《肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
一．：；：电知班．兴知告摩．Ｖ；：界皆六奇—里若心竊察Ｉ尊豁項－．－－．＞．巧、读苗巧兮：－甚方赛扭＇蕊■■？＇＇心－＾点■－－－：；、．．；、．、．、—、、＂？？？－－、、？．．，４—＼一－ｒ？．＊，一？、、．＊—Ｖ＾＾ＴＱ１７２＾ｍｘｍ：１０４２７Ｖ．密级号：２＾：公巧＇：璋繫游寒暮乾辟挺若黄ｒ賈＇．＾．’＇：■＂．一：‘．．＇巧．＇＇＇式’＇？．．：：＾早＾．Ｃ．該＾巧班；、，：—．項殘把冷若＾＾苦聲受巧，、’、＇＇’＇务直－；，．巧．；為訪与诘敏切；、钱（戈姑味若Ｋ屬晏锭．．－／‘＾嚷茗常气，：繁餐；霧言讀壽攀謂．．、．？＇：，私：興篇烈誤义＾ｙ若濟转拴幾心鴻人．）？養ｍｍ膝或本夺ｍ：ｍ一ｋ？＇？、．－。Ｓ心祥’产：＇：：：三品＇；■：’Ｖ殘．？％破鴻ｉ帮扣；：齡為；古单化伦丈學誦．硕，雜貫＇＂－尸’、Ｖ、玻苗－－＂＇；＇＇：Ｌ、气咕鑽緣扣．．：成－璃－．＇．＇＂４．－－’－，、＇‘？：—二沪：Ｊｒ在＿＇．冉巧专胃肥效缓释型多孔生态混凝±的制备与性能研究胃：Ｉ＇＇＇＇＇＇＇＇’’．穿？＇．八记４；马鑛、於逆Ｖ．＇．、＇．．、＇－、：－女谋一．．：．；备鸣餘：＇嫁與、ｒ譜ｙ．．次．’？—‘—＊－－＇…；＇■ｖ‘去’节、．请一皆－公＾，皆父．女務声苗．、＇ｒ＇＇＇夺■每强續＾＇＂■■？■？．；：．．：．．．＞－Ｖｓ；７．＞＾：／，；：，Ｖ．；冷：：，达廷．訪辦巧語货一．祭；＾文‘＇：．命－薛苗锭巧＇＜；；，：如游片致：ｒ占推声语猫；：義／户Ｉ－－。－＇．－－‘－．＇＇＾、－．＂、＇＇产．，ｖＡ＞尽二一＼．＇ｙ、？ｊ，碟＇．＇．．．＇．：？苦：＾＾研巧生姓名公Ｖ黄庆游巧－苗：声巧非争亮遊公、记．’—叩嚇義乃二：记齐＇口一人如赴‘Ｉ击灿々超苗扭导师姓名芦令节＇＂與ｙ請於磊養苗ｔ：哀心掉工程—緯学科（领域）材料科学与导ｉ．齊而巧＇’％達．＇、．＾‘‘ｖ：：：：，終．ｒ连畔位类＾ｒ旋钱沪道海申请学别工学硕去：爭想说荀灣蠢；別薦－式．Ｖ答时间２０１６年６月１２日游辯；１；赞讓培豪＇＇＇．．户－辞＇人、－．’，，皆游器襟＇、：巧今．．．兴＇＇严－思Ｈ爲？节砂导诗辉’．？；３蹲雞孩；為贫電其觀兴為砖—＾．．一．．：＇－’＇；、’ｒ知一一．，、’．．．．■．、．一？．ｒ文人Ａ？兮一Ｖ＼．．Ｖ，■．Ｖ．一＾ Studyonthepreparationandpropertiesofporouseco-concretewithsustainedreleasepropertyByQingliangHuangUndertheSupervisionofProf.LULingchaoAThesisSubmittedtotheUniversityofJinanInPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofAcademicUniversityofJinanJinan,Shandong,P.R.ChinaJune,2016 原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果，。除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果，均已在。对本文的研究作出重耍贡献的个人和集体文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：余分也日期：关于学位论文使用授权的声明本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可＾文将学位论文的全部或部分内容编入有关数据店进行检索，可采用影印、缩印或其他复制手段保存论义和汇编本学位论文。／曰公开□保密（年，解密后应遵守此规定）＿：＞：：论文作者签名：＞穿师签名日期＾＾＼＾＼｜＾＾＾＾ 济南大学硕士学位论文目录第一章绪论..........................................................................................................................11.1研究背景及意义..........................................................................................................11.2国内外研究现状..........................................................................................................21.2.1生态环境材料及多孔生态混凝土概念的提出................................................21.2.2多孔生态混凝土的研究进展............................................................................31.2.3多孔生态混凝土存在的问题............................................................................51.3主要研究内容..............................................................................................................61.4创新点..........................................................................................................................81.5技术路线......................................................................................................................9第二章原材料与测试方法.....................................................................................................112.1原材料.........................................................................................................................112.1.1硫铝酸盐水泥...................................................................................................112.1.2粗骨料..............................................................................................................122.1.3肥料..................................................................................................................122.1.4减水剂..............................................................................................................132.1.5缓凝剂..............................................................................................................132.1.6保水剂..............................................................................................................132.1.7草种..................................................................................................................132.1.8自然土、草炭土、蛭石..................................................................................132.2测试方法....................................................................................................................142.2.1水化热..............................................................................................................142.2.2水化产物组成..................................................................................................142.2.3水泥硬化浆体孔结构......................................................................................142.2.4氮、磷释放特性..............................................................................................142.2.5水泥净浆流动度..............................................................................................152.2.6水泥凝结时间..................................................................................................152.2.7抗压强度..........................................................................................................15I 