本發(fā)明屬于植生混凝土領(lǐng)域，涉及一種磷石膏基透氣保水輕質(zhì)混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、在現(xiàn)代城市化和交通網(wǎng)絡(luò)密集化的背景下，高密度城市建成區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的完整性遭到破壞，呈現(xiàn)出破碎化狀態(tài)，這導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)加劇、碳匯能力衰減及生物多樣性銳減。高架橋、城市道路、公路作為線性空間載體，具備構(gòu)建連續(xù)性生態(tài)廊道的潛力。道路綠化不僅可以緩解熱島效應(yīng)，改善空氣質(zhì)量，有效降低橋體周圍的空氣污染及噪聲污染，還能夠增加綠化覆蓋率，提升城市的美觀度和舒適度。因此，積極發(fā)展城市高架橋綠化對(duì)于緩解城市空間壓力、改善城市生態(tài)環(huán)境和提升城市景觀品質(zhì)至關(guān)重要。

3、現(xiàn)有城市道路綠化形式主要包括外掛式（將種植槽置于防撞墻外側(cè)）、頂置式（將種植槽置于防撞墻上）和內(nèi)置式（在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留種植槽）三種。外掛式和頂置式通常采用造價(jià)低的pvc（聚氯乙烯）塑料材質(zhì)種植箱，但在使用中，由于常年的風(fēng)吹雨打及光照，存在易老化、安全性差、實(shí)用性差、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)高、土壤根系不透氣、植物存活率低、保肥能力不足等問題，嚴(yán)重降低綠化效果。內(nèi)置式可減少種植槽損壞和安全隱患，但需要前期設(shè)計(jì)，且土壤易板結(jié)、不透氣，植物生長(zhǎng)不良，并在一定程度上增加橋梁工程的綜合造價(jià)。而傳統(tǒng)的植生混凝土又存在自重大、吸水率低、保水性差，肥效緩釋性能差、內(nèi)部堿度過(guò)高、材料碳排放高等問題，限制了其在高架橋綠化的應(yīng)用。因此，亟需開發(fā)一種輕量化、保水、透氣、低堿度兼具肥效長(zhǎng)效緩釋功能的綠色植生混凝土，用于城市道路綠化，提升生態(tài)效益、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效運(yùn)維、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化植物生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)而有助于實(shí)現(xiàn)城市交通與生態(tài)可持續(xù)性間的平衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種磷石膏基透氣保水輕質(zhì)混凝土及其制備方法。本發(fā)明利用硫鋁鐵系膠凝膠凝材料多數(shù)呈現(xiàn)開孔孔隙的特點(diǎn)，通過(guò)磷石膏基熟料、磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料、磷石膏的三級(jí)配合，以鈣礬石為基礎(chǔ)骨架，在基質(zhì)內(nèi)部構(gòu)建了三維開孔孔隙網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品保水-透氣-滲水的三效協(xié)同可控，完成了輕量化、保水、透氣、肥效長(zhǎng)效緩釋于一體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可大幅降低后期維護(hù)成本。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種磷石膏基透氣保水輕質(zhì)混凝土，由如下重量份的原料組成：磷石膏基硫鋁鐵系膠凝熟料42-52份、原狀磷石膏26-35份、輔助膠凝材料4-8份、磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料13-20份、功能外加劑0.34-0.81份、短切纖維0.25-0.65份、水30-40份和物理發(fā)泡泡沫0.03-0.06份。

4、所述磷石膏基硫鋁鐵系膠凝熟料由干燥磷石膏和鈣硅鋁鐵質(zhì)原料的混合物，在1150-1250?℃下燒制30-45分鐘并空氣中急冷制成。

5、本發(fā)明通過(guò)磷石膏的多級(jí)利用，最終將二水石膏靶向合成了鈣礬石，鈣礬石的搭接交錯(cuò)構(gòu)成了材料的微觀骨架網(wǎng)絡(luò)，也是材料強(qiáng)度發(fā)展的主要來(lái)源。

