解度较小的磷酸盐-重金属沉淀以及络合物，形成的络合物被膨润土吸附在表面或者孔隙内部，减小重金属的迁移性和毒性，进一步降低了重金属及氟化物对植物生长的影响。此外膨润土自身以及其表面或者孔隙内部的络合物能够有效吸附磷石膏中的氟化物，还可以降低磷石膏中氟化物对植物生长的影响。
附图说明
17.图1为实施例2中试验a6成型3天后植生混凝土胶凝材料硬化浆体sem 图；
18.图2为实施例2中试验a6成型28天后植生混凝土胶凝材料硬化浆体sem 图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
20.实施例1：
21.一种植生混凝土用胶凝材料，主要由以下质量份的原料制成：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。
22.在本实施例中，植生混凝土主要用于矿山或道路边坡修复，由于该胶凝材料采用了低碱硫铝水泥和低热水泥，所选用的两种水泥都是低碳水泥，碳排放低。再加之胶凝材料原生碱性低，加水硬化后周边土壤适宜种子发芽的ph范围宽；而且早期强度高，能省去覆膜养护及在喷水过程中雾化喷水成本；易于碳化，后期种子发芽后易于植物根的发展；同时在碳化的过程中能吸收大量二氧化碳，环境友好。组分中的低热水泥，早期水化热低，防止植生混凝土坯体温度过高，烧伤种子；后期强度高，在种子生根之前，能起到补充坯体强度的作用。
23.更为重要的是，组分中的膨润土能快速吸收自身重量两倍以上的水，为种子生长持续提供水分；膨润土吸水形成浆体，在雨水环境下能维持坯体物质不流失，在喷射初期维持坯体稳定，不坍缩，保证孔隙率；膨润土遇水之后发生水化反应分为四个阶段，团聚体发生膨胀即第一阶段膨胀，到第二阶段即双电层形成，到第三阶段双电层开始膨胀，之后层叠体甚至变成单个单元。膨胀之后外界分子就更加容易进入层间，且膨润土本身含有大量的晶层构成使得膨润土的内比表面积增大，吸附能力强；能提升孔隙率加速碳化，提升混凝土的强度。
24.此外，植生混凝土用胶凝材料水化过程中或硬化后，含磷物质被负载在疏松多孔的膨润土表面或者孔隙中，可以增加膨润土表面负电荷数量，从而可以增加膨润土对重金属阳离子的吸附作用。并且在膨润土表面或者孔隙中，含磷物质通过溶解/沉淀作用与重金属离子反应生成溶解度较小的磷酸盐-重金属沉淀以及络合物，形成的络合物被膨润土吸附在表面或者孔隙内部，减小重金属的迁移性和毒性，进一步降低了重金属及氟化物对植物生长的影响。此外膨润土自身以及其表面或者孔隙内部的络合物能够有效吸附磷石膏中的氟化物，还可以降低磷石膏中氟化物对植物生长的影响。
25.组分中的磷石膏，主要是制备磷酸生成固体废弃物，磷石膏中除了硫酸钙以外，包括少量未完全分解的磷矿、残留的磷酸以及氟化物、酸不溶物、铁铝化合物、有机质等，呈弱酸性。利用其作为ph调节剂，有效利用了固废；还能为植物生长提供磷肥，促进植物生根，提升护坡效果。
26.石膏过量会影响普通水泥尤其是硅酸盐水泥的凝结，但是在本发明中，石膏能与硫铝酸盐水泥快速反应生成钙钒石，降低了石膏对水泥水化的影响。主要反应如下：
27.3cao
·
3al2o3·
caso4+2caso4+38h2o
→
3cao
·
al2o3·
3caso4·
32h2o+2(al2o3·
3h2o)
28.2cao
·
sio2+nh2o
→
c-s-h+ca(oh)229.al2o3·
3h2o+3ca(oh)2+3caso4+26h2o
→
3cao
·
al2o3·
3caso4·
32h2o
30.此外，磷石膏会随着温度的升高而溶解速率减缓。而本实施例中的低热水泥水化热低，能缓解水泥水化对磷石膏溶解的抑制作用。
31.组分中的过磷酸钙是用硫酸分解磷矿直接制得的磷肥。主要有用组分是磷酸二氢钙的水合物ca(h2po4)2
·