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究2.2.8碱度..................................................................................................................162.2.9孔隙率..............................................................................................................162.2.10透水系数........................................................................................................172.2.11耐久性............................................................................................................182.2.12吸水率............................................................................................................182.2.13抗冲刷性能....................................................................................................192.2.14发芽率............................................................................................................19第三章肥料对硫铝酸盐水泥性能的影响............................................................................213.1凝结时间....................................................................................................................213.2净浆流动度................................................................................................................223.3抗压强度....................................................................................................................233.4水化放热速率及累积放热量.....................................................................................233.5水化产物组成............................................................................................................263.6孔径分布及孔隙率....................................................................................................293.7硬化浆体N、P元素释放特性.................................................................................30小结...................................................................................................................................33第四章废旧混凝土骨料制备多孔混凝土的配合比设计及性能研究................................354.1水灰比对多孔生态混凝土性能的影响....................................................................354.1.1水灰比对孔隙率的影响..................................................................................374.1.2水灰比对抗压强度的影响..............................................................................384.1.3水灰比对透水系数的影响..............................................................................384.2骨胶比对多孔生态混凝土性能的影响....................................................................384.2.1骨胶比对孔隙率的影响..................................................................................384.2.2骨胶比对抗压强度的影响..............................................................................404.2.3骨胶比对透水系数的影响..............................................................................404.3孔隙率—抗压强度相关性研究................................................................................414.4孔隙率—连通孔隙率相关性研究............................................................................414.5连通孔隙率—透水系数相关性研究........................................................................42小结...................................................................................................................................42第五章肥效缓释型多孔混凝土制备工艺的研究................................................................45II 济南大学硕士学位论文5.1制备工艺的设计........................................................................................................455.1.1搅拌方法设计..................................................................................................455.1.2成型方法设计..................................................................................................465.2振动时间对多孔混凝土性能的影响........................................................................485.2.1振动时间对孔隙率的影响..............................................................................485.2.2振动时间对抗压强度的影响..........................................................................495.2.3振动时间对透水系数的影响..........................................................................495.3成型压力对多孔混凝土性能的影响........................................................................505.3.1成型压力对孔隙率的影响..............................................................................505.3.2成型压力对抗压强度的影响..........................................................................515.3.3成型压力对透水系数的影响..........................................................................525.4制备工艺多孔混凝土对性能的影响........................................................................53小结...................................................................................................................................54第六章肥效缓释型多孔混凝土的耐久性研究....................................................................576.1多孔混凝土的抗冻性能............................................................................................576.1.1再生骨料的抗冻性能......................................................................................586.1.2改性再生骨料多孔混凝土的抗冻性能..........................................................596.2多孔混凝土的干缩性能............................................................................................616.3肥料对多孔混凝土碱度的影响................................................................................626.4多孔混凝土的肥效释放特性....................................................................................63小结...................................................................................................................................65第七章种植材料的研究与植物实验....................................................................................677.1种植材料的制备........................................................................................................677.1.1种植材料的保水性能......................................................................................687.1.2种植材料的抗冲刷性能..................................................................................697.1.3种植材料的碱度..............................................................................................707.2植生实验与评价........................................................................................................717.2.1室内植生实验..................................................................................................717.2.1.1发芽率....................................................................................................737.2.1.2植物生长状况记录................................................................................74III 