CN103130460A - 一种植生型钢渣多孔混凝土及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透水性好且抗折抗压的植生型钢渣多孔混凝土及其制备。本发明的植生型钢渣多孔混凝土，由成型的多孔混凝土和均匀洒播于成型的多孔混凝土孔隙中的混合物形成型的多孔混凝土的原料由钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、辅助物以及水组成；均匀洒播于多孔混凝土孔隙中的混合物，其原料组分为草种、土壤和肥料；本发明的植生型钢渣多孔混凝土具有大空隙率，表面不易掉粒，其透水系数达到4.2mm/s，其28天抗压强度达到30.0MPa，其28天抗折强度达到5.0MPa。本发明的植生型钢渣多孔混凝土可用作城市道路两侧绿化带、高速公路护堤坡、高速公路中央隔离带，水边护坡带、楼顶绿化带和停车场绿化带等领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种透水性好且抗折抗压的植生型钢渣多孔混凝土及其制备和应用。
背景技术
植草混凝土也叫植生混凝土，是植被绿化混凝土的一种类型，这种混凝土以多孔混凝土作为骨架结构，内部存在着一定的连通空隙，为混凝土表面的绿色植被提供了供根部生长、吸取养分的空间，采用多孔混凝土作为植物生长基体，并在空隙内部充填植物生长所需的各种物质和提供生长空间。
植草混凝土用于城市的道路两侧、高速公路护堤坡及中央隔离带，水边护坡、楼顶、停车场等部位，可以增加混凝土材料表面透水透气性，提高湿热交换能力，降低混凝土材料表面温度，增加城市的绿色空间，减少城市的热岛效应，调节人们的生活情绪，具有吸收噪音和粉尘的功能，对城市气候的生态平衡也起到积极作用，能够改善人居环境。
植物适合在低碱度生长(pH＝8-10)，目前日本用于植生混凝土的胶凝材是低碱度的高炉B、C型水泥资源，用该水泥配制出的多孔混凝土，其表面pH值在8-9左右，适合植物生长。而在我国缺乏低碱度水泥资源，一般采用普通硅酸盐水泥配置多孔混凝土，孔隙间的水环境未经改造，其pH值高达12.5-13.5，影响植物生长。
钢渣是炼钢产生的第二大伴生固体废弃物，约占钢产量的15-20％，2011全国预计将新增9000多万吨钢渣，加上多年的积累，国内10亿吨的巨量未得到有效利用，由于钢渣稳定性差、成分复杂，目前已成为最难利用的两大固体废弃物之一，大量堆放严重污染环境、占用城市宝贵土地，研究表明，经过特殊工艺处理的钢渣具有优质天然石材相似的性能，甚至在耐磨性、表面活性等方面存在较大的优势，在资源日益紧缺的当今世界，钢渣的已成为十分重要“变废为宝”的资源。
相关文献有：专利CN 101456711A《一种钢渣植生混凝土及其制备方法》、CN101880147A《一种钢渣生态混凝土、钢渣生态混凝土制品及其制备方法》、专利CN101538135A《一种植生型多孔混凝土及其制备方法》、专利CN 102031786A《绿色植被混凝土及其施工方法》和专利CN 102010155A《一种高强度植生型多孔混凝土及其制备方法》。其中专利CN 101538135A《一种植生型多孔混凝土及其制备方法》提出在具有厚度的多孔混凝土的表层覆盖混合土壤和草种来制备植生多孔混凝土，其具体步骤为：A.将石子、水泥、土、聚羧酸减水剂、聚合物乳液、有机肥料、混凝土碱性调节剂、以及水按照设定的配比加入到搅拌机中搅拌成型，得到多孔混凝土；B.将草种用自来水浸泡8-10小时后，和土壤按重量比为1∶2-3的比例混合，得到混合土壤；C.将步骤B得到的混合土壤覆盖在步骤A得的成型多孔混凝土的表层，制得植生型多孔混凝土。
上述相关文献均表明，将钢渣用于透水性混凝土已有一定的研究，钢渣植生混凝土方面也有一定的专利成果，但均存在以下几个问题：
1)强度较低、表面易掉粒，随着时间推移，孔隙被堵塞，透水性能变弱；
2)由于多孔混凝土孔隙的不均匀性，造成植物难以稳定均衡生长。
发明内容
为了解决现有技术中的如下技术问题：1)强度较低、表面易掉粒，随着时间推移，孔隙被堵塞，透水性能变弱；2)由于多孔混凝土孔隙的不均匀性，造成植物难以稳定均衡生长；本发明提供了一种新型钢渣植草混凝土，即一种透水性好且抗折抗压的植生型钢渣多孔混凝土，在保证混凝土呼吸性的前提下，大幅度提高抗折抗压强度，使植物全方位均匀生长。上述植生型钢渣多孔混凝土也同时拓展了钢渣固体废弃物的利用途径，并开发出环保新材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案来实现：
