肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究

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进入21世纪以来,我国的经济建设及社会发展对生态平衡的要求越来越高,已经受到了政府和全社会的高度关注。基础设施建设及城市化进程中对土地的开挖破坏了原有生态平衡的,造成了大量的裸露边坡,导致了严重的水土流失,对国民生命财产及社会发展带来了巨大的危害。此外,建设过程中对原有建筑的拆毁重建还会产生大量的建筑垃圾,造成了严重的环境污染和资源浪费。因此,边坡防护及建筑垃圾的资源化利用是当前面临的两大课题。多孔生态混凝土作为一种环境友好型混凝土,受到了世界范围内的广泛关注。随着相关研究的开展,多孔生态混凝土存在的碱度高、配合比设计及制备工艺不规范等问题都得到了一定的解决。但是,多孔生态混凝土的肥效养分流失较快,影响了植物的生长及绿化效果,限制了该技术的推广及其工程应用。针对多孔生态混凝土养分不足、后期追肥困难、肥效利用率低等问题,本文着重研究了多孔生态混凝土的肥效供给机制,制备了具有肥效缓释效果的胶凝材料,同时,开展了再生骨料制备多孔生态混凝土的研究,并利用再生骨料的多孔特性,进一步提高了肥效的缓释效果。取得的主要结论如下:(1)尿素及磷酸氢二铵均使硫铝酸盐水泥的凝结时间延长,初凝时间分别延长了14min50min及5min168min,终凝时间分别延长了10min53min及3min313min;水化速率及累积放热量均有所下降;净浆流动度随尿素掺量增加逐渐增大,当掺量为0.2wt.%4.0wt.%时,流动度从87.0mm逐渐增大到149.3mm,当磷酸氢二铵掺量低于2.0wt.%时,硫铝酸盐水泥的净浆流动度增大,但随着掺量增加流动度逐渐下降;尿素对硫铝酸盐水泥硬化浆体的抗压强度影响较小,当掺量在1.5wt.%2.0wt.%时,水泥净浆的28d抗压强度可以达到124.0MPa左右,相对于空白试样有2.0%的增长,磷酸氢二铵对抗压强度的影响较为严重,当掺量达到4.0wt.%时,硫铝酸盐水泥1d强度丧失;从水泥水化产物的X射线衍射图谱来看,磷酸氢二铵严重阻碍了硫铝酸盐水泥的水化及AFt的形成;掺加尿素及磷酸氢二铵都可以使硫铝酸盐水泥硬化浆体具备较好的氮元素释放效果,当养护到56天时,氮元素释放率可以达到22.6%95.4%,但是,掺加磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥硬化浆体的磷元素释放特性较差,累积释放率最高也仅为0.03%,所以磷酸氢二铵不适合直接掺加到硫铝酸盐水泥中。(2)再生骨料多孔混凝土的孔隙率及透水系数均比石灰岩骨料制备的多孔混凝土的高,但是抗压强度相对较低。本文中提出了适合再生骨料制备多孔混凝土的水灰比计算方法,通过实验发现最佳水灰比为0.334;当水灰比为0.334、骨胶比为5.0时,制备的再生骨料多孔混凝土总孔隙率为43.3%,连通孔隙率为38.2%,透水系数为2.72cm/s,抗压强度为5.0MPa;当多孔混凝土的总孔隙率在39.0%47.0%、连通孔隙率在37.0%39.0%范围内时,多孔混凝土总孔隙率与连通孔隙率之间以及连通孔隙率与透水系数之间,都表现出了较好的线性相关性,相关性因子分别达到了0.9351及0.9667。(3)通过对三种搅拌方法与三种成型方法的研究,综合考虑再生骨料多孔混凝土抗压强度、孔隙率及透水系数等各项性能指标,确定最佳的制备工艺为两步搅拌法结合捣实成型。制备的多孔生态混凝土总孔隙率为44.1%,连通孔隙率为40.9%,透水系数为2.88m/s,抗压强度为4.2MPa。(4)掺加尿素可以改善再生骨料多孔混凝土的干缩性能,当其掺量为2.0wt.%时,再生骨料多孔混凝土的干缩性能与石灰岩骨料多孔混凝土相当,干缩平衡时干缩率稳定在1.15×10-4左右,磷酸氢二铵的加入使多孔混凝土的干缩性能变差;再生骨料预处理方法为:使用水灰比为1.0的硫铝酸盐水泥浆体浸泡再生骨料,然后风干7天,使用改性后的再生骨料制备多孔混凝土,试样经过20个冻融循环后其质量损失仅有1.69%,抗冻性能得到改善;尿素的掺入可以降低多孔混凝土的pH值,当养护龄期达到28天时,p H值可以降至8.2左右,而磷酸氢二铵的掺入可以使pH值提高0.30.6。(5)掺入尿素及磷酸氢二铵的多孔混凝土均具备肥效释放特性。不论掺加尿素还是磷酸氢二铵,氮元素的缓释效果都比较明显,掺量越高累积释放率越高,当试样养护到28天时,氮元素的累积释放率可以达到16.1%92.0%。但是,掺加磷酸氢二铵的多孔生态混凝土,由于PO43+与水泥中Ca2+、Mg2+等生成了难溶的磷酸盐,有效磷释放率仅有0.01%0.030%,释放效果较差。(6)羟丙基甲基纤维素醚作为有机保水剂可以显著提高种植材料的保水性能及抗冲刷性能,掺量在0.375%时植生效果最佳。使用肥效缓释型多孔混凝土及改性后的种植材料进行生态混凝土植生实验,黑麦草、绿景五号及高羊茅三种草坪植物均可以健康生长,达到生态混凝土的植生性能要求,并且肥效缓释型多孔混凝土中植物的长势明显优于普通多孔生态混凝土中植物。
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