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究7.2.1.3种植60天后植株根、茎长度及植株鲜重..........................................747.2.2户外植生实验..................................................................................................75小结...................................................................................................................................77第八章结论与展望................................................................................................................79参考文献..................................................................................................................................83致谢......................................................................................................................................89附录......................................................................................................................................91IV 济南大学硕士学位论文摘要进入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14min~50min及5min~168min，终凝时间分别延长了10min~53min及3min~313min；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V 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究的高，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-4在1.15×10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，pH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0.3~0.6。（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3+2+2+生态混凝土，由于PO4与水泥中Ca、Mg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。关键词：多孔生态混凝土；肥效缓释；再生骨料；耐久性；植生性能VI 济南大学硕士学位论文AbstractSincethe21stcentury,ecologicalequilibriumbecomesmoreandmoreessentialforeconomicconstructionandsocialdevelopment.Andithasreceivingseriousattentionbythegovernmentandthewholesociety.Theexcavationoflandintheprocessofinfrastructureconstructionandurbanizationnotonlydestroytheoriginalecologicalbalance,butalsocausealargenumberofbareslopes,whichleadingtosomeproblemssuchaswaterandsoilloss.Inaddition,intheprocessoftheoriginalbuildingdemolitionandrebuildingwillproducelargeamountsofconstructionwaste,causedseriousenvironmentalpollutionandresourcewaste.So,theslopeprotectionandconstructionwasteresourceutilizationisthetwomajorissues.Porousecologicalconcrete,asakindofenvironment-friendlyconcrete,hasreceivedwidespreadattentionbecauseit’smanyecologicaleffects.Withthedevelopmentoftherelatedresearch,thehighbasicity,nonstandardmixtureratiodesignandpreparationtechnologyhavebeenresolved.However,theapplicationofporousecologicalconcreteislimitedbecausetherapidlylossesandlackofnutrientinporousecologicalconcreterestrictsthegrowthofplantsandtheeffectofgreening.Thisstudyfocusonthefertilizersupplyforporousecologicalconcreteandtosolvetheproblemsaboutlackingofnutrientforplant,topdressingisdifficultandlowutilizationrateoffertilizer.Cementingmaterialwithfertilizerslow-releaseeffectwasmadeandrecycledaggregatewithporouscharacteristicswasusedtoprepareporousecologicalconcretewithfertilizerslow-releaseeffect.Themainconclusionsasfollowing:（1）Bothureaandammoniumhydrogenphosphatewereextendthesettingtimeofsulphoaluminatecement.Theinitialsettingtimeswereextendedabout14minto50minand5minto168min,thefinalsettingextendabout10minto53minand3minto313min,respectively.Thehydrationrate,cumulativeheatreleaseandearlycompressivestrengthofsulphoaluminatecementweredecreased.Thefluidityofcementpastecouldextendfrom87.0mmto149.3mmwhenthecontentofureawas0.2wt.%to4.0wt.%.Low-dosageofammoniumhydrogenphosphatecouldextendthefluidityofcementpasteandthemorecontentofammoniumhydrogenphosphatethesmallfluidityofcementpastewill.Ureamadelimitedeffectonthecompressivestrengthofhardenedcementpaste.WhenthecontentofVII 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究ureawasfrom1.5wt.%to2.0wt.%,thecompressivestrengthcouldupto124.0MPa,about2.0%growth.Ammoniumhydrogenphosphatemadeseriouslyimpactonthecompressivestrengthofhardenedcementpaste.Whencontentwas4.0wt.%,thecompressivestrengthwaslost.ThisisattributedtothatammoniumhydrogenphosphatehinderedthehydrationofcementandtheformationofAFt.Thepresenceofureaandammoniumhydrogenphosphatecouldmakecementhardenedpastewithnitrogenreleaseeffectandnitrogenreleaseratecanreach22.6%to95.4%.However,thephosphoruscumulativereleaserateofthecementhardenedpastewithammoniumhydrogenphosphateisverylow,whichisonlyabout0.03%.So,ammoniumhydrogenphosphateisnotsuitableaddedtothecement.（2）Theporosityandpermeablecoefficientofporousconcretewithrecycledaggregatearehigherthantheporousconcretewithlimestoneaggregateandthecompressivestrengthislower.Thesuitablewater-cementratioforrecycledaggregatetoprepareporousconcreteis0.334,whichverifyingthatthewater-cementratiocalculationmethodfordifferenttypeaggregateputforwardinthisarticleisfeasible.Theporousconcretewithewater-cementratioof0.334andaggregate-cementratioof5.0,thetotalporosity,connectedporosity,permeablecoefficientandcompressivestrengthofporousconcreteis43.3%,38.2%,2.72cm/sand5.0MPa,respectively,whichisreachthedemandoftheplantgrowth.Totalporosityintherangeof39.0%to47.0%andconnectedporosityintherangeof37.0%to39.0%,therelationshipbetweentotalporosityandconnectedporosityandtherelationshipbetweenconnectedporosityandpermeablecoefficientarelinearandthecorrelationcoefficientis0.9351and0.9667,respectively.