6、鈣礬石的延伸生長(zhǎng)使得孔壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量的微通道，這為材料的透氣性提供了前提。同時(shí)本發(fā)明通過(guò)調(diào)控新鮮漿體的表面張力，可以在孔壁上構(gòu)成連通，進(jìn)一步增大了透氣性。最終形成了分級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)，“大孔（100-400?μm）儲(chǔ)水-微孔（0.1-20?μm）保水-凝膠孔（≤0.05?μm）吸附水”的孔徑梯度模式。開放的大孔孔隙網(wǎng)絡(luò)通過(guò)表面張力束縛液態(tài)水，微孔通過(guò)毛細(xì)管力驅(qū)動(dòng)液體滲透，凝膠孔可以對(duì)水進(jìn)一步吸附固定；同時(shí)，部分封閉孔隙形成初級(jí)儲(chǔ)水，延緩水分流失；輕骨料殼層結(jié)構(gòu)、外部微孔和內(nèi)部膨脹珍珠巖通孔，實(shí)現(xiàn)水分滲入、吸附和儲(chǔ)存，形成次級(jí)儲(chǔ)水。泡沫基材三維孔隙網(wǎng)絡(luò)中，可調(diào)控通孔孔隙，使其占比超過(guò)70%，從而形成氣體擴(kuò)散通道，實(shí)現(xiàn)有效透氣。

7、本發(fā)明具有肥料緩釋性能，一方面磷石膏多層級(jí)和大規(guī)模的使用，使得磷石膏中的磷處于不同的微結(jié)構(gòu)中，可以緩慢并源源不斷地提供磷元素。另一方面本發(fā)明利用膨脹珍珠巖的高吸水性，很好地吸附了尿素，然后通過(guò)磷石膏基硫鋁鐵系膠凝材料的包覆，形成一層核殼結(jié)構(gòu)，使尿素不容易被擴(kuò)散出來(lái)，這也起到了很好的緩釋效果。

8、在一些實(shí)施方式中，所述干燥磷石膏和鈣硅鋁鐵質(zhì)原料的質(zhì)量比為（24-35）：（65-76）。

9、在一些實(shí)施方式中，所述磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料由如下重量份的原料組成：磷石膏基硫鋁鐵系膠凝熟料35-45份，磷石膏40-50份，輔助膠凝材料5-15份，膨脹珍珠巖5-8份，尿素1-1.6份，水25-36份。

10、在一些實(shí)施方式中，所述輔助膠凝材料選自硅灰、石灰石尾礦粉、高爐礦渣粉、粉煤灰中至少一種。

11、在一些實(shí)施方式中，所述功能外加劑由如下重量份的原料組成：減水劑0.2-0.4份，孔隙調(diào)控劑0.12-0.36份，緩凝劑0.02-0.05份。

12、在一些實(shí)施方式中，所述磷石膏基透氣保水輕質(zhì)混凝土的密度為650-750?kg/m3，抗壓強(qiáng)度為3.5-5?mpa，質(zhì)量吸水率為25%-35%，ph值為7.5-9.0，孔隙率為50%-60%。

13、本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種磷石膏基透氣保水輕質(zhì)混凝土的制備方法，包括：

14、取磷石膏基硫鋁鐵系膠凝熟料、磷石膏和輔助膠凝材料混合均勻，制成混合料；

15、將尿素溶液與膨脹珍珠巖混合均勻，充分吸收尿素溶液，得到預(yù)處理膨脹珍珠巖；

16、取所述預(yù)處理膨脹珍珠巖造粒，噴灑所述混合料，并噴灑水，得到磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料；

17、取磷石膏、短切纖維、減水劑和水混合均勻，得到第一漿料；

18、取磷石膏基硫鋁鐵系膠凝熟料、輔助膠凝材料、孔隙調(diào)控劑、緩凝劑，混合均勻并倒入所述第一漿料中，混合均勻，得到第二漿料；

19、取所述磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料加入到所述第二漿料中，混合均勻，得到第三漿料；

