植物相容型生態(tài)混凝土的制備

植物相容型生態(tài)混凝土的制備

土的土石材料普通混凝土是致密的材料，無法提供植物生長的空間，也無法維持水和土壤的存在。表1是普通混凝土與適合植物生長的土壤的成分比較。植物相容型生態(tài)混凝土是一種性能介于普通混凝土和耕植土之間的新型材料,它以輕質(zhì)多孔巖石、生物有機肥料、耕植土等為原料,用水泥膠凝材料膠結(jié)而成,具有一定的強度,質(zhì)量相對較小,能形成一個個“蜂窩狀”空隙,既利于植被根系生長,又能為植被生長所必需的養(yǎng)分提供存儲空間,由墊層(耕植土)、基質(zhì)層(大孔蓄容混凝土和填充料)和面層(植被層)組成。目前國內(nèi)研制植物相容型生態(tài)混凝土方法中對填充料的布置形式、組成等有所欠缺,文章擬對植物相容型生態(tài)混凝土的構(gòu)件進行研究,初步探討各配比對植被生長的影響、植物最終穿透混凝土塊體長至耕植土中的可能性、以及混凝土的力學(xué)性能。1材料和方法1.1面的要求植物相容型生態(tài)混凝土的組成設(shè)計應(yīng)同時滿足空隙率、酸堿性及強度等方面的要求。對水泥、外加劑、有機肥料含量等影響因素進行試驗,來確定材料的配合比例,并考察水泥用量、粉煤灰用量、填充料的組成、植物草種等因素對生態(tài)混凝土強度、酸堿性、空隙率以及對植被生長情況的影響。1.2混凝土的三水三水本實驗用的碎石粒徑為D2.4、堆積密度是1.3×103Kg/m3;沙壤土顆粒適中,三相比良好,是生態(tài)混凝土中的主要組成部分;425#的普通硅酸鹽水泥;有機質(zhì)采用新鮮的酒糟,以改善土的三相比和保水性能,并向土中引入大量微生物,提供一定數(shù)量的氮、磷、鉀等養(yǎng)分;肥效較長的過磷酸鈣和有機肥。長效肥是為了使植被在生長出來以后一段時間內(nèi)不衰退。1.3基質(zhì)層與生長基質(zhì)本試驗參考很多成功的工程經(jīng)驗,采用小規(guī)模的室內(nèi)試驗形式。試驗將植物相容型混凝土分為3層進行分層施工,分別是墊層(耕植土)、基質(zhì)層(大孔蓄容混凝土和填充料)和面層(植被層)。墊層厚3cm～4cm,基質(zhì)層厚5cm～6cm,面層厚1cm～2cm。墊層即為混凝土底下富含養(yǎng)份的土壤,是儲存養(yǎng)分的基礎(chǔ)材料,能滿足植被根系生長的向水性和向肥性,強度要求不高。試驗在土壤中預(yù)置緩效性肥料,以利于植物根系的長期生長?；|(zhì)層由大孔蓄容混凝土和填充料組成。大孔蓄容混凝土是一種既具有一定的強度,又有利于花草生長條件的特殊的混凝土,厚約6mm,孔洞率達25%～33%。試驗中先沖洗粗骨料,避免粉塵影響混凝土的強度。然后按一定配比配置大孔蓄容混凝土,并攪拌均勻,直至沒有“冒漿”現(xiàn)象產(chǎn)生。填充料是指填充在大孔蓄容混凝土內(nèi)由多種功能材料組成的植物生長基質(zhì)。主要是蓄容水份與養(yǎng)料,利于幼苗根須通過直至墊層。其組成材料包括:吸保水材料、粘結(jié)劑、有機質(zhì)(腐殖土)、緩釋復(fù)合肥料、土壤等,各成分含量如表2所示。另外,填充料在混凝土中間部分,因毛細管水補給受阻,植物生長時需要從填充料中汲取水分,所以在填充材料中添加了少許保水劑,并在播種時采取保濕措施,安排經(jīng)常灌水。在試驗中將填充材料做成“小藥丸”的形狀。