（3）Throughthreedifferentmixingprocessescombinedwiththreedifferentmoldingprocessesandsynthesizesthecompressivestrength,porosityandpermeablecoefficientofrecycledaggregateporousconcrete,foundthattwostepmixingprocesscombinedwithcompactedmoldingthemostsuitablepreparationprocessforrecycledaggregatetoprepareporousconcrete.Underthispreparationprocess,thetotalporosity,connectedporosity,permeablecoefficientandcompressivestrengthis44.1%,40.9%,2.88m/sand4.2MPa,respectively.（4）Thepresenceofureacanimprovethedryshrinkagepropertyoftheporousconcretewithrecycledaggregate.Whenthedosageofureais2.0wt.%,thedryingshrinkagerateisVIII 济南大学硕士学位论文-4about1.15×10,whichissimilarwithporousconcretewithlimestoneaggregate.Theadditionofammoniummonohydricphosphatemakesthedryshrinkagepropertybecomepoor.Recycledaggregatesmodifiedbysulphoaluminatecementpastewiththewater-cementratioof1.0.Afterdryinginairfor7daysandthenpreparingforporousconcrete.After20freeze-thawcycle,themasslossofporousconcreteis1.69%andantifreezeperformanceisimproved.Whencuringagesto28days,thepHvalueofporousconcretewithureaisabout8.2,whichislowerthanreferencesample.AndthepHvaluesofporousconcretewithammoniummonohydricphosphatewerehigherthanreferencesample.（5）Thepresenceofureaandammoniumhydrogenphosphatecouldmakeporousconcretewithnitrogenreleaseeffect.Thenitrogenreleaseeffectisobviousandthehigherureaandammoniumhydrogenphosphatecontentthehighernitrogencumulativereleaserate,whichisintherangeabout16.1%to92.0%.However,thephosphorusreleaseeffectispoorandthereleaserateisonlyabout0.01%to0.030%.（6）Hydroxypropylmethylcelluloseethercanimprovethewaterretentionandwashingresistanceperformanceofplantingmaterialandtheoptimumadditivecontentis0.375%.Ryegrass,greenscene5andfestucaarundinaceacanwellgrowinporousecologicalconcretewithslow-releasefertilizereffect.KeyWords:porousecologicalconcrete;slow-releasefertilizereffect;Recycledaggregates;Durability;PlantcapacityIX 济南大学硕士学位论文第一章绪论1.1研究背景及意义建筑业作基础设施建设中的支柱产业，为经济发展、社会进步做出了巨大的贡献。建设工程中原材料的使用量巨大，无疑带来了巨大的能源、资源消耗。其中，混凝土的使用带来的资源消耗量尤为巨大。社会主义生态文明建设以来，实现建筑业与生态平衡的协调，实现混凝土的绿色化、生态化、环境友好化，是实现建筑行业可持续发展亟待[1]解决的问题。基础设施建设发展的同时，不可避免的要对原有地貌进行清理及挖掘，在此过程中[2]必然要毁坏原有的植被，破坏原有的生态平衡，如果后期不采取及时合理的防护措施，生态平衡破坏极易导致相应的自然灾害，如水土流失、泥石流、山体滑坡等，不仅破坏[3]了环境，还对建筑工程造成安全隐患，造成了经济损失，危害了人民生命财产。此外，基础设施建设与完善同时，也伴随着对大量原有老旧基础设施的拆除与重建，在此过程[4]中就会产生大量的建筑垃圾，对环境也产生了严重的破坏。据统计，我国每年建筑垃[5,6]圾产量约为4000万吨，约占每年城市垃圾总量的30%~40%。这些建筑垃圾主要来[7]源于建筑施工、旧房屋拆建及自然灾害等。目前，大部分的建筑垃圾及废料还得不到合理的资源化回收及利用，不仅造成了严重的环境污染及生态破坏，还带来了巨大的资源浪费。针对建设过程中造成的边坡地貌破坏及建筑垃圾资源浪费等问题，以及社会可持续发展对混凝土绿色化迫切需要，边坡防护及建筑垃圾合理利用成为当今社会的迫切任务。[2]目前存在的主动边坡保护技术主要有生态防护和工程防护。其中生态防护致力于生态平衡的维护，主要是靠植物的根系对土壤的纤维增强作用以达到加固土的目的。然而，对于较为恶劣的环境，植物根系与土壤间的附着力较小，无法使土壤增强并达到长[8]期稳固边坡的目的，此外，生态护坡存在湿胀剥落、植被退化等现象。而工程防护的类型比较多，目前存在的主要有混凝土浇筑、混凝土框格绿化、多孔生态混凝土护坡等方法，这些方法都存在其优缺点：浇筑混凝土以护坡的强度和耐久性为宗旨，但混凝土[9,10]浇筑隔离了坡面和外界的物质及能量的交换，严重破坏了坡面原有的自然生态环境；使用混凝土格构植草护坡技术后，坡面可以达到一定的生态景观效应，混凝土框格也起1 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究到了一定的支撑及阻挡作用，但是格构内土壤的抗冲刷能力依然较差，植物覆盖率也比[11,12]较低；多孔生态混凝土护坡利用多孔结构进行植生，既可以长期稳定坡面，又能绿化坡面，改善生态环境。但是，多孔生态混凝土防护技术中由于多孔混凝土结构的特殊性，植物生长后追肥困难、肥效利用率低等问题，常导致植物营养不足而枯萎死亡，甚至草坪退化，不仅影响了美观，还导致多孔混凝土失去植物根系的加筋作用而风化脱落，无法达到稳定边坡及绿化美化的效果，严重限制了其推广及应用。保护环境、建设生态文明及走可持续发展道路是中国特色社会主义现代化建设的重[13]要组成内容，也是当今全世界各国最为关注的话题之一。社会发展与环境不相适应性阻碍了社会主义现代化的进程，同时对国民生命及财产安全带来了隐患。统筹建设发展与生态平衡是可持续发展的必须要求。因此，边坡防护及建筑垃圾处理中遇到的相关问题是我们必须要解决的。1.2国内外研究现状1.2.1生态环境材料及多孔生态混凝土概念的提出[14]上世纪90年代，日本研究员率先提出了生态环境材料的概念。生态环境材料是在全世界对生态环境保护的呼声下，以环境保护及调节为目的，充分考虑人类社会活动与自然平衡间的相互影响关系，并采用功能体使传统材料在不破坏原有生态环境的同时具备环境调节能力的新型产品。材料的环境友好化要求促使了环境友好型混凝土的产生，由于环境友好型混凝土可以容纳更多的工业废弃物，不仅减轻了工业给环境带来的负荷，特殊的性能使其还可用融于自然环境并调节环境，使生态环境的平衡调节能力加强。目前，对于环境友好型混凝土的研究主要侧重于护坡及护堤性能、水质净化性能、空气净化性能、抑菌杀菌性能、植物种植性能、路面透—排水性能、声—电波吸收性能[15-24]等，它以较高的环境适应及调节能力，改善了人们生活质量和生态环境，增强了人类生存、发展与维持自然生态平衡间的协调性。针对现存的环境友好型混凝土，按其功[25-27]能特性分为波吸收型、水质净化型、温—湿调控型及植被型生态混凝土。[28]植被型生态混凝土又称为植物相容性混凝土。这种混凝土具有一定的连通孔隙，能够使水汽、能量以及生物等上下穿透混凝土，植物也可以利用这种连通孔生存于其中。可以应用于边坡防护、透水河堤、城中透水性下沉花园、停车场、屋顶绿化等，能够有效地降低城市“热岛效应”，达到绿化环境、净化空气以及陶冶心情的功能。2 济南大学硕士学位论文[28-31]董建伟等将植被型生态混凝土做出了进一步的定义：可以种植植物并具备原有功能的混凝土。目前对植被型生态混凝土的定义还不是特别的明确，根据调查，现存的[32][30,33]植被型生态混凝土种类主要有自适应植被混凝土、孔洞型绿化混凝土、“沙琪玛[34][35][33]骨架”绿化混凝土、轻质绿化混凝土、复合型随机多孔型植生混凝土、多孔生[36][37]态混凝土、护堤植生型生态混凝土等。其中，多孔生态混凝土以其众多的生态效应得到了广泛的关注及研究。1.2.2多孔生态混凝土的研究进展多孔生态混凝土是一种植物相容型生态混凝土，是涉及无机材料科学、植物生物学、[38]环境保护等多个学科交叉的前沿学科。多孔生态混凝土利用自身的孔隙达到了透气透水等性能，种植植物后根系可以贯穿整个混凝土，达到加筋稳固，绿化美化的效果。最早对多孔生态混凝土开展研究并进行工程应用的是西方的发达国家。上世纪四十年代左右，欧洲国家最早发现了多孔混凝土材料的优异特性，并对其展开了研究及应用，但由于孔隙率与强度间的矛盾，限制了它的大面积推广。随后，考虑到公路边坡防护工[39]程中对材料的强度要求较低，生态混凝土被应用到了加州的公路边坡防护工程中。随着这种混凝土配合比设计方法的研究及公开，以及相关专利的申请及公布，多孔混凝土被广泛应用到了美国的透水停车坪、透水人行道以及广场等。由于对这种混凝土越来越大的需求，美国出现了专业的透水多孔混凝土公司专门供应这一特种混凝土。美国政府也于1991年成立了相关的部门对这种混凝土技术提供专门的指导及管理。随后，大量的相关研究开始展开。1995年，NaderGhafoori针对多孔混凝土特殊的孔隙要求，探究了其合适的成型方法，发现低频振动成型最适宜其工程使用，此外还对多孔混凝土的配合比及性能进行了相关的研究。多孔特性必然会为物质及能量传递提供通道，加速混凝[40]土的侵蚀，于是，MiguelAngelPindado在制备过程中加入了有机聚合物，改善了多孔混凝土的耐久性。[41]C.Lian等人发现多孔混凝土在制备时对用水量极为敏感，对于普通骨料，适合的水灰比范围基本在0.20~0.25之间，最佳水灰比的范围比较小，用水量过多或过少都会[42,43]显著影响制备试样的性能；骨料粒径会对试样的孔隙率和孔径产生决定性的影响，大尺寸骨料堆积构成的空隙率较高，从而给试样提供了较高的孔隙发展基础；此外，研究还发现使用小粒级骨料也可以制备出透水性较好的多孔混凝土，尤其是减水剂与硅灰[44]的使用可以极大提高试样的强度；为了降低成本并改善多孔混凝土的性能，M.S.3 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究[45]Sumanasooriya等人研究了掺合料对多孔混凝土性能的影响，由于这种混凝土的粘接强度主要是由胶凝材料在骨料连接点处提供的，掺合料的加入降低了水泥的强度，从而导致制备试样整体强度的下降，但是，孔隙结构及透水性能得到一定提高。日本对多孔混凝土也展开了相关的研究主要侧重在其植草绿化方面，并且是最早开始使用多孔混凝土作为多孔骨架，然后填充种植材料进行植物种植，并用于固土护坡及绿化工程的国家，并在护坡工程中取得了一定的绿化效果。为了推广及规范该产品，日本政府相继成立了生态混凝土研究委员会、透水性混凝土的设计及施工方法的研究委员会，并制定了多孔生态混凝土河川护岸工法手册，进一步推进了多孔生态混凝土的应用进程。针对多孔混凝土的植生性能，研究发现：多孔混凝土用于植物生长时铺设厚度在150mm～300mm时，抗旱能力与同等厚度的自然土壤相当。由于这种混凝土特殊的孔隙结构，种植植物后水渗透性能依然较高，因此其耐水涝性能与普通土壤基本相同，即使使用在水量较多的护堤工程中，植物依然可以长期生存，因此，法国利用这种多孔生[47][48]态混凝土进行了护堤，韩国也制备了多孔生态混凝土预制砌块，都在工程应用中取得了良好的生态绿化效果。