h2o和少量游离的磷酸，还含有无水硫酸钙组分尤其是在缺硫土壤中，无水硫酸钙能快速溶解在水中，与水泥反应生成钙钒石附着于石膏表面，抑制石膏溶解，延缓石膏与硫铝水泥的反应，降低水化热；这与低热水泥水化热低，缓解水泥水化对磷石膏溶解的抑制作用之间相互影响，从而形成一个与强度形成相匹配的溶解速度。同时还
能与磷石膏相互补充，调节ph提供磷肥，同时土壤环境零伤害；本实施例中的过磷酸钙中含有效p4o
10
质量分数为15％～20％，其中过磷酸钙在水中的溶解度为85％～95％。
32.组分中的重钙粉细度小，能填充在水化产物中提升强度；重钙粉还能在水泥碳化的过程中能起到晶核的作用加速碳化；与低热水泥一起调剂坯体强度与保证前期强度高，中期强度稳定，后期强度衰减快，与种子生根相匹配。
33.实施例2：
34.本实施例选用水胶比为0.33，以不同原料配比的植生混凝土用胶凝材料，制成净浆块，分别测试不同龄期的抗压强度、干密度和ph值。其中，磷石膏为制备磷酸生成的固废，粒度为10-40um；过磷酸钙选用工业普通过磷酸钙，含有效 p4o
10
15％～20％，其中过磷酸钙在水中的溶解度为85％～95％；重钙粉为石灰石破碎制砂生成的固废，比表面积为400-500m2/kg；膨润土为二级膨润土，比表面积为800-1000m2/kg；
35.各配比条件下的植生混凝土用胶凝材料净浆块配合比参见下表1所示：
36.试验编号a1a2a3a4a5a6低碱硫铝水泥/g100125100100100100低热水泥/g25025252525磷石膏/g404040203040过磷酸钙/g10100101010重钙粉/g555550膨润土/g202030403025水/g100100100100100100
37.本实施例中试验流程为：预先按表1中的配比数据在净浆搅拌锅中加入水，再加入粉料，先低速搅拌2min后高速搅拌2min，搅拌完成后倒入 20mm
×
20mm
×
20mm模具中成型。放入标养箱养护得到试验编号为1-6的试件，并对其进行性能测试；其中成型、养护及测试要求如下：
38.(1)试件成型与养护参照国家标准《通用硅酸盐水泥》(gb175-2007)进行。
39.(2)试件标准养护3d、28d后，参照上述标准检测抗压强度；并取破碎后的净浆块样品进行电镜扫描，获得对应水化时间的植生混凝土胶凝材料硬化浆体 sem图。
40.(3)试件养护7d后，称取20g比表面积为300m2/kg的烘干净浆块粉料，浸泡5min后测试ph。
41.(4)试件养护3d、28d后，称量绝干容重，利用质量差计算二氧化碳吸附量。
42.(5)植生混凝土用胶凝材料水化3d的电镜图；
43.图2为本发明植生混凝土用胶凝材料水化28d的电镜图；
44.测试结果如下表2所示：
[0045][0046]
图1为成型3天后植生混凝土胶凝材料硬化浆体sem图，图2为成型28 天后植生混凝土胶凝材料硬化浆体sem图；图1和图2对比可知，成型3d后水化产物主要以硫铝酸钙为主，结构密实，早期强度高；随着碳化的进行，28d后主要以碳酸钙为主，晶体结构明显，但是密实程度降低，强度下降，与植物生根相匹配。
[0047]
试验a1与试验a2相关数据对比可知，没有低热水泥添加下，早期强度更高，且所能吸附的二氧化碳量也更高，但是后期强度衰减严重；
[0048]
试验1与试验3相关数据对比可知，不添加过磷酸钙，早期强度更高，但是 ph也高；
[0049]
试验a1与试验a4、a5相关数据对比可知，随着磷石膏用量的减少，早期强度增加，但是ph也随着升高；
[0050]
试验a1与试验a6相关数据对比可知，重钙粉能提高早期前度，也能促进对二氧化碳的吸收。相关机理是：重钙粉可以起到一定保水剂及减水剂的作用，增加拌和性能，前期强度有保证，后期能缓慢释放水分充当保水剂；且重钙粉能在水泥碳化的过程中能起到晶核的作用加速碳化，从而促进对co2的吸收。
