植物相容型生态混凝土的制备

植物相容型生态混凝土的制备

土的土石材料普通混凝土是致密的材料，无法提供植物生长的空间，也无法维持水和土壤的存在。表1是普通混凝土与适合植物生长的土壤的成分比较。植物相容型生态混凝土是一种性能介于普通混凝土和耕植土之间的新型材料,它以轻质多孔岩石、生物有机肥料、耕植土等为原料,用水泥胶凝材料胶结而成,具有一定的强度,质量相对较小,能形成一个个“蜂窝状”空隙,既利于植被根系生长,又能为植被生长所必需的养分提供存储空间,由垫层(耕植土)、基质层(大孔蓄容混凝土和填充料)和面层(植被层)组成。目前国内研制植物相容型生态混凝土方法中对填充料的布置形式、组成等有所欠缺,文章拟对植物相容型生态混凝土的构件进行研究,初步探讨各配比对植被生长的影响、植物最终穿透混凝土块体长至耕植土中的可能性、以及混凝土的力学性能。1材料和方法1.1面的要求植物相容型生态混凝土的组成设计应同时满足空隙率、酸碱性及强度等方面的要求。对水泥、外加剂、有机肥料含量等影响因素进行试验,来确定材料的配合比例,并考察水泥用量、粉煤灰用量、填充料的组成、植物草种等因素对生态混凝土强度、酸碱性、空隙率以及对植被生长情况的影响。1.2混凝土的三水三水本实验用的碎石粒径为D2.4、堆积密度是1.3×103Kg/m3;沙壤土颗粒适中,三相比良好,是生态混凝土中的主要组成部分;425#的普通硅酸盐水泥;有机质采用新鲜的酒糟,以改善土的三相比和保水性能,并向土中引入大量微生物,提供一定数量的氮、磷、钾等养分;肥效较长的过磷酸钙和有机肥。长效肥是为了使植被在生长出来以后一段时间内不衰退。1.3基质层与生长基质本试验参考很多成功的工程经验,采用小规模的室内试验形式。试验将植物相容型混凝土分为3层进行分层施工,分别是垫层(耕植土)、基质层(大孔蓄容混凝土和填充料)和面层(植被层)。垫层厚3cm～4cm,基质层厚5cm～6cm,面层厚1cm～2cm。垫层即为混凝土底下富含养份的土壤,是储存养分的基础材料,能满足植被根系生长的向水性和向肥性,强度要求不高。试验在土壤中预置缓效性肥料,以利于植物根系的长期生长。基质层由大孔蓄容混凝土和填充料组成。大孔蓄容混凝土是一种既具有一定的强度,又有利于花草生长条件的特殊的混凝土,厚约6mm,孔洞率达25%～33%。试验中先冲洗粗骨料,避免粉尘影响混凝土的强度。然后按一定配比配置大孔蓄容混凝土,并搅拌均匀,直至没有“冒浆”现象产生。填充料是指填充在大孔蓄容混凝土内由多种功能材料组成的植物生长基质。主要是蓄容水份与养料,利于幼苗根须通过直至垫层。其组成材料包括:吸保水材料、粘结剂、有机质(腐殖土)、缓释复合肥料、土壤等,各成分含量如表2所示。另外,填充料在混凝土中间部分,因毛细管水补给受阻,植物生长时需要从填充料中汲取水分,所以在填充材料中添加了少许保水剂,并在播种时采取保湿措施,安排经常灌水。在试验中将填充材料做成“小药丸”的形状。面层即植被层,由耕植土、酒糟、普通硅酸盐水泥、缓释肥、植绿草种等组成,各成分含量如表3所示,植被层各成分的百分比含量与填充料的一致,不同在于植被层中的土为散粒体的耕植土,易于草种萌芽生长。为避免水泥产生的水化热影响草种的存活率,待温度降低后施播种子。面层施播后,立即覆盖无纺布,以保温、防止雨水冲刷和鸟禽啄食种子。经过一段时间洒水养护,当草长到2cm～3cm,应及时揭开无纺布以炼苗,无纺布揭开的时间要适时,过早,草苗幼嫩,经不起太阳暴晒等恶劣气候环境,过迟草苗较长,顶住无纺布,生长畸形。2试验结果与分析2.1配合比设计的合理性草种播出1个星期后高羊茅开始发芽,20天后两种植物出苗基本结束,草种发芽率为90%以上。试验中保证光照和湿度,由于天气炎热、土壤流失等原因有部分的植物出现枯萎甚至死亡的现象,但外观基本保持全覆盖和色泽青绿的景象。另外,混凝土块体孔隙内(水环境)的pH=7.5～8.5,适合植物生长环境,可见配合比设计是合理的。植物施播一个月后,两种介质中的高羊茅比狗牙根的存活率大、植株高度高。在植物生长的早期,高羊茅整体看来郁郁葱葱,狗牙根显得比较松散。所以高羊茅是早期更好的草种选择,但是狗牙根的突出特点是生长低矮,耐干旱、耐贫瘠土壤,耐践踏性好,固土能力强,在后期表现突出,所以在今后的试验或实体工程中采用混播的形式效果会更加明显。2.2两种介质中植物的生长特性由于两种介质中的高羊茅长势优良,所以选择高羊茅进行比较分析,高羊茅植株高度随时间变化曲线如图1所示。由图可知两种介质中的高羊茅长势均佳,一个月后普通土壤中高羊茅的植株高度有30cm,茎长10cm,在植物相容型混凝土中植株高度有17cm,茎长4cm,且有一定的拔出力,混凝土的厚度5cm～6cm,此时根已经渗入到混凝土中间部分了,在实验结束的两个月后切开混凝土块体发现在满足植物生长向水性和向肥性的同时根须伸入到垫层。2.3通过生态混凝土的力学分析试验中共做了六组150mm×150mm×150mm的标准试件,对生态混凝土28天的抗压强度、pH值、空隙率等方面进行了测定。2.3.1泥、肥、土用量标准状况下生态混凝土养护28天后,在高低温自动拉压试验机上测试其抗压强度。实验结果如图2所示,水泥用量是影响生态混凝土强度的主要因素,单位体积用量越多则强度越高。此外有机肥料、耕植土的用量对其强度也略有影响。一般抗压强度越高,其耐冲刷能力也越强,越不容易流失。把试件放水中浸泡24h后不但不会松散而且仍有0.20～0.45MPa的抗压强度,而普通土壤数小时后便会在水中完全松散、分离。2.3.2实验结果与分析按规范测试生态混凝土酸碱性可知,水泥用量越多,其碱性也越强,实验结果如图3所示。降低水泥用量或者加粉煤灰中和其碱性均可降低生态混凝土的碱性,使它更利于植物的生长。有关测定表明,掺加了SR-3添加剂,龄期为7d的生态混凝土的值维持在10左右。2.3.3生长良好孔隙用排水法测试其空隙率,生态混凝土空隙率大约为38%,满足植物生长良好空隙方面的要求。混凝土的空隙率增加,混凝土的强度也会下降,所以使用范围受到