由于其特殊的孔结构特性，植物生长后根系纵横贯穿于混凝土孔隙之间，使其具备了超高的抗冲刷性能及水土保持特性。此外，多孔生态混凝土的研究在荷兰、德国、新加坡等国也逐渐展开。建筑垃圾的合理处理以及资源化利用在上个世纪就得到了全世界的关注。早在上个[49]世纪四十年代，就开始进行了利用废旧混凝土制备新拌混凝土的研究。西方发达国家率先对建筑垃圾处理及应用展开了研究，掌握了相关的技术，并通过政府推动、规范[50][51-58]了这一行业的发展。KikuchiM，Gonzalez-FonteboaB等人展开了建筑垃圾制备[59,60]再生料混凝土性能的研究；MahdiArezoumandi，KhaldounRahal等人也对再生混凝土的抗弯剪强度及抗压强度进行了研究，并与不同养护龄期的普通混凝土做了比较，MahdiArezoumandi大胆的研究了全部由再生骨料制备的再生混凝土的性能。近几年，国外一些研究人员逐渐展开了使用废旧混凝土再生骨料制备多孔生态混凝[61]土的研究。MuhanmadAamer，Rafique，Bhutta等人研究了不同聚合物外加剂对建筑垃圾骨料制备多孔混凝土性能的影响。这一研究的开展，不仅可以解决建筑垃圾难以处理的难题，使其得到了资源化利用，同时制备多孔生态混凝土又能护坡固土、绿化环境，维护了生态平衡，完全符合目前我国提出的环境友好可持续发展战略。相比之下，我国对多孔生态混凝土研究开展还比较晚，虽然与西方发达国家的水平4 济南大学硕士学位论文还有一定的差距，但到目前为止，也取得了很多相应的研究成果。国内许多高校及科研院所相继对多孔混凝土的配合比、制备工艺及性能做了大量研[62,63]究，并取得了一定成果。东南大学的高建明教授对植生型多孔混凝土的制备及耐久性进行了研究，成功制备出了孔隙率可以高达20.0%~25.0%的试样，并且抗压强度能达到15.0MPa左右。徐飞等人主要对配合比进行了探索，提出了胶凝材料粘稠度的概念，并对配合比设计方法进行了公开，实验发现，在一定的胶结材料粘度下制备的试样可以达到较高的强度；同济大学的陈志山教授早在1997年就开始相关的研究，并申请了关于透水净水方面的相关专利，利用这种材料的多孔性能，将其应用在水处理方面。[64]为了解决混凝土骨架碱环境高，不适于植物生长的问题，济南大学颜小波、芦令超教授等人利用硫铝酸盐水泥熟料为基体，研制了低碱度胶凝材料，并对多孔生态混凝土的制备工艺及配合比设计方法进行了探讨，对耐久性及植草性能进行了研究。此外，[65]颜小波通过设计不同的胶凝材料包裹厚度，研究了胶凝材料包裹厚度对多孔生态混凝土孔结构、透水系数以及抗压强度等性能的影响。中国建筑材料科学研究院及中建八局的高级工程师王桂玲女士也对多孔生态混凝[66]土的含义及技术指标作了阐述，并对多孔生态混凝土的配合比设计、碱度控制、植生[67][68]土和植物选择及其施工技术进行了研究。此外，对多孔混凝土在河堤渠道坡面的工程应用方面也展开了研究。对于植生混凝土的肥料及养分供给机制，董建伟针对多孔生态混凝土的特性，对其[69]肥效供给机制展开了研究，分析了多孔生态混凝土上的草坪植物对各种营养元素的需求情况，并结合多孔生态混凝土的特点，提出了植物所需的各种营养元素供给的原则和[70-72]方法。国内学者曲烈也研究了水泥基植生固土护坡材料中植物所需的三大元素的释放特性，研究了水泥基植生固沙材料的制备方法及其水、肥释放特性，提出了用于恢复植被的，具有可抗干旱保肥、耐冲刷、符合植物生长周期性、满足植物相容性和环境适[73,74]应性的多功能薄层植生型水泥基固沙材料。聂丽华对植物相容性及生物学特性进行了研究，探讨了绿化混凝土的组成机理、结构及理化特性，研究了自然土等对碱度、肥效释放特性及生物酶活性的影响。1.2.3多孔生态混凝土存在的问题国外在多孔生态混凝土研究方面已经处于领先位置，已经进行了技术推广与应用。国外如此大力度的对多孔生态混凝土的研究与应用，预示了多孔生态混凝土所体现的生5 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究态环保价值和良好的发展前景。国内由于对生态混凝土的研究起步较晚，还处于初步研究阶段，各个研究单位大多局限在多孔生态混凝土某一方面性能的研究上，没有形成综合配套的成熟技术，碱度高、孔隙率难保证等问题虽然一定程度上得到了解决，但现存技术缺陷依然较多，大部分还只能停留在概念或实验室阶段，并不具备实质意义和实际用途。多孔生态混凝土的推广，还需要研究并解决以下问题：（1）多孔生态混凝土中植物所需养分的供给机制缺乏相应的研究。多孔生态混凝土本身不具有肥效组分，此外，多孔生态混凝土特殊的结构，种植植物后施肥比较困难，肥料利用率低，不能保障植物生长所需的营养成分，导致植物无法长期健康存在。（2）原材料的选取及低品位原料的利用。多孔生态混凝土使用过程中不需要承重，而目前制备过程中使用的大多都是天然骨料，造成了很大的资源浪费。使用低品位原料可以降低资源浪费，但是目前对于使用劣质原料制备多孔混凝土研究还较少。（3）多孔生态混凝土的制备工艺。多孔生态混凝土对孔结构的要求特殊，而传统的混凝土的浇注及成型方法多是为了提高混凝土的密实度，所以使用传统制备方法将会使胶结材浆体向下流动，造成孔隙分布不均匀、不连续。到目前为止，还没有明确的国家标准及行业标准规范指导多孔生态混凝土的配合比设计及制备。（4）多孔生态混凝土孔隙碱度过高不适于植物生长。目前制备多孔生态混凝土使用的胶凝材料主要为水泥，水化后产生的大量碱性物质使碱度值高达12～13，然而适于植物生长的碱度环境为中性或弱酸性，要使多孔生态混凝土孔隙里面能成功生长出植物，就必须解这种碱度的不相匹配性。（5）多孔生态混凝土的耐久性研究。对于耐久性的研究方法还是使用的普通混凝土的检测方法，多孔混凝土结构特殊，性能要求也特殊，耐久性表现较差，尤其是使用低品质再生骨料后，耐久性更差，目前还没有建立相应的破坏机理模型。因此，探索出一套适用于多孔生态混凝土耐久性研究的理论和实验方法也是紧切需要的。（6）缺乏合适的种植材料。目前的研究还多为对多孔混凝土骨架的研究，而植物生长最直接的环境还是孔结构中的种植材料，但是现在使用的种植材料还主要是自然土，不能满足保水、保肥的需要，此外，抗冲刷性、抗洗掘能力也较差，因此需要对适用于多孔生态混凝土的种植材料进行研究。1.3主要研究内容本课题围绕肥效缓释型多孔生态混凝土这一主题，结合建筑垃圾资源化利用。首先6 济南大学硕士学位论文制备低碱度肥效缓释型胶凝材料；利用废旧混凝土再生骨料多孔特性，制备肥效缓释型多孔生态混凝土，研究了多孔生态混凝土的制备工艺及配合比设计方法，并对各项性能进行了表征，最后制备了适用于多孔生态混凝土的种植材料，并探究了其与植物的相容性。（1）肥效缓释型胶凝材料的制备与性能研究使用碱度低、强度高的硫铝酸盐水泥为基体，在硫铝酸盐水泥中掺入尿素、磷酸氢二铵两种化肥。通过设计不同掺量，研究了尿素、磷酸氢二铵对硫铝酸水泥抗压强度、凝结时间及流动度的影响规律，同时也从微观上分析了这两种肥料对硫铝酸盐水泥水化产物组成、水化速率及水化放热量，以及硬化浆体孔隙率的影响，重点研究了掺入肥料这一功能体后肥效释放性能的发挥效果，对掺入尿素的硫铝酸盐水泥氮（N）的释放规律以及掺入磷酸氢二铵的硫铝酸盐水泥氮（N）、磷（P）的释放规律进行了研究。（2）废旧混凝土再生骨料制备多孔混凝土的制备工艺研究废旧混凝土再生骨料本身表面粗糙，球型度差等缺点，决定了使用废旧混凝土再生骨料制备多孔生态混凝土的工艺将不同于普通混凝土的制备工艺。借鉴普通骨料制备多孔混凝土的裹浆法制备工艺，在此基础上改善搅拌方法，探讨成型振动时间、成型压力对废旧混凝土再生骨料制备的多孔混凝土性能的影响，找出合适的制备工艺。（3）肥效缓释型多孔混凝土的配合比设计及性能研究结合废旧混凝土再生骨料本身强度低、吸水率高、孔隙率高等一系特性，探讨适合于废旧混凝土再生骨料制备多孔生态混凝土的配合比，采用单一变量法，研究不同配合比对废旧混凝土再生骨料制备的多孔生态混凝土力学性能、孔隙率、透水系数等性能的影响。并与普通骨料制备的多孔生态混凝土的性能进行了比较，分析差异产生的原因。（4）肥效缓释型多孔混凝土的耐久性研究废旧混凝土再生骨料本身存在很多缺点，制备的多孔生态混凝土服役期的长短需要探讨。将再生骨料进行预改性后制备多孔混凝土，结合普通混凝土耐久性的研究方法，研究了废旧混凝土再生骨料多孔生态混凝土抗冻性能、碱度及干缩性能。（5）肥效缓释型多孔混凝土与植物的相容性研究探讨肥效缓释型多孔生态混凝土的肥效缓释特性，研究肥效缓释对植物生长的影响，通过观察植物生长状况，确定适合用于多孔生态混凝土的种植材料的组成，为肥效缓释型多孔混凝土应用推广奠定基础。7 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究1.4创新点（1）制备肥效缓释型胶凝材料，研究肥料对硫铝酸盐水泥水化产物组成与形貌、水化速率及水化热、硬化浆体孔隙率以及抗压强度、凝结时间等物理性能的影响规律，探究掺入肥料后肥效的释放特性。（2）根据再生骨料特性，提出了合适的水灰比计算方法，探究适用于废旧混凝土再生骨料制备多孔混凝土的制备工艺，找到适合于再生骨料制备多孔混凝土合适的配合比，制备具有肥效缓释效果的多孔生态混凝土。（3）探究肥效缓释型多孔生态混凝土的肥效缓释特性，制备适合于多孔生态混凝土的种植材料，研究了肥效缓释型多孔生态混凝土与植物的相容性。8 济南大学硕士学位论文1.5技术路线低碱度硫铝酸盐肥料（尿素、磷水泥酸氢二铵）凝结时间净浆流动度低碱度肥效缓释型胶多孔骨料（再生骨凝材料料）抗压强度水化综合热分析制备工艺水化产物组成与形貌配合比设计水化浆体孔隙率抗压强度肥效缓释型多孔混种植材料凝土孔隙率透水系数肥效缓释型多孔生态混凝土碱度混凝土耐久性肥效缓释特性发存植根碱强肥芽活株茎度度效率率干长损缓重度失释量特性工程应用图1.1技术路线图9 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究10 济南大学硕士学位论文第二章原材料与测试方法2.1原材料2.1.1硫铝酸盐水泥本实验使用强度等级为42.5的硫铝酸盐水泥作为胶凝材料，由中联—山东泗水特种水泥厂生产提供。表2.1为该原料的氧化物组成，表2.2显示了其各项物理性能指标。表2.1硫铝酸盐水泥化学组成/%化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OTiO2SrOΣ指标9.6021.642.4545.161.2810.730.380.171.030.2592.69-CA$43-CS3-CS2-CaSO2HO42-CaSO4-CaCO31020304050602()图2.1硫铝酸盐水泥XRD图谱图2.2硫铝酸盐水泥各矿相相对含量分析11 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究表2.2硫铝酸盐水泥的性能指标密度标准稠比表面强度等级凝结时间/min净浆3d抗压项目3度/%积/m2/kg初凝终凝强度/MPa/kg/m/MPa指标278027.7479.842.5152070.52.1.2粗骨料本实验所用的骨料为单一粒级的骨料，分别为石灰岩骨料和废旧混凝土再生骨料两种。其中石灰岩骨料为普通市售石灰岩；再生骨料是在实验室中，将建筑混凝土垃圾通过破碎、过筛后所得。筛分粒级均为19.0mm~26.5mm，骨料各项性能如表2.3所示。表2.3骨料的基本性能骨料骨料类压碎指标表观密度吸水率骨料5min紧密堆积密空隙粒级33型/%/kg/m/%吸水率/%度/kg/m率/%/mm石灰岩9.327300.60.6159042骨料19.0~再生骨26.518.325905.63.3132049料（a）石灰岩骨料（b）再生骨料图2.3石灰岩骨料及再生骨料2.1.3肥料本实验使用的肥料有两种，一种是氮肥-碳酰胺（俗称尿素），另一种是氮、磷复合12 济南大学硕士学位论文肥-磷酸氢二铵，均由国药集团化学试剂有限公司生产提供，纯度为99%的化学试剂。其中，尿素分子式为CO(NH2)2，总氮含量为46.7%；磷酸氢二铵分子是为(NH4)HPO4，总氮含量为21.2%，总磷含量为23.5%。2.1.4减水剂本实验所使用的减水剂为聚羧酸减水剂。该减水剂表观呈棕色液体，减水效率可达28%，含气量2.4%，含固量25.12%，密度1.073g/ml，碱度（pH）为6.2。2.1.5缓凝剂本实验所使用的硫铝酸盐水泥缓凝剂为硼酸，由国药集团化学试剂有限公司生产。纯度为99%的纯化学试剂，分子式为H3BO3，分子量为61.83。2.1.6保水剂本实验使用的保水剂为羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）。