[0051]
实施例3：
[0052]
本实施例选用水胶比为0.33，以不同原料配比的植生混凝土用胶凝材料，其中，磷石膏为制备磷酸生成的固废，粒度为10-40um；过磷酸钙选用工业普通过磷酸钙，含有效p4o
10
15％～20％，其中过磷酸钙在水中的溶解度为85％～ 95％；重钙粉为石灰石破碎制砂生成的固废，比表面积为400-500m2/kg；膨润土为二级膨润土，比表面积为800-1000m2/kg；
[0053]
本实施例中试验流程为：预先按表3中的配比数据在净浆搅拌锅中加入水，再加入粉料，先低速搅拌2min后高速搅拌2min，搅拌完成后倒入 20mm
×
20mm
×
20mm模具中成型。经自然养护24小时后脱模，然后在多个150ml 容器中加入100ml的含有100mg
·
l-1
分cr离子水溶液，将脱模后的试件分别浸没在水溶液中，对容器进行加盖或覆膜后将每个容器放入标养箱养护28天。最后取出试件后对容器中的水溶液中cr离子以及氟化物的含量进行检验，相关试验配比参数及检测结果如表3所示：
[0054][0055]
上述数据表明：在含有低碱硫铝水泥、低热水泥、膨润土、重钙粉的体系中掺入磷石膏或过磷酸钙，可以提高对重金属离子的吸附效果。其作用机理是：膨润土水化膨胀之后使得膨润土的内比表面积增大，吸附能力强；更进一步地，在膨润土表面或者孔隙中，含磷物质通过溶解/沉淀作用与重金属离子反应生成溶解度较小的磷酸盐-重金属沉淀以及络合物，形成的络合物被膨润土吸附在表面或者孔隙内部，减小重金属的迁移性。
[0056]
而对于水溶液中的氟化物，试验b6检出的氟化物未检出，原因是该配比中不含磷石膏，水化过程中的浸出液中不含有氟化物，或者有微量氟化物，被膨大后的膨润土吸附，因此结果为未检出氟化物。其他试验组中，b1的磷石膏添加量50g，且无过磷酸钙，养护水溶液中氟化物含量最高，主要是因为氟化物是磷石膏携带而来的。b2、b3的相关数据表明，在磷石膏用量相同的情况下，少量增加过磷酸钙有利于对氟化物的吸附；其余试验组中表明，在过磷酸钙用量相同的条件下，养护水溶液中氟化物含量随着磷石膏的添加量减小而减小。相关作用机理为：膨润土自身以及其表面或者孔隙内部的络合物能够有效吸附磷石膏中的氟化物，还可以降低磷石膏中氟化物对植物生长的影响。
[0057]
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种植生混凝土用胶凝材料，其特征在于，主要由以下质量份的原料制成：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。2.根据权利要求1所述的植生混凝土用胶凝材料，其特征在于：所述磷石膏为制备磷酸生成的固废，粒度为10-40um。3.根据权利要求1所述的植生混凝土用胶凝材料，其特征在于：所述过磷酸钙中含有效p4o
10
质量分数为15％～20％，其中过磷酸钙在水中的溶解度为85％～95％。4.根据权利要求1所述的植生混凝土用胶凝材料，其特征在于：所述重钙粉为石灰石破碎制砂生成的固废，比表面积为400-500m2/kg。5.根据权利要求1所述的植生混凝土用胶凝材料，其特征在于：所述膨润土比表面积为800-1000m2/kg。

技术总结

本发明涉及植生混凝土材料领域，公开了一种植生混凝土用胶凝材料，主要由以下质量份的原料制成：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。本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。解决现有技术中pH过高，种子发芽率低，前期强度低，养护成本高，碳排放高等问题。碳排放高等问题。碳排放高等问题。