肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土制備研究

羅召弟，任貴，王興華，劉永濤 （凱里學院建筑工程學院，貴州 凱里 556011）

伴隨我國城鄉經濟建設的快速發展、新農村建設工作實施步伐加快，城鄉大量的房屋建筑被拆遷，大量的建筑垃圾也隨之產生，磚塊、瓦礫占了很大一部分。常用的建筑垃圾處理方法占地面積大，有二次污染。有必要對碎磚瓦廢棄物的減量化、資源化和無害化處理，實現資源化再利用[1]。

多孔植生混凝土邊坡防護技術是一種既能保護邊坡穩定又能保護生態環境的生態護坡技術，但是由于其結構的特殊性，植物生長后追肥困難、肥效利用率低等問題，常導致植物營養不足而枯萎死亡，不僅影響美觀，還導致多孔混凝土風化脫落，無法達到穩定邊坡及綠化美化的效果[2]。通過在水泥基中添加植物生長所需的養分，讓其緩慢釋放，滿足植物生長養分需求。

通過研究制備肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土，不僅能夠滿足邊坡防護要求，而且還可以滿足植物生長要求、實現廢棄磚資源化再生利用，減少建筑固體垃圾。

1 原材料物理性能

根據《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685-2011）標準進行對原材料的集配、表觀密度、搗實密度、空隙率等進行測定。

1.1 集配

配制混凝土再生磚骨料使用學校廢棄的磚塊，人工粉碎后選取粒徑為16mm～19mm的磚塊自然風干備用，砂石骨料選用單集配粒徑為16mm～19mm。

1.2 表觀密度

根據（GB/T 14685-2011）中液體比重天平法對碎石粗骨料的表觀密度進行試驗，根據公式（1）進行計算，取兩次試驗結果的平均值，碎石粗骨料的表觀密度見表1。

式中：ρ0—表觀密度（Kg/m3）；

m0—碎石干燥時質量（g）；

m1—掛籃在水在中質量（g）；

m2—式樣、掛籃在水中的質量（g）。

ρ水—水密度

1.3 搗實密度

緊密堆積密度根據（GB/T 14685-2011）進行測試，試驗三次裝入20L的容量筒，在筒底放入φ16mm的圓鋼，每次裝入后左右顛擊地面各25次，采用公式（2）計算其緊密堆積密度，其值詳見表1。