甲氧基含量19.0%~24.0%，羟丙氧基含量4.0%~12.0%，凝胶温度为70.0℃~90.0℃，粘度（2%，20℃）为5000mPa.s，干燥失重≤5.0%，炽灼残渣≤1.5%，pH值为4.0~8.0。2.1.7草种本实验所选用的草坪草种有三种，分别是高羊茅、黑麦草和绿景五号，均由济南凌志草园林绿化有限公司提供。2.1.8自然土、草炭土、蛭石本实验所用土壤来自济南麦田土，为棕色森林土。最大粒径＜3mm，含水量小于5%，pH值为6.0~7.0，总氮含量为2.4%~4.5%，总磷含量为0.08%~0.63%，总钾含量为7.5%~24.6%。草炭土，含水量40%，自然风干后有机质含量在80%以上。蛭石，吸水率大于200%，最大粒径＜3mm。13 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究2.2测试方法2.2.1水化热采用量热计对水泥的水化放热和水化速率进行分析。生产厂家：瑞典RetracHB公司，型号：TAMAir。实验时水灰比为0.5，温度为30℃。2.2.2水化产物组成采用X射线衍射仪测定水泥水化产物的矿物组成。生产厂家：德国布鲁克公司，型号：D8-ADVANCE。衍射条件：靶材为Cu，电压40kV，电流40mA。2.2.3水泥硬化浆体孔结构采用压汞仪对水泥硬化浆体进行孔结构分析。生产厂家：美国Quanta公司，型号：AutoPore9500IV。2.2.4氮、磷释放特性（1）水泥硬化浆体中氮、磷溶出量测定肥效缓释性胶凝材料硬化浆体中氮、磷的溶出测定方法参考GB/T23348-2009《缓[75]3释肥料》。将三块20×20×20mm净浆试块置于塑料瓶中，加入200mL水并密封，置于20℃养护室中。养护龄期为1、3、7、14、28、56天时取样，以后取样时间间隔为28天，直到累积养分溶出率达到80.0%以上。取样时将溶液摇匀倒出并定容至250mL，然后向瓶中再加入200mL水继续养护。根据HJ636-2012《水质总氮的测定碱性过硫[76][77]酸钾消解紫外分光光度法》、GB100893-89《水质总磷的测定钼酸铵分光度法》，使用UV-5200PC分光光度计分别测量浸出液中总氮及总磷的含量。（2）多孔生态混凝土中氮、磷溶出量测定3多孔生态混凝土试样中氮、磷溶出测定方法：将体积为100×100×100mm的多孔生3态混凝土试块放入400×300×300mm塑料盒，加入10kg水，并用保鲜膜封口，置于20℃养护室中。取样时间及氮、磷溶出含量测试方法与肥效缓释型胶凝材料的测试方法相同。14 济南大学硕士学位论文2.2.5水泥净浆流动度[78]水泥净浆流动度测试参照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性实验方法》，净浆流动度测量时使用的水灰比为0.45。2.2.6水泥凝结时间水泥的凝结时间时参照GB1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检[79]验方法》。凝结时间测试过程中，在硫铝酸盐水泥中掺加尿素时使用的水灰比为0.27，掺加磷酸氢二铵时使用的水灰比为0.29。2.2.7抗压强度水泥净浆抗压强度实验使用的压力机型号为MTSCMT5504。在进行抗压强度测试2时，使多孔混凝土比较平整的两个侧面作为受力面。试块受压面面积为20×20mm，每组混凝土测试六个试样。多孔植生混凝土抗压强度实验采用TYA-2000A型混凝土压力机对多孔混凝土试样进行测试。在进行抗压强度测试时，使多孔混凝土比较平整的两个侧面作为受力面，此时混凝土试块的受压面应与成型面垂直，以降低接触面不平整带来的应力集中对实验结2果产生的影响。试块受压面面积为100×100mm，加压速度为0.15MPa/s，修正系数为0.95，每组混凝土测试三个试样。图2.4TYA-2000A型混凝土压力15 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究2.2.8碱度目前对多孔生态混凝土碱度的测试方法基本有三种，本实验中针对多孔生态混凝土和种植材料各自的特点，选择了不同的方法对其进行碱度测试。（1）多孔生态混凝土碱度3实验中采用水浸泡法测定多孔生态混凝土的pH值。将体积为100×100×100mm的3多孔生态混凝土试块放入400×300×300mm的塑料盒内，加入10kg水，使水面高于混凝土块上表面2cm。保鲜膜封口，移至20℃的恒温室内养护，养护1、3、7、14、28天后，取浸泡液采用STARTER3100型pH计测量水溶液的pH值。每次测量后均换水继续养护。（2）种植材料碱度[80]种植材料碱度的测试方法参考NY-T1377-2007《土壤PH的测定》。将种植材料置于恒温烘箱中40℃烘干，然后全部筛分过孔径为2mm的方孔筛，取10g样品于比色管中，并加入25mL去离子水，密封并震荡5min，静置1h~3h后用STARTER3100型pH计测定上清液的pH值。图2.5STARTER3100型pH计2.2.9孔隙率本实验参考日本《透水混凝土河川护堤施工手册》，采用排水法测试多孔生态混凝3土的总孔隙率和连通孔隙率。将体积为100×100×100mm的混凝土试块从标准养护室中（20℃，95%RH）取出后脱模，记录其此时质量W3；然后将试块置于水中浸泡至吸水16 济南大学硕士学位论文饱和，使用静水力学天平称其在水中的质量W2，如图2.5所示；最后将试块于50℃的3恒温烘箱中烘至恒重，质量为W1；试件的体积V=100×100×100mm；水的密度是ρ；通过公式2.1计算多孔混凝土的总孔隙率P1，公式2.2计算连通孔隙率P2：（2.1）（2.2）图2.6MP51001J型电子静水天平2.2.10透水系数多孔混凝土的透水系数的测定参考GB/T25993-2010《透水路面砖和透水路面板》中透水系数的测试方法。将多孔混凝土成型于直径为110mm，高度为150mm的PVC管中，使用实验室自行设计组装的透水系数测定仪测试多孔混凝土的透水系数。透水系数测定仪装置如图2.7所示。17 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究1-透水套筒；2-溢水管；3-溢流水槽；4-透水筒；5-多孔混凝土试块；6-出水管；7-量筒图2.7透水系数测定仪（2.3）3KT：透水系数，cm/s；H：试样高度，cm；h：水位差，cm；Q：溢水量，cm；A：2试样底面积，cm；△t：测试时间，s；ηT/η15：测试水温与15℃时的相对粘度。2.2.11耐久性[81]按照国标GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》中的规定，对多孔混凝土的耐久性进行测试。2.2.12吸水率按照国标GB/T20973-2007《膨润土》中规定的多孔板法，测试种植材料的吸水率。图2.8多孔板法测试吸水率18 济南大学硕士学位论文2.2.13抗冲刷性能将直径为85mm，厚度为15mm的种植材料浸泡至吸水饱和，并静置1min控去多余重力水，称重，然后调节坡度统一为15°，控制水流量为22.73L/h左右，对种植材料进行冲刷，冲刷时间为2min。静至1min进行称重，计算冲刷模数。C（土壤抗冲刷系数）=Qt/w（2.4）C：土壤抗冲刷系数；w：冲走的土重（g）；Q：水量（L）；t：冲刷时间（min）2.2.14发芽率根据植物统计学原理，测试草种的发芽率。每个重复试验中选取25颗草种进行测试。发芽率（%）=第7天发芽种子数/供试种子数×100%（2.5）19 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究20 济南大学硕士学位论文第三章肥料对硫铝酸盐水泥性能的影响多孔混凝土本身不具备植物所需要的营养成分，并且由于其材料及结构的特殊性，导致多孔生态混凝土施肥后肥料利用率低，此外其应用环境也限制了后期养护，因此，多孔生态混凝土种植植物后，植物常因营养匮乏而枯萎，导致多孔生态混凝土固土与绿化效能丧失。肥效匮乏问题很大程度上制约了多孔生态混凝土的技术推广及其工程应用。为了使多孔生态混凝土本身具备植物所需要的营养成分，本实验将尿素及磷酸氢二铵作为氮肥及氮、磷复合肥分别与低碱度硫铝酸盐水泥预先混合，利用硬化水泥浆体的多孔特性，实现对肥料的吸附及缓释，达到长期供应植物生长需求的效果。尿素及磷酸氢二铵对水泥性能的影响，到目前为止还没有相关研究。本实验中对尿素及磷酸氢二铵都设置了9个不同的掺量，分别为0、0.2、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0wt.%。研究了两种肥料对硫铝酸盐水泥净浆流动度、凝结时间、水化热、抗压强度、水化产物及孔结构的影响。最后，对掺加肥料后的水泥硬化浆体的氮、磷两种元素的释放量及累积释放率进行了测试。3.1凝结时间图3.1、图3.2分别展示了尿素及磷酸氢二铵对硫铝酸盐水泥凝结时间的影响。可以明显看出：尿素及磷酸氢二铵的掺入使硫铝酸盐水泥的初、终凝时间都有一定延长。硫铝酸盐水泥的初凝和终凝时间分别为19min和36min（w/c=0.27），29min和46min（w/c=0.29）。随着尿素掺量的增加，硫铝酸盐水泥的初、终时间均逐渐延长，当尿素掺量达到2.0wt.%及4.0wt.%时，初凝时间分别为47min及69min，均达到了国标GB20472-2006的要求，终凝时间也达到了67min及89min，稍短于国标要求。从图3.2可以看出：低掺量的磷酸氢二铵对凝结时间延缓作用较弱，当掺量超过1.5wt.%，凝结时间明显延长，当磷酸氢二铵掺量达到2.0wt.%及4.0wt.%时，初凝时间分别达到了62min及187min，均达到了国标GB20472-2006的要求，终凝时间也达到了85min及349min。21 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究450初凝时间初凝时间100终凝时间400终凝时间35080300/min60/min25020040150凝结时间凝结时间1002050000.00.21.01.52.02.53.03.54.00.00.21.01.52.02.53.03.54.0尿素掺量/wt.%磷酸氢二铵掺量/wt.%图3.1尿素对凝结时间的影响（W/C=0.27）图3.2磷酸氢二铵对凝结时间的影响（W/C=029）3.2净浆流动度图3.3、图3.4分别为掺加尿素及磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥浆体的流动度。测量净浆流动度时，所使用的水灰比均为0.45。从图3.3中分析得：尿素的掺入使水泥净浆流动度增大，并且尿素掺量越多，净浆流动度数值越大，当尿素掺量达到1.5wt.%时，流动度值可以达到133.0mm，是空白试样流动度值的1.6倍，但是当掺量超过1.5wt.%时，流动度增长速率减缓，当掺量为4.0wt.%时，流动度值为149.3mm。从图3.4可以看出：低掺量的磷酸氢二铵使硫铝酸盐水泥流动度显著增大，当磷酸氢二铵掺量为0.2wt.%时，水泥净浆流动度值达到了115mm，是空白试样流动度值的1.44倍，但是随着磷酸氢二铵掺量继续增加，流动度逐渐减小，当掺量超过2.5wt.%时，硫铝酸盐水泥净浆流动度数值小于空白样，当磷酸氢二铵掺量为4.0wt.%时，流动度值为61.5mm，仅是空白试样流动度的76.9%。15012010012080/mm90/mm60流动度60流动度403020000.00.21.01.52.02.53.03.54.00.00.21.01.52.02.53.03.54.0尿素掺量/wt.%磷酸氢二铵掺量(%)图3.3尿素对净浆流动度的影响图3.4磷酸氢二铵对净浆流动度的影响22 济南大学硕士学位论文3.3抗压强度掺加尿素及磷酸氢二铵后的硫铝酸盐水泥在不同龄期的抗压强度分别如图3.5、3.6所示。掺加尿素及磷酸氢二铵都会使硫铝酸盐水泥硬化浆体早期的抗压强度降低，其中磷酸氢二铵对水泥硬化浆体抗压强度极为不利，当磷酸氢二铵掺量达到4.0wt.%，硬化浆体1d抗压强度丧失；尿素掺量在1.0wt.%~2.0wt.%范围内时，养护到28天后，试样的抗压强度相比空白试样还有一定的增加，当尿素掺量为2.0wt.%，硫铝酸盐水泥硬化浆体28d抗压强度为124.0MPa，相对于空白的硫铝酸盐水泥，有2.0%左右的提高。1401400.00.01200.21200.21.01.01001.51001.52.02.0802.5802.5/MPa3.0/MPa3.0603.5603.54.04.0抗压强度40抗压强度4020200013281328养护龄期/d养护龄期/d图3.5尿素对抗压强度的影响（W/C=0.27）图3.6磷酸氢二铵对抗压强度的影响（W/C=029）3.4水化放热速率及累积放热量掺加尿素的硫铝酸盐水泥水化放热速率情况如图3.7所示。