20、將物理發(fā)泡泡沫加入到所述第三漿料中，混合均勻，澆筑成型，靜置，脫模，即得。

21、在一些實(shí)施方式中，所述尿素溶液的質(zhì)量分散為10%-16%。

22、在一些實(shí)施方式中，物理發(fā)泡泡沫制備過(guò)程中，物理發(fā)泡劑與水的質(zhì)量比為1：（25-40）。

23、本發(fā)明的有益效果

24、本發(fā)明制備了一種輕量化、透氣、保水、低堿度兼具肥效長(zhǎng)效緩釋功能的綠色植生混凝土，具有長(zhǎng)壽命，高耐候性，低碳足跡等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提升了植物存活率和相容性，大幅降低后期維護(hù)成本。具體優(yōu)勢(shì)如下：

25、（1）本發(fā)明開創(chuàng)了磷石膏多級(jí)利用新模式：第1級(jí)，制備了低堿度低碳磷石膏基熟料，磷石膏提供硫鋁鐵系熟料燒成所必需的硫、鈣元素，并降低膠凝體系的堿度；第2級(jí)，制備了磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料，通過(guò)磷石膏與硫鋁鐵系熟料的協(xié)同水化，形成輕骨料的核殼結(jié)構(gòu)并提高水化強(qiáng)度。此外，內(nèi)部的膨脹珍珠巖和尿素水化所形成的凝膠孔和微孔結(jié)構(gòu)有效延緩尿素釋放速率，達(dá)成肥效緩釋的目的；第3級(jí)，在制備植生混凝土過(guò)程中進(jìn)一步納入磷石膏，為熟料中硫鋁酸鈣的水化提供充分的硫酸鈣，以促進(jìn)水化進(jìn)程和形成一定強(qiáng)度的三維開孔孔隙網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)磷石膏的多級(jí)應(yīng)用，本發(fā)明中磷石膏綜合利用率甚至超過(guò)60%，同時(shí)最大限度地保證了產(chǎn)品優(yōu)異的物化性能。在整個(gè)體系中，做到了充分利用磷石膏中磷元素和酸性特質(zhì)，強(qiáng)化產(chǎn)品的肥料緩釋特點(diǎn)，改善植物存活率和相容性。

26、（2）與傳統(tǒng)的硅酸鹽類泡沫混凝土孔壁多為閉孔孔隙結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明利用硫鋁鐵系膠凝膠凝材料多數(shù)呈現(xiàn)開孔孔隙的特點(diǎn)，通過(guò)磷石膏基熟料、磷石膏基肥料負(fù)載輕骨料、磷石膏的三級(jí)配合，以鈣礬石為基礎(chǔ)骨架，在基質(zhì)內(nèi)部構(gòu)建了三維開孔孔隙網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品保水-透氣-滲水的三效協(xié)同可控，完成了輕量化、保水、透氣、肥效長(zhǎng)效緩釋于一體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可大幅降低后期維護(hù)成本；

27、（3）本發(fā)明使用低碳原料和低碳工藝（濕法混合工藝、整模澆筑工藝），具有長(zhǎng)壽命、耐久性好、產(chǎn)品全生命周期碳足跡大幅降低等優(yōu)點(diǎn)。

28、本發(fā)明的整個(gè)工藝過(guò)程聚焦提高輕質(zhì)混凝土中植物相容性和存活率，從堿度控制、孔隙調(diào)控、肥效長(zhǎng)效緩釋等角度極大提高了植生混凝土的實(shí)用性。同時(shí)兼顧了磷石膏的大比例使用和制備工藝的低碳化。最終實(shí)現(xiàn)了集輕量化、保水、透氣、低堿度、肥效長(zhǎng)效緩釋于一體的綠色植生混凝土的開發(fā)。