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(xué)院建筑工程學(xué)院，貴州 凱里 556011）

伴隨我國(guó)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)工作實(shí)施步伐加快，城鄉(xiāng)大量的房屋建筑被拆遷，大量的建筑垃圾也隨之產(chǎn)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(duì)碎磚瓦廢棄物的減量化、資源化和無(wú)害化處理，實(shí)現(xiàn)資源化再利用[1]。

多孔植生混凝土邊坡防護(hù)技術(shù)是一種既能保護(hù)邊坡穩(wěn)定又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，但是由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，植物生長(zhǎng)后追肥困難、肥效利用率低等問(wèn)題，常導(dǎo)致植物營(yíng)養(yǎng)不足而枯萎死亡，不僅影響美觀，還導(dǎo)致多孔混凝土風(fēng)化脫落，無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定邊坡及綠化美化的效果[2]。通過(guò)在水泥基中添加植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，讓其緩慢釋放，滿足植物生長(zhǎng)養(yǎng)分需求。

通過(guò)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(hù)要求，而且還可以滿足植物生長(zhǎng)要求、實(shí)現(xiàn)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(jù)《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685-2011）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)原材料的集配、表觀密度、搗實(shí)密度、空隙率等進(jìn)行測(cè)定。

1.1 集配

配制混凝土再生磚骨料使用學(xué)校廢棄的磚塊，人工粉碎后選取粒徑為16mm～19mm的磚塊自然風(fēng)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(jù)（GB/T 14685-2011）中液體比重天平法對(duì)碎石粗骨料的表觀密度進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算，取兩次試驗(yàn)結(jié)果的平均值，碎石粗骨料的表觀密度見(jiàn)表1。

式中：ρ0—表觀密度（Kg/m3）；

m0—碎石干燥時(shí)質(zhì)量（g）；

m1—掛籃在水在中質(zhì)量（g）；

m2—式樣、掛籃在水中的質(zhì)量（g）。

ρ水—水密度

1.3 搗實(shí)密度

緊密堆積密度根據(jù)（GB/T 14685-2011）進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)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(jì)算其緊密堆積密度，其值詳見(jiàn)表1。

式中：ρ1—緊密堆積密度，kg/m2；

G1—容量筒及式樣的質(zhì)量，g；

G2—容量筒質(zhì)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(jù)公式（3）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 搗實(shí)密度試驗(yàn)

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(cè)試

骨料的含水率按照GB/T 14685-2011來(lái)測(cè)定，含水率的計(jì)算按式（4）計(jì)算，取兩次試驗(yàn)結(jié)果的平均值，含水率詳見(jiàn)表1。

m1—烘干前試樣與容器總質(zhì)量，g；

m2—烘干后試樣與容器總質(zhì)量，g；

m3容器質(zhì)量，g。

2 試件制備

2.1 配合比設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)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(biāo) 表1

α—折減系數(shù)，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(jìn)行計(jì)算確定。

式中：WJ—單位體積多孔混凝土膠結(jié)漿體用量，kg/m3；

RVOD—目標(biāo)空隙率；

ρJ—膠結(jié)材料密度。

③單位用水量及水泥用量

根據(jù)確定的水灰比W/C，根據(jù)公式（6）計(jì)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(jù)碎石粗集料的物理性能指標(biāo)及公式（5）～（8）進(jìn)行多孔植生混凝土的配合比設(shè)計(jì)計(jì)算，擬定目標(biāo)空隙率32%，水灰比0.32，對(duì)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(xiàn)有生態(tài)多孔植生后期追加施肥難、肥料利用率低等問(wèn)題，根據(jù)文獻(xiàn)[2]尿素對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、孔徑分布的影響綜合性考慮，結(jié)合再生磚骨料吸水性、含水性等問(wèn)題，利用含量2%尿素對(duì)廢棄磚進(jìn)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(jiàn)表3。

混凝土的攪拌采用包裹法進(jìn)行，首先將全部骨料和一半的水?dāng)嚢?0s，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(dòng)度及振動(dòng)臺(tái)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(jìn)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(jìn)行振搗數(shù)次。試件一天后脫模放入濕度為95%，溫度為20℃的養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3 肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

多孔植生混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)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(yàn)結(jié)果

參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2011）測(cè)試試塊強(qiáng)度。從圖2可以看出，試塊表面不平整，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，采用水泥對(duì)試塊表面進(jìn)行抹平，混凝土的抗壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

①再生磚骨料含量對(duì)強(qiáng)度的影響

圖3 不同廢棄再生磚骨料含量抗壓強(qiáng)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(qiáng)度降低，磚代替率達(dá)到30%時(shí)，混凝土強(qiáng)度降幅達(dá)到35.7%；當(dāng)廢棄再生磚骨料代替率達(dá)到50%時(shí)，混凝土強(qiáng)度降幅達(dá)到54.9%；廢棄再生磚骨料代替率從30%增加到50%，強(qiáng)度降幅為29.9%。說(shuō)明廢棄再生磚骨料代替率的增加對(duì)混凝土強(qiáng)度影響在降低，最終混凝土的強(qiáng)度取決于廢棄再生磚骨料的強(qiáng)度。

②水灰比對(duì)強(qiáng)度的影響

水灰比為0.33時(shí)，混凝土的強(qiáng)度值為11.56MPa，水灰比為0.35時(shí)，混凝土強(qiáng)度值為7.27MPa，降幅為37.1%，說(shuō)明水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響較大。

③尿素添加方式對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

通過(guò)2%的尿素加入水中浸泡廢棄再生磚骨料代替率為30%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度為7.43MPa，直接將2%尿素加入拌和水中的混凝土強(qiáng)度為6.52MPa，兩者相差12.2%。通過(guò)其他文獻(xiàn)分析，尿素對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度均有一定的影響，直接將尿素加入混凝土拌合水中，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)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(yǎng)分，達(dá)到緩釋效果，對(duì)混凝土的強(qiáng)度降低影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土不僅具有多孔生態(tài)植生混凝土的優(yōu)點(diǎn)，還能有效避免多孔生態(tài)植生混凝土對(duì)植物后期追肥困難、肥效利用率低的特點(diǎn)，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(duì)自然環(huán)境的污染。

通過(guò)對(duì)肥效緩釋型多孔植生再生磚混凝土制備及強(qiáng)度試驗(yàn)，廢棄再生磚對(duì)碎石粗集料的代替率越大，混凝土的強(qiáng)度降低得也越大。水灰比的大小對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響也很顯著，而且養(yǎng)分的添加方式對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響也較大。對(duì)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(dá)到肥效緩釋，而其對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響較小。