水化初期（<0.5小时），C4A3$和C4AF迅速水化，并放出大量热，造成了最初的第一放热高峰，水化反应公式为公式（1）和公式（2）。尿素掺量在0.2wt.%~1.5wt.%范围内，都有初始水化的第一放热高峰，随着尿素掺量增加，第一放热峰峰高逐渐降低，当尿素掺量超过2.5wt.%时，第一放热高峰消失，并且出现了吸热峰，尿素掺量越大，吸热峰峰值越高。这主要是由于尿素溶解时吸收热量，尿素溶解后与水反应产生氨气（公式（4））又吸收部分热量，吸热量大于水泥初始水化的放热量，将放热峰掩盖，并逐渐变为吸热峰。水化两小时后水化速率明显不同，掺加尿素的硫铝酸盐水泥水化放热曲线上与AFt相关的第二放热高峰出现晚于空白样，并且掺量越多，延迟时间越长，第二放热高峰前期为水泥水化过程23 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究中的诱导期，也即尿素的加入延长了硫铝酸盐水泥水化的诱导期。并且从图中可以看出：当尿素掺量为3.5wt.%时，诱导期比未掺加尿素的硫铝酸盐水泥延迟了2.1h。根据诱导2-期形成的保护层理论：公式（4）中尿素与水反应生成碳酸，碳酸电离产生的CO3与水2+2+泥矿物溶解产生的Ca结合为碳酸钙，不仅导致Ca浓度降低，并且产生碳酸钙沉淀包裹在未水化的矿物外层，阻碍了水泥颗粒的进一步水化。石膏充足条件下，掺加尿素的硫铝酸盐水泥水化过程中涉及的反应公式：(1)C4A3$+2(CaSO4•2H2O)+34H2O→C3A•3CaSO4•32H2O+2(Al2O3•3H2O)(2)C4AF+3(CaSO4•2H2O)+30H2O→C6A$3H32+FH3+Ca(OH)2(3)C3S+nH2O→C-S-H+Ca(OH)2(4)(NH2)2CO+2H2O→H2CO3+2NH32-2+(5)CO3+Ca→CaCO30.02AFt0.0AFt0.21.50.012.53.5/w/g0.000.010.01/w/g/w/g-0.010.00放热速率放热速率放热速率-0.01-0.021.1h1.6h2.1h0.000.00.51234时间/h时间/h-0.030.02.55.07.510.012.5时间/h图3.7尿素对水化速率的影响（W/C=0.5，30℃）350329.5J/g300296.3J/g0.02500.21.5200/J/g2.51503.5水化热100500010203040506070时间/h图3.8尿素对水化放热量的影响（W/C=0.5，30℃）24 济南大学硕士学位论文图3.8显示了掺加尿素后硫铝酸盐水泥的累积水化放热量。图中数据可以看出：硫铝酸盐水泥水化3天后，随着尿素掺量的增加，累积放热量在逐渐降低，当尿素掺量为3.5wt.%时，水化累积放热量为296.3J/g，而空白的硫铝酸盐水泥水化累积放热量高达329.5J/g。这也说明了尿素对硫铝酸盐水泥的缓凝作用。图3.9显示了不同磷酸氢二铵掺量下硫铝酸盐水泥的水化放热速率曲线。磷酸氢二铵是一种磷酸盐，溶解时会吸收大量的热量，这造成了放热曲线上在水化早期跟掺加尿素一样的现象，随磷酸氢二铵掺量增加，第一放热峰逐渐降低，甚至出现吸热现象。磷2-3-2+2+酸氢二铵溶解后产生的HPO4及其电离后产生的PO4与硫铝酸盐水泥中的Ca、Mg2+等阳离子产生不溶的磷酸（氢）盐沉淀，不仅使水溶液中Ca浓度下降，而且产生的磷酸盐难溶性沉淀附着在水泥颗粒表面，水泥颗粒水化被阻挡，从而导致诱导期被延长，极大的延缓了水泥的水化速率。从图中可以看出：磷酸氢二铵掺量为0.2wt.%时，水化放热速率没有明显变化，当磷酸氢二铵掺量达到1.5wt.%时，硫铝酸盐水泥水化热流曲线中诱导期被延长到2.5h左右，并且随掺量增加诱导期延长效果越明显，加速期的起始时间也逐渐延后，加速期的峰值也明显越来越低。当磷酸氢二铵掺量达到3.5wt.%时，水泥水化诱导期被极大延长，加速期开始的时间在33h左右。通过资料得知：水泥的初凝是在诱导期结束的时候，而终凝时间多发生在诱导期之后的加速期当中，一般发生在加速期的中间阶段，这也解释了磷酸氢二铵掺量过高时，出现水泥不凝结，1d强度丧失的现象。0.020.0AFt0.20.01AFt1.52.53.5/w/g0.000.020.01-0.010.00水化速率/w/g热流-0.01-0.02-0.02-0.03-0.0302468时间/h010203040506070时间/h图3.9磷酸氢二铵对水化速率的影响（W/C=0.5，30℃）25 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究350300329.5J/g250273.5J/g0.0/J/g2000.21.51503.1h18.5h37h2.51003.5水化放热量500010203040506070时间/h图3.10磷酸氢二铵对水化放热量的影响（W/C=0.5，30℃）从图3.10中掺加磷酸氢二铵后水化累积放热量曲线可以看出：掺加磷酸氢二铵后，水化累积放热量随磷酸氢二铵掺量增加而降低，低掺量下，累积放热量没有明显变化，当磷酸氢二铵掺量达到2.5wt.%，热量大量放出的时间被延迟了18.5h左右，并且累积放热量也开始明显降低，当磷酸氢二铵掺量为3.5wt.%时，硫铝酸盐水泥水化3天后的累积放热量为273.5J/g，而空白试样的累积放热量仅有329.5J/g。此外，从水化热量大量放出的时间分析，磷酸氢二铵掺量的增加，热量大量放出的时间逐渐被延迟，这在一定程度上反映了磷酸氢二铵的掺入延缓了硫铝酸盐水泥的水化进程。3.5水化产物组成图3.11展示了不同养护龄期下，尿素对硫铝酸盐水泥水化硬化浆体的X射线衍射图谱的影响。从图中可以看出：不论是否掺加尿素，硫铝酸盐水泥水化1天、3天后的特征峰基本相同，钙矾石是最主要的水化矿物。图3.12为掺加尿素后硫铝酸盐水泥水化[82]硬化1天后的DSC/TG分析，从中可以看出，在100℃~150℃钙矾石失水的范围内，硫铝酸盐水泥水化一天后的硬化浆体的质量损失率随着尿素掺量的增加而减小，当尿素掺量为0.0wt.%时，质量损失率为7.24%，当尿素掺量为3.5wt.%时，质量损失率为6.58%，质量损失率减小，即钙矾石的失水量减少，也就是说钙矾石的含量变低，这就说明尿素的加入一定程度上阻止了钙矾石的形成，从而解释了为什么掺加尿素后硫铝酸盐水泥早期强度会降低。从表3.1掺加尿素后硫铝酸盐水泥硬化浆体水化不同龄期后各矿相含量的定量相分析结果中可以看出：当水化到28天时，水化产物各矿相的相对含量没有明26 济南大学硕士学位论文显区别，这说明在水化后期，尿素对硫铝酸盐水泥水化产物没有明显影响。☆★△★☆△★★★☆★★★☆★☆△△3.5%☆△△★-AFt★-AFt3.5%△-CaCO△-CaCO33☆-CA$☆-CA$2.0%432.0%43-CaSO-CaSO44-CS-CS220.2%0.2%0.0%0.0%1020304050601020304050602θ/°2θ(°)1d3d★△☆★★★★☆☆△△3.5%★-AFt△-CaCO3☆-CA$432.0%-CaSO4-CS20.2%0.0%1020304050602θ(°)28d图3.11尿素对水化产物组成的影响100140981207.241%/wt.%/wt.%967.1%6.754%946.577%100热量损失92热重损失9080105120135150温度/℃30150/mW/mg-150.00.2热流-301.53.5-450200400600800温度/℃图3.12掺加尿素的硫铝酸盐水泥硬化浆体的DSC/TG分析27 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究表3.1掺加尿素后硫铝酸盐水泥硬化浆体中各矿相的相对含量/%相对含量/%尿素掺量/wt.%养护龄期C4A3$C3SC2SAFt0.041.3518.9928.211.460.241.4419.6828.1710.711d2.041.521.7928.438.283.541.8223.0828.526.580.032.4612.1437.8717.530.232.7212.9337.716.653d2.032.813.4438.2515.513.533.3514.5938.413.660.02.615.5751.6840.140.22.376.0151.9439.6828d2.02.835.7952.1139.273.52.556.1252.339.03☆☆★-AFt△★-AFt△△-CaCO3★△-CaCO3★★★☆★★★☆★★☆△△3.5%☆-C4A3$★☆△△3.5%☆-C4A3$-CaSO-CaSO442.0%2.0%-CS-CS220.2%0.2%0.0%0.0%1020304050601020304050602θ/°2θ(°)1d3d☆★△★-AFt★★★★△-CaCO☆☆△△3.5%3☆-CA$43-CaSO42.0%-CS20.2%0.0%1020304050602θ/°28d图3.13磷酸氢二铵对水化产物组成的影响28 济南大学硕士学位论文图3.13为磷酸氢二铵对硫铝酸盐水泥水化1天、3天及28天后XRD图谱的影响。从图中可以明显看出：掺加磷酸氢二铵后，硫铝酸盐水泥水化龄期为1、3天时，AFt的衍射峰非常弱，并且无水硫铝酸钙的衍射峰强度较高，这说明磷酸氢二铵的掺入严重阻碍了硫铝酸盐水泥的水化，也阻碍了AFt的形成。这在一定程度上揭示了掺加磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥强度显著降低的原因。3.6孔径分布及孔隙率图3.14、3.15分别展示了掺加尿素和磷酸氢二铵对硫铝酸盐水泥硬化浆体水化28天后孔径分布及孔隙率的影响，掺加尿素和磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥硬化浆体的孔径分布如表3.2、3.3所示。两种肥料的掺入对硫铝酸盐水泥硬化浆体总孔隙率都有一定的影响，掺量越大，总孔隙率都在增大，其中尿素对总孔隙率影响较小，当尿素掺量为3.5wt.%时，总孔隙率为4.7%，相对于空白试样增加了1.5%。但是，磷酸氢二铵对孔隙率的影响就比较突出，当磷酸氢二铵掺量为3.5wt.%时，硬化浆体的总孔隙率达到了19.5%，比空白试样增加了15.5%。这主要是由于：磷酸氢二铵溶解后产生铵根离子++-（NH4），水泥水化会产生碱性物质，造成碱环境，从而促进了反应NH4+OH→H2O+NH3，产生的氨气造成了水泥硬化浆体较高的孔隙率，但是，尿素分解产生氨气的过程比较缓慢，并没对水泥硬化浆体孔隙率造成很大影响。此外，肥料阻止了水泥水化进程，水化产物形成量减少，孔隙结构未能得到充分填充，这在一定程度上也导致了水泥硬化浆体孔隙率的增大。0.100.0250.00.00.080.20.20.0202.02.03.5/g3.50.063/g0.0153/cm3/cm0.0232cm/g0.0430.0100.0216cm/g30.0207cm/g孔隙率0.0154cm3/g0.02累积孔体积0.0050.000.00010001001010.10.011E-31001010.10.011E-3孔径/nm孔径/nm（a）孔径分布（b）孔隙率图3.14尿素对硬化浆体孔径分布及孔隙率的影响（W/C=0.29）29 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究表3.2不同尿素掺量下硫铝酸盐水泥硬化浆体孔径分布/%尿素掺量/wt.%＜0.1μm0.1-0.6μm＞0.6μm总孔隙率0.022.111.066.93.20.222.27.270.54.12.021.88.369.94.43.523.36.570.34.70.250.1250.00.00.20.20.200.1002.02.03.53.5/g0.153/g0.0753/cm/m0.100.1036cm3/g0.0503孔隙率0.0324cm/g0.053累积孔体积0.0419cm/g0.02530.0196cm/g0.000.00010001001010.10.011E-31001010.10.011E-3孔径/μm孔径/nm（a）孔径分布（b）孔隙率图3.15磷酸氢二铵对硬化浆体孔径分布及孔隙率的影响（W/C=0.29）表3.3不同磷酸氢二铵掺量下硫铝酸盐水泥硬化浆体孔径分布/%磷酸氢二铵掺＜0.1μm0.1-0.6μm＞0.6μm总孔隙率量/wt.