一种植生型钢渣多孔混凝土，由成型的多孔混凝土和均匀洒播于成型的多孔混凝土孔隙中的混合物形成，所述成型的多孔混凝土的原料由钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、辅助物以及水组成；其中，所述成型的多孔混凝土的原料及其重量配比，按照1立方米成型的多孔混凝土计，钢渣占1900-2400kg/m3、水泥占250-350kg/m3、减水剂占1.5-10.5kg/m3、可再分散性乳液占1.5-10.5kg/m3、辅助物占0.5-3kg/m3、水灰比为(0.2-0.3)∶1；所述均匀洒播于多孔混凝土孔隙中的混合物，其原料组分及其重量份数按照干重计为：草种：1重量份、土壤：5-15重量份、肥料：2-3重量份；所述植生型钢渣多孔混凝土，其透水系数达到4.2mm/s甚至以上，其28天抗压强度达到30.0MPa甚至以上，其28天抗折强度达到5.0MPa甚至以上。
本发明的成型的多孔混凝土的孔隙率为20-30％。
较佳的，所述成型的多孔混凝土的厚度为40-120mm。
较佳的，钢渣的粒径范围在5-40mm之间，所述钢渣为宝钢集团生产的滚筒钢渣。
较佳的，所述水泥为上海海豹水泥有限公司生产的42.5强度等级。
较佳的，所述减水剂可选自萘系减水剂和聚羧酸系减水剂，其中萘系减水剂，如上海源筑新型建材有限公司公司生产的yz-100型号的萘系减水剂；聚羧酸系减水剂，如卡尔迪克(上海)贸易有限公司的CPC-1型号的聚羧酸系减水剂。
较佳的，所述可再分散性乳液为卡尔迪克(上海)贸易有限公司的可再分散性乳液，其型号为C4084的可再分散乳胶粉加水形成，所述可再分散性乳液中可再分散乳胶粉和水的重量配比为1∶(1-5)。
较佳的，所述辅助物选自短纤维，如通用级沥青碳纤维、酚醛系碳纤维等短纤维，所述短纤维的长度一般为35～150mm。
较佳的，所述草种为高羊茅(Festuca arundinacea)或狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers)。
较佳的，所述土壤的含水率不超过10％。
较佳的，所述肥料选自上海裕农生物有机肥厂生产的花木用肥料。
本发明的植生型钢渣多孔混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)、将钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、辅助物以及水按照配比加入到搅拌机中搅拌，并浇筑在模具中成型，得到成型的多孔混凝土，然后洒水养护3-7天；
2)、将草种、土壤和肥料按照配比均匀混合后得到混合物；
3)、将步骤2)得到的混合物均匀洒播于养护后的成型的多孔混凝土的孔隙中，浇水后，形成所述植生型钢渣多孔混凝土。其中，浇水量为浇水至混合物湿润即可。
上述步骤3)中，草种植物长出后，其植物根系与孔隙中的混合物(也可称为基层土壤)、多孔混凝土粘结在一起，形成植生型钢渣多孔混凝土，也可称为植草多孔混凝土。
本发明的有益效果如下：
1、在具有大空隙率的植生型多孔混凝土中，钢渣由于其“电焊式”水硬性粘结力，使得能大幅度提高多孔混凝土的抗压抗折强度，克服表面易掉粒现象。
2、克服由于多孔混凝土孔隙的不均匀性，造成植物难以稳定均衡生长的问题。
3、用钢渣代替石材制备植生多孔混凝土，节约资源能源，促进了循环经济的发展，社会效益巨大。
本发明的植生型钢渣多孔混凝土可广泛用作城市道路两侧绿化带、高速公路护堤坡、高速公路中央隔离带，水边护坡带、楼顶绿化带和停车场绿化带等领域中。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1：
植生型钢渣多孔混凝土(厚度为60mm)的制备步骤如下：
1、将钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、短纤维以及水按照相应配比加入到搅拌机中搅拌，并浇筑在支好的模具中成型，得到多孔混凝土，洒水养护3-7天。其中，钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液以及水的相应重量配比如表1所示。上述短纤维可以采用通用级沥青碳纤维，也可以采用酚醛系碳纤维。
2、将草种、土壤、肥料按重量配比均匀混合，得到混合物；其中草种、土壤和肥料的相应重量配比为1∶10∶2.5。
3、将步骤1得到的混合物均匀洒播于养护后的成型的多孔混凝土的孔隙中，浇水，待植物长出后，根系与基层土壤、多孔混凝土粘结在一起，得到植生型钢渣多孔混凝土。
本实施例所得的植生型钢渣多孔混凝土的性能参数，如表2所示。
实施例2：
植生型钢渣多孔混凝土(厚度为40mm)的制备步骤如下：
1、将钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、短纤维以及水按照相应配比加入到搅拌机中搅拌，并浇筑在支好的模具中成型，得到多孔混凝土，洒水养护3-7天。其中，钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液以及水的相应重量配比如表1所示。
