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）

伴隨我國城鄉(xiāng)經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)工作實施步伐加快，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。有必要對碎磚瓦廢棄物的減量化、資源化和無害化處理，實現(xiàn)資源化再利用[1]。

多孔植生混凝土邊坡防護技術(shù)是一種既能保護邊坡穩(wěn)定又能保護生態(tài)環(huán)境的生態(tài)護坡技術(shù)，但是由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，植物生長后追肥困難、肥效利用率低等問題，常導(dǎo)致植物營養(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，無法達到穩(wěn)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(yǎng)分，讓其緩慢釋放，滿足植物生長養(yǎng)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(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(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碎石粗骨料的表觀密度進行試驗，根據(jù)公式（1）進行計算，取兩次試驗結(jié)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(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 搗實密度

緊密堆積密度根據(jù)（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(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）計算，計算結(jié)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(jié)果的平均值，含水率詳見表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(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）進行計算確定。

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）進行多孔植生混凝土的配合比設(shè)計計算，擬定目標(biāo)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(xiàn)有生態(tài)多孔植生后期追加施肥難、肥料利用率低等問題，根據(jù)文獻[2]尿素對水泥凝結(jié)時間、抗壓強度、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?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(shù)次。試件一天后脫模放入濕度為95%，溫度為20℃的養(yǎng)護箱中進行養(yǎng)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(shè)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(jié)果

參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)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(jù)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(jié)果見表4所示。

3.2 試驗結(jié)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(dāng)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(jié)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(dǎo)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(yǎng)分，達到緩釋效果，對混凝土的強度降低影響較小。

4 結(jié)語

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，還能有效避免多孔生態(tài)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(huán)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(yǎng)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。