一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土及其制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、在当代农业实践中，尿素(co(nh2)2)作为一种传统肥料，其含氮量对植物生长至关重要。当尿素与土壤中的水分接触时，首先水解成铵(nh4+)，随后铵转变为亚硝酸盐(no2-)，最终通过硝化过程转化为硝酸盐(no3-)。在土壤无法容纳尿素时，会发生淋溶。此外，尿素中的氮还可能通过反硝化过程转化为氮气(n2)或一氧化氮(no)和二氧化氮(no2)，并从土壤中挥发。

2、根据上述情况，传统氮肥料的快速溶解使其易挥发、淋溶和发生反硝化损失，植物只能吸收尿素中氮的25％至50％。这种氮素的流失每年给环境造成很大的经济损失。而且，由于长期大量使用传统化学肥料，地下水和蔬菜中的硝酸盐含量升高，湖泊水体富营养化，大气中no2含量逐年增加，温室效应逐渐加剧，对人类的生活质量和生存环境构成严重挑战。

3、在这一背景下，研究人员提出了一种新思路，即通过研发新型的控释肥料(slowrelease fertilizers)来延缓肥料释放速率，提高肥料利用率。有研究指出缓释肥料的释放速率远小于速溶肥料，能够在整个生长周期内满足植物对营养物质的需求，提高利用率。为了降低氮的损失并保护环境，研究人员开发了缓释尿素肥料(sruf)，相对于传统尿素肥料，sruf具有更长的氮释放持续时间。

4、然而，在一些地区，如边坡、河湖堤坝等，正常的土壤施肥往往性价比较低，容易导致水土流失和肥料大量流失。在这种情况下，多孔植生混凝土(pec)成为一种备受关注的设计理念，通过排水保护边坡，提供了一种生态可持续的方法来防止斜坡径流。pec由水泥、水和粗骨料组成，广泛应用于基层加固和有植被覆盖的护坡土壤。除了在工程中提供稳定性，pec还具有减少灰尘、噪音、渗水的功能，并可用作水净化过滤器，同时具备储热、温湿度调节的特性，并具有环保和生物相容性的优势。植物生长混凝土已经成功应用于多个领域，包括道路边坡、水坝、矿山绿化以及垃圾填埋场生态修复工程。

5、然而，直接使用pec可能面临植物根系在混凝土层中的养分不足以支持植物穿透混凝土层扎根到底部土壤的问题。传统pec添加肥料的位置受到限制，主要在水泥浆体中。尿素作为肥料添加到pec的水泥浆体中时，尿素在水中溶解产生的碳酸与氢氧化钙反应，对水泥的水化产生负面影响。在毛细管和孔隙中形成的尿素晶体会引起混凝土毛细管开裂，表层开始破坏。

6、一些研究人员尝试使用硫铝酸盐水泥(sac)作为pec的胶凝材料，以减小对植物生长的不利影响。然而，即使在sac中，尿素仍然可能影响其水化和性能。尽管pec的水泥浆体中添加尿素被归类为渗透型的缓释肥料，但研究表明其肥料利用率并未达到理想状态，并对其工作性能产生影响。

7、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土及其制备方法，以此来解决现有植生混凝土的肥料利用率不高的问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、以垃圾焚烧底灰为原料制备冷粘结人造骨料；

5、将营养物质与所述冷粘结人造骨料混合，制备含有营养物质的冷粘结人造骨料；

6、将所述含有营养物质的冷粘结人造骨料与水泥在圆盘造粒机中进行干混，得到混合料；

7、将水和减水剂喷洒在所述混合料的表面，进行搅拌，得到掺合料；

8、将所述掺合料装入模具成型，进行标准养护，得到所述植生混凝土。

9、优选的，所述营养物质选自尿素、磷酸二氢钾中的一种或多种。

10、优选的，所述冷粘结人造骨料的重量为1400～1700份，所述营养物质的重量为28～136份，所述水泥的重量为120～170份，所述水的重量为40～80份，所述减水剂的重量为3～6份。