2、将草种、土壤、肥料按重量配比均匀混合，得到混合物；其中草种、土壤和肥料的相应重量配比为1∶15∶2。
3、将步骤1得到的混合物均匀洒播于养护后的成型的多孔混凝土的孔隙中，浇水，待植物长出后，根系与基层土壤、多孔混凝土粘结在一起，得到植生型钢渣多孔混凝土。
本实施例所得的植生型钢渣多孔混凝土的性能参数，如表2所示。
表1
表2
实施例3：
本实施例的植生型钢渣多孔混凝土(厚度为60mm)，其多孔混凝土的原料及其配比为：钢渣用量2200kg，水泥用量350kg，水用量82.5kg，聚羧酸减水剂用量5kg、可再分散性乳液8.5kg，短纤维0.5kg。A的植生型钢渣多孔混凝土采用实施例1的植被植生型多孔混凝土的制备方法制得，其透水系数、28天抗压强度和抗折强度如表3所示；B的植生型钢渣多孔混凝土采用直接将草种混合物覆盖在成型的多孔混凝土上的方法制得；C的植生型钢渣多孔混凝土采用将草种混合物作为成型的混凝土的一个组分与其他原料组分一起成型的方法制得。其A、B和C三种不同的制备方法所制得的植生型钢渣多孔混凝土的透水系数和植物占有效空隙百分比如表4所示，结果说明可以兼顾良好的透水率和植物生长均匀性。
表3
表4
实施例4
本实施例的植生型钢渣多孔混凝土(厚度为80mm)，除植生型钢渣多孔混凝土的原料及其配比不同于实施例1之外，其他制备步骤与实施例1相同。本实施例的植生型钢渣多孔混凝土的原料及其配比如表5所示，其性能参数如表6所示。
实施例5
本实施例的植生型钢渣多孔混凝土(厚度为120mm)，除植生型钢渣多孔混凝土的原料及其配比不同于实施例1之外，其他制备步骤与实施例1相同。本实施例的植生型钢渣多孔混凝土的原料及其配比如表5所示，其性能参数如表6所示。
表5
表6
Claims (10)
1.一种植生型钢渣多孔混凝土，由成型的多孔混凝土和均匀洒播于所述成型的多孔混凝土孔隙中的混合物形成，所述成型的多孔混凝土的原料由钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、辅助物以及水组成；
其中，所述成型的多孔混凝土的原料及其重量配比，按照1立方米成型的多孔混凝土计，钢渣占1900-2400kg/m3、水泥占250-350kg/m3、减水剂占1.5-10.5kg/m3、可再分散性乳液占1.5-10.5kg/m3、辅助物占0.5-3kg/m3、水灰比为(0.2-0.3)∶1；
所述均匀洒播于多孔混凝土孔隙中的混合物，其原料组分及其重量份数按照干重计为：草种：1重量份、土壤：5-15重量份、肥料：2-3重量份；
所述植生型钢渣多孔混凝土，其透水系数达到4.2mm/s，其28天抗压强度达到30.0MPa，其28天抗折强度达到5.0MPa。
2.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，所述成型的多孔混凝土的厚度为40-120mm。
3.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，钢渣的粒径范围在5-40mm之间；所述水泥为42.5强度等级。
4.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，所述减水剂选自萘系减水剂和聚羧酸系减水剂。
5.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，所述可再分散性乳液为可再分散乳胶粉加水形成，所述可再分散性乳液中可再分散乳胶粉和水的重量配比为1∶(1-5)。
6.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，所述辅助物选自短纤维，所述短纤维的长度为35～150mm。
7.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，所述草种为高羊茅或狗牙根。
8.如权利要求1所述的植生型钢渣多孔混凝土，其特征在于，所述土壤的含水率不超过10％。
9.如权利要求1-8任一所述的植生型钢渣多孔混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)、将钢渣、水泥、减水剂、可再分散性乳液、辅助物以及水按照配比加入到搅拌机中搅拌，并浇筑在模具中成型，得到成型的多孔混凝土，然后洒水养护3-7天；
2)、将草种、土壤和肥料按照配比均匀混合后得到混合物；
3)、将步骤2)得到的混合物均匀洒播于养护后的成型的多孔混凝土的孔隙中，浇水后，形成所述植生型钢渣多孔混凝土。
10.如权利要求9所述的植生型钢渣多孔混凝土在城市道路两侧绿化带、高速公路护堤坡、高速公路中央隔离带，水边护坡带、楼顶绿化带和停车场绿化带中的应用。
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