式中：ρ1—緊密堆積密度，kg/m2；

G1—容量筒及式樣的質量，g；

G2—容量筒質量，g；

V—容量筒容積，L。

1.4 空隙率

碎石粗集料的空隙率根據公式（3）計算，計算結果見表1。

圖1 搗實密度試驗

式中：V0—空隙率，% ；

ρ0—表觀密度（kg/m3）；

ρ1—緊密堆積密度，kg/m3；

1.5 含水率測試

骨料的含水率按照GB/T 14685-2011來測定，含水率的計算按式（4）計算，取兩次試驗結果的平均值，含水率詳見表1。

m1—烘干前試樣與容器總質量，g；

m2—烘干后試樣與容器總質量，g；

m3容器質量，g。

2 試件制備

2.1 配合比設計計算

①單位體積多孔植生混凝土的骨料用量

碎石骨料用量按式（5）計算[3]：

式中：WG—單位體積多孔植生混凝土的骨料用量，kg/m3；

ρ1—緊密堆積密度，kg/m3；

碎石粗集料物理指標 表1

α—折減系數，碎石取0.98。

②膠凝材料水泥用量

膠凝材料用量采用公式（6）進行計算確定。

式中：WJ—單位體積多孔混凝土膠結漿體用量，kg/m3；

RVOD—目標空隙率；

ρJ—膠結材料密度。

③單位用水量及水泥用量

根據確定的水灰比W/C，根據公式（6）計算確定的膠凝材料用量，并可確定單位用水量及水泥用量。

式中：WC—單位體積水泥用量，kg/m3；

WW—單位拌和用水量，kg/m3。

根據碎石粗集料的物理性能指標及公式（5）～（8）進行多孔植生混凝土的配合比設計計算，擬定目標空隙率32%，水灰比0.32，對照組水灰比0.35。

2.2 肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土的制備

為了解決現有生態多孔植生后期追加施肥難、肥料利用率低等問題，根據文獻[2]尿素對水泥凝結時間、抗壓強度、孔徑分布的影響綜合性考慮，結合再生磚骨料吸水性、含水性等問題，利用含量2%尿素對廢棄磚進行飽和浸泡，制備廢棄磚作為再生骨料體積代替率分別為0%、30%、50%肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土，配合比詳見表3。

混凝土的攪拌采用包裹法進行，首先將全部骨料和一半的水攪拌30s，然后再加入一半的水泥攪拌60s，最后將剩下的一半水和水泥加入攪拌90s。

多孔植生混凝土的成型方法與普通混凝土的成型方法不同，基于膠凝材料流動度及振動臺難以控制等因素，本次制備的混凝土采用人工振搗成型的方法進行振搗成型。采用試件尺寸為100mm×100mm×100mm，將材料分三次倒入試模，每層用搗棒由邊向中心進行振搗數次。試件一天后脫模放入濕度為95%，溫度為20℃的養護箱中進行養護。

3 肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土抗壓強度試驗

多孔植生混凝土配合比設計計算表 表2

肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土配合比 表3

圖2 肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土制備成型

3.1 試驗結果

參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2011）測試試塊強度。從圖2可以看出，試塊表面不平整，根據文獻[3]，采用水泥對試塊表面進行抹平，混凝土的抗壓試驗結果見表4所示。

3.2 試驗結果分析

①再生磚骨料含量對強度的影響

圖3 不同廢棄再生磚骨料含量抗壓強度

從圖3抗壓看出，隨著廢棄再生磚骨料代替率增加，混凝土的強度降低，磚代替率達到30%時，混凝土強度降幅達到35.7%；當廢棄再生磚骨料代替率達到50%時，混凝土強度降幅達到54.9%；廢棄再生磚骨料代替率從30%增加到50%，強度降幅為29.9%。說明廢棄再生磚骨料代替率的增加對混凝土強度影響在降低，最終混凝土的強度取決于廢棄再生磚骨料的強度。

②水灰比對強度的影響

水灰比為0.33時，混凝土的強度值為11.56MPa，水灰比為0.35時，混凝土強度值為7.27MPa，降幅為37.1%，說明水灰比對混凝土強度的影響較大。

③尿素添加方式對混凝土強度的影響

通過2%的尿素加入水中浸泡廢棄再生磚骨料代替率為30%時，混凝土的強度為7.43MPa，直接將2%尿素加入拌和水中的混凝土強度為6.52MPa，兩者相差12.2%。通過其他文獻分析，尿素對水泥的凝結時間、強度均有一定的影響，直接將尿素加入混凝土拌合水中，導致混凝土的強度降低。但是將尿素溶解于水后，浸泡廢棄再生磚，不僅有利于磚充分吸收尿素養分，達到緩釋效果，對混凝土的強度降低影響較小。

4 結語

肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土不僅具有多孔生態植生混凝土的優點，還能有效避免多孔生態植生混凝土對植物后期追肥困難、肥效利用率低的特點，有利于建筑固體廢棄物的再生利用，有效減少建筑固體廢棄物對自然環境的污染。

通過對肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土制備及強度試驗，廢棄再生磚對碎石粗集料的代替率越大，混凝土的強度降低得也越大。水灰比的大小對混凝土強度的影響也很顯著，而且養分的添加方式對混凝土的強度影響也較大。對肥效緩釋型的廢棄再生磚混凝土，建議肥效追加方式為浸泡骨料，能夠有效達到肥效緩釋，而其對混凝土的強度影響較小。