11、优选的，所述以垃圾焚烧底灰为原料制备冷粘结人造骨料的步骤，具体包括：

12、将垃圾焚烧底灰、矿渣与水泥混合，在圆盘造粒机中进行造粒，得到冷粘结粗骨料胚体，经过养护后，得到冷粘结人造骨料。

13、优选的，所述垃圾焚烧底灰、矿渣与水泥的质量比为4：4：2。

14、优选的，所述冷粘结人造骨料坯体的粒径范围为4.75～26.5mm。

15、优选的，所述冷粘结人造骨料的单颗粒抗压强度为5～7mpa，筒压强度为12～14mpa，吸水率为0.5％～2％，堆积密度为2019～2302kg/m3。

16、优选的，所述标准养护的条件：标准养护室中的温度为20～60℃，相对湿度为40％～80％。

17、本发明的第二方面，提供一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土，由上述制备方法制备得到。

18、优选的，所述植生混凝土的抗压强度为3～11mpa，总空隙率为34％～41％，连通空隙率为29％～33％，透砂率为63％～84％。

19、有益效果：

20、(1)本发明制备的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土，其具有养分供给功能，在浇筑好后仍然具有足够的连通空隙，具有良好的抗压强度、耐久性、施工性能和孔隙率。有效减少了传统植生混凝土将营养物质添加到外部的水泥浆体中时，对流动性和裹浆性能的不利影响。植物根系可顺利穿过混凝土层深入到底部土壤中。与普通的植生混凝土相比，在排水性(透水性)、稳定性、景观性以及改善自然环境能力等方面都具有优越性。

21、(2)在植物相容性方面，将营养物质添加到本发明的冷粘结人造骨料中不会对植生混凝土的空隙溶液ph产生负面影响，而且提高植物的发芽率和茎高，降低倒伏率，达到了提高植生混凝土与植物相容性的目的。

22、(3)本发明使用垃圾焚烧底灰生产植生混凝土材料，提高了城市垃圾焚烧底灰的使用率，降低生产成本。从而能够较大限度地利用难以综合利用的城市垃圾焚烧底灰作为胶凝材料的部分原料，使得废物可以回收利用，进一步的降低了生成胶凝材料的生产成本。

23、(4)本发明成功验证了冷粘结人造骨料作为营养物质载体在植生混凝土中应用的可行性，改善了传统植生混凝土养分添加位置的局限性，成功达到了养分缓慢释放的目的。为人造骨料植生混凝土在植生混凝土领域的推广提供了重要的实验数据和理论基础，为相关工程应用提供了有益的参考，具有一定的理论和实践意义。

技术特征：

1.一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述营养物质选自尿素、磷酸二氢钾中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述冷粘结人造骨料的重量为1400～1700份，所述营养物质的重量为28～136份，所述水泥的重量为120～170份，所述水的重量为40～80份，所述减水剂的重量为3～6份。

4.根据权利要求1所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述以垃圾焚烧底灰为原料制备冷粘结人造骨料的步骤，具体包括：

5.根据权利要求4所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述垃圾焚烧底灰、矿渣与水泥的质量比为4：4：2。

6.根据权利要求4所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述冷粘结人造骨料坯体的粒径范围为4.75～26.5mm。

7.根据权利要求1所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述冷粘结人造骨料的单颗粒抗压强度为5～7mpa，筒压强度为12～14mpa，吸水率为0.5％～2％，堆积密度为2019～2302kg/m3。

8.根据权利要求1所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土的制备方法，其特征在于，所述标准养护的条件：标准养护室中的温度为20～60℃，相对湿度为40％～80％。

9.一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土，其特征在于，所述植生混凝土的抗压强度为3～11mpa，总空隙率为34％～41％，连通空隙率为29％～33％，透砂率为63％～84％。

技术总结本发明公开了一种利用冷粘结人造骨料作为营养物质载体的植生混凝土及其制备方法，制备方法包括以下步骤：以垃圾焚烧底灰为原料制备冷粘结人造骨料；将营养物质与所述冷粘结人造骨料混合，制备含有营养物质的冷粘结人造骨料；将所述含有营养物质的冷粘结人造骨料与水泥在圆盘造粒机中进行干混，得到混合料；将水和减水剂喷洒在所述混合料的表面，进行搅拌，得到掺合料；将所述掺合料装入模具成型，进行标准养护，得到所述植生混凝土。通过本发明制备方法制得的植生混凝土可以合理利用人造骨料作为植生混凝土中营养物质载体达到控制肥料缓慢释放的目的，为人造骨料的广泛应用和植生混凝土的推广提供了新的优势。技术研发人员：刘军,牛人捷,邢峰,张伟卓受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1