面層即植被層,由耕植土、酒糟、普通硅酸鹽水泥、緩釋肥、植綠草種等組成,各成分含量如表3所示,植被層各成分的百分比含量與填充料的一致,不同在于植被層中的土為散粒體的耕植土,易于草種萌芽生長。為避免水泥產(chǎn)生的水化熱影響草種的存活率,待溫度降低后施播種子。面層施播后,立即覆蓋無紡布,以保溫、防止雨水沖刷和鳥禽啄食種子。經(jīng)過一段時間灑水養(yǎng)護,當(dāng)草長到2cm～3cm,應(yīng)及時揭開無紡布以煉苗,無紡布揭開的時間要適時,過早,草苗幼嫩,經(jīng)不起太陽暴曬等惡劣氣候環(huán)境,過遲草苗較長,頂住無紡布,生長畸形。2試驗結(jié)果與分析2.1配合比設(shè)計的合理性草種播出1個星期后高羊茅開始發(fā)芽,20天后兩種植物出苗基本結(jié)束,草種發(fā)芽率為90%以上。試驗中保證光照和濕度,由于天氣炎熱、土壤流失等原因有部分的植物出現(xiàn)枯萎甚至死亡的現(xiàn)象,但外觀基本保持全覆蓋和色澤青綠的景象。另外,混凝土塊體孔隙內(nèi)(水環(huán)境)的pH=7.5～8.5,適合植物生長環(huán)境,可見配合比設(shè)計是合理的。植物施播一個月后,兩種介質(zhì)中的高羊茅比狗牙根的存活率大、植株高度高。在植物生長的早期,高羊茅整體看來郁郁蔥蔥,狗牙根顯得比較松散。所以高羊茅是早期更好的草種選擇,但是狗牙根的突出特點是生長低矮,耐干旱、耐貧瘠土壤,耐踐踏性好,固土能力強,在后期表現(xiàn)突出,所以在今后的試驗或?qū)嶓w工程中采用混播的形式效果會更加明顯。2.2兩種介質(zhì)中植物的生長特性由于兩種介質(zhì)中的高羊茅長勢優(yōu)良,所以選擇高羊茅進行比較分析,高羊茅植株高度隨時間變化曲線如圖1所示。由圖可知兩種介質(zhì)中的高羊茅長勢均佳,一個月后普通土壤中高羊茅的植株高度有30cm,莖長10cm,在植物相容型混凝土中植株高度有17cm,莖長4cm,且有一定的拔出力,混凝土的厚度5cm～6cm,此時根已經(jīng)滲入到混凝土中間部分了,在實驗結(jié)束的兩個月后切開混凝土塊體發(fā)現(xiàn)在滿足植物生長向水性和向肥性的同時根須伸入到墊層。2.3通過生態(tài)混凝土的力學(xué)分析試驗中共做了六組150mm×150mm×150mm的標準試件,對生態(tài)混凝土28天的抗壓強度、pH值、空隙率等方面進行了測定。2.3.1泥、肥、土用量標準狀況下生態(tài)混凝土養(yǎng)護28天后,在高低溫自動拉壓試驗機上測試其抗壓強度。實驗結(jié)果如圖2所示,水泥用量是影響生態(tài)混凝土強度的主要因素,單位體積用量越多則強度越高。此外有機肥料、耕植土的用量對其強度也略有影響。一般抗壓強度越高,其耐沖刷能力也越強,越不容易流失。把試件放水中浸泡24h后不但不會松散而且仍有0.20～0.45MPa的抗壓強度,而普通土壤數(shù)小時后便會在水中完全松散、分離。2.3.2實驗結(jié)果與分析按規(guī)范測試生態(tài)混凝土酸堿性可知,水泥用量越多,其堿性也越強,實驗結(jié)果如圖3所示。降低水泥用量或者加粉煤灰中和其堿性均可降低生態(tài)混凝土的堿性,使它更利于植物的生長。有關(guān)測定表明,摻加了SR-3添加劑,齡期為7d的生態(tài)混凝土的值維持在10左右。2.3.3生長良好孔隙用排水法測試其空隙率,生態(tài)混凝土空隙率大約為38%,滿足植物生長良好空隙方面的要求?；炷恋目障堵试黾?混凝土的強度也會下降,所以使用范圍受到