%0.062.113.424.54.00.268.817.313.96.42.088.13.88.18.13.588.80.910.319.53.7硬化浆体N、P元素释放特性图3.16、图3.17分别显示了掺加尿素后硫铝酸盐水泥硬化浆体在不同养护龄期的氮元素释放量及累积释放率；图3.18、图3.19分别显示了掺加磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥硬化浆体在不同养护龄期的氮元素释放量及累积释放率；图3.20、图3.21分别显示了掺加磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥硬化浆体在不同养护龄期的磷元素释放量及累积释放率。尿素及磷酸氢二铵两种肥料的掺加都能够使硫铝酸盐水泥硬化浆体具备氮元素释放特性，并且氮元素释放量都随着养护龄期的延长在逐渐降低，在同一养护龄期，肥料掺量越多，氮元素释放量也越多，累积释放率也越高，当养护龄期达到58天时，掺加30 济南大学硕士学位论文尿素的水泥硬化浆体的氮元素的释放率可以达到23.5%~95.4%，掺加磷酸氢二铵的水泥硬化浆体的氮元素的释放率可以达到22.6%~84.0%。通过对掺加两种肥料后的硫铝酸盐水泥硬化浆体的氮元素释放特性研究得出：掺加尿素和磷酸氢二铵两种肥料都可以使硫铝酸盐水泥硬化浆体具备氮元素缓释特性，并且肥效释放效果较为明显，掺加这两种肥料后的硫铝酸盐水泥可以作为肥效缓释型植生胶凝材料用于制备多孔生态混凝土，并使多孔混凝土具备氮元素释放效果。140.2121.01.53102.02.583.0/mg/cm3.564.04元素释放量N200-12-34-78-1415-2829-56养护龄期/d图3.16掺加尿素的硫铝酸盐水泥硬化浆体不同养护龄期N元素的释放量0.21001.01.52.080/%2.53.0603.54.040元素累积释放率N200137142856养护龄期/d图3.17掺加尿素的硫铝酸盐水泥硬化浆体N元素的累积释放率31 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究3.00.21.02.51.532.02.02.53.0/mg/cm1.53.54.01.0元素释放量N0.50.00-12-34-78-1415-2829-56养护龄期/d图3.18掺加磷酸氢二铵的硫铝酸盐水泥硬化浆体在不同养护龄期N元素的释放量1000.2901.01.5802.0/%702.5603.03.5504.04030元素累积释放率N20100137142856养护龄期/d图3.19掺加磷酸氢二铵的硫铝酸盐水泥硬化浆体N元素的累积释放率0.21.01.51.52.032.51.03.0/ug/cm3.54.00.5元素释放量P0.00-12-34-78-1415-2829-56养护龄期/d图3.20掺加磷酸氢二铵的硫铝酸盐水泥硬化浆体在不同养护龄期P元素的释放量32 济南大学硕士学位论文0.040.21.01.50.032.0/%2.53.03.50.024.0元素累积释放率0.01P0.00137142856养护龄期/d图3.21掺加磷酸氢二铵的硫铝酸盐水泥硬化浆体P元素的累积释放率从图3.20、图3.21中可以看出：相对于氮元素的释放特性，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比较差，磷元素的释放量只有2μg/L~14μg/L，养护到56天后最高的累积释放率也只有0.03%左右。这主要是由于磷酸根离子与水泥水化2+2+产生的Ca、Mg等离子发应并生成难溶性的盐，磷酸根离子变成无效磷，不能被检测。通过对掺加磷酸氢二铵后的硫铝酸盐水泥硬化浆体的磷肥效释放特性研究得出，虽然能够达到磷元素的缓释效果，但磷元素的肥效利用率很低，因此，磷肥不适合直接掺加到水泥中。小结（1）尿素及磷酸氢二铵的加入均使硫铝酸盐水泥凝结变慢，并且跟掺量成正比，初凝时间分别延长了14min~50min及5min~168min，终凝时间分别延长了10min~53min及3min~313min；两种肥料的掺加都使水泥水化放热速率变慢，总放热量也有一定程度降低。（2）当尿素掺量从0.2wt.%增加到4.0wt.%时，硫铝酸盐水泥浆体的流动度从87.0mm逐渐增大到149.3mm；低掺量的磷酸氢二铵可以使流动度增大，但随着掺量增大，流动度逐渐减小，当掺量超过2.5wt.%，流动度值小于空白试样。（3）尿素及磷酸氢二铵的掺入均会导致硫铝酸盐水泥早期抗压强度的降低。其中，尿素对后期抗压强度影响较弱，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，比空白试样有2.0%的增长；磷酸氢二铵对硫铝酸盐水泥抗压强33 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究度影响较为明显，随着掺量增加，各龄期强度均有不同程度下降，当掺量达到4.0wt.%时，水化1天后基本没有强度。（4）掺加肥料后硫铝酸盐水泥水化硬化浆体中并没有发现新的水化矿物生成。通过定量分析可以看出尿素的掺加确实减少了钙矾石的形成量，从水化产物的X射线衍射峰值强度可以看出磷酸氢二铵严重阻碍了硫铝酸盐水泥的水化及钙矾石（AFt）的形成。（5）尿素及磷酸氢二铵两种肥料的加入均会增大水泥硬化浆体孔隙率，并且掺量与孔隙率成正比，其中磷酸氢二铵对孔隙率影响较大。（6）掺加肥料后的硫铝酸盐水泥硬化浆体均可以产生肥效释放的效果，掺量与累积释放率成正比，氮元素的累积释放率较高，能够达到22.6%~95.4%；掺加磷酸氢二铵后硫铝酸盐水泥硬化浆体的磷元素释放量及累积释放率较低，养护56天后最高的磷元素累积释放率也只有0.03%左右，所以磷酸氢二铵不适合直接掺加到水泥中。34 济南大学硕士学位论文第四章废旧混凝土骨料制备多孔混凝土的配合比设计及性能研究建筑垃圾是建筑施工过程中的产生的废物、废料等，目前其含量已经相当巨大，约占垃圾总量的30%左右。建筑垃圾主要是固体废弃物，其中原有建筑拆除后产生的废旧混凝土为最主要的部分。目前对建筑垃圾还没有合理的处理方式，主要是露天堆放或填埋，不仅造成了资源浪费，也带来了土壤、水体及空气等环境污染。再生骨料压碎指标高、吸水率高等特点导致其在普通混凝土中的使用过程中问题较多，性能不稳定，限制了其在普通混凝土中的使用。考虑到再生骨料具有多孔特性能够对水肥起到一定的吸附作用，使用再生骨料制备多孔生态混凝土并在制备过程中加入植物需要的养分，使其吸附在再生骨料的孔结构中，水泥包裹后制成具备肥效的多孔生态混凝土，在其服役过程中，养分再通过水泥硬化浆体中的微孔缓慢释放，供应植物生长。此外，多孔生态混凝土不是承重型混凝土，对骨料强度没有很高的要求，因此，再生骨料特别适用于制备肥效缓释型多孔生态混凝土。多孔混凝土作为植生混凝土的多孔骨架，对水灰比的变化非常敏感，此外，再生骨料的吸水率高达5.6%，而石灰岩骨料的吸水率仅有0.6%，再生骨料吸水率远高于石灰岩，再生骨料的吸水率约为天然石灰岩骨料的6倍，使用再生骨料制备多孔混凝土需要较高的水灰比。因此，适合于再生骨料制备多孔混凝土的水灰比的计算方法需要展开研究。此外，再生骨料的紧密堆积密度比天然石灰岩骨料小，而空隙率却大于石灰岩骨料，因此，适用于再生骨料制备多孔混凝土的骨胶比与石灰岩骨料有一定的差别。4.1水灰比对多孔生态混凝土性能的影响通过查阅文献资料得知，使用普通天然低吸水率的石灰岩制备多孔混凝土较适宜的水泥净浆流动度范围为180mm~200mm，依此确定了多孔混凝土制备时所需的水灰比[83]0.22。但是，再生骨料本身的吸水率比较高，按照石灰岩所使用的水灰比使用再生骨料制备多孔混凝土，骨料吸收一部分拌合水，导致新搅拌的混凝土过干而不能成型。所以，适用于再生骨料制备多孔混凝土的净浆流动度应更大，即再生骨料制备多孔混凝土的适宜水灰比应该比普通骨料的大。本文中提出了一种用于普通石灰岩骨料及再生骨料制备多孔混凝土都适宜的水灰35 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究[84]比计算方法。根据GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》，通过实验我们测试得知，聚羧酸减水剂在硫铝酸盐水泥中掺加量1.1%时是比较合适的。首先，假设骨料不吸水情况下制备多孔混凝土适宜的水灰比为x，骨料短时间（5min）吸水率为b，然后通过公式（4.1）计算出制备多孔混凝土是所需的水量y，其中c为水泥用量，g为骨料用量：（4.1）所以，通过方程（4.2）得出水灰比：（4.2）通过使普通石灰岩骨料吸水表面饱和，并以此时制备多孔混凝土较为合适的水灰比为骨料不吸水时的水灰比。通过实验我们发现骨料在自身不吸水情况下制备多孔混凝土较为适宜的水灰比x范围为0.17~0.19。通过表2.3中骨料的基本性能得知普通石灰岩骨料的短时间（5min）吸水率为0.6%、混凝土再生骨料的短时间吸水率为3.3%。假设骨胶比g/c在5~6范围内，以此计算出适合于普通石灰岩骨料的水灰比范围为0.200~0.226，这与已有研究适用于普通石灰岩骨料制备多孔混凝土的水灰比范围（0.22左右）较为符[83]合。通过此方法计算出适合于再生骨料制备多孔混凝土的水灰比范围为0.336~0.389。3表4.1配合比设计/kg/m序骨料类型硫铝酸盐拌合水缓凝剂/wt.%减水剂/wt.%号再生骨料石灰岩骨料水泥N11465293.0064.460.41.1N21465266.3658.600.41.1N31465244.1753.720.41.1R11217243.4069.130.41.1R21217243.4081.300.41.1R31217243.4093.470.41.1R41217243.40105.640.41.1R51217221.2773.910.41.1R61217202.8367.750.41.136 济南大学硕士学位论文结合上述理论计算出的适合于混凝土再生骨料制备多孔混凝土的水灰比范围，综合考虑试样的抗压强度、孔隙率及透水系数，本文中设计了不同的水灰比（包含理论计算的水灰比范围）、骨胶比的实验，如表4.1。通过实验验证这一水灰比计算方法是否适用于再生骨料来制备多孔混凝土。实验中使用普通石灰岩骨料作为对比实验。4.1.1水灰比对孔隙率的影响图4.1为水灰比在0.284~0.434范围内多孔混凝土的孔隙率。图中数据显示：再生骨料多孔混凝土的总孔隙率约为43.0%，连通孔隙率在37.0%~38.0%之间，总孔隙率、连通孔隙率均大于同一粒径的石灰岩骨料制备的多孔混凝土。水灰比的增大导致再生骨料多孔混凝土的总孔隙率及连通孔隙率都有微弱的下降。废旧混凝土再生骨料含天然的骨料和初次浇筑的砂浆，砂浆层的存在不仅降低了再生骨料的表观密度，更重要的是增加了再生骨料的堆积空隙率及吸水率。再生骨料较高的吸水率及多棱角的外形、粗糙的纹理降低了新拌混凝土的工作性能，因此导致再生骨料多孔混凝土的总孔隙率及连通孔隙率都高于天然石灰岩骨料制备的多孔混凝土。混凝土中用水量的增加可以改善多孔混凝土的和易性，水泥浆体流动性改善后更易下沉到试样底部的骨料间孔隙之间，导致底部孔隙堵塞，从而使连通孔隙率下降。由于骨料及水泥的比例及用量是不变的，所以水灰比对多孔混凝土的总孔隙率没有明显的影响。50总孔隙率12连通孔隙率1d3d401028d830/%/MPa620孔隙率4抗压强度10200N1R1R2R3R4N1R1R2R3R4图4.1水灰对孔隙率的影响图4.2水灰对抗压强度的影响37 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究4.1.2水灰比对抗压强度的影响水灰比在0.284~0.434之间对再生骨料多孔混凝土的抗压强度影响如图4.2所示。从图4.2中强度对比情况可以看出：石灰岩骨料制备的多孔混凝土的抗压强度远高于再生骨料制备的多孔混凝土。此外，从R1~R4的强度分析可以看出：在一定的水灰比范围内，水灰比增加可以提高制备试样的抗压强度，当水灰比增大到一定数值后，试样抗压强度开始呈下降趋势。一般来说，骨料的品质优劣及混凝土的总孔隙率高低决定了混凝土本身的抗压强度[84]大小。从原材料品质分析，表2.3中天然石灰岩骨料及废旧混凝土再生骨料的压碎指标分别为9.33%、18.27%，这也就意味着再生骨料本身的强度比较低。此外，图4.1中也可以看出两种多孔混凝土的总孔隙率也有一定的差别，这两个因素导致他们之间抗压强度的差别。水灰比在一定范围内增大，胶凝材料流动度变大，可以使骨料间接触点在吸附效应作用下增加水泥浆体量，从而增大了接触面积，使多孔混凝土抗压强度有所上升。但是，水灰比如果过大，更多的水泥浆流动性变大而体沉降到底部，包裹层降低，接触点面积减小，最终导致整体的抗压强度下降。4.1.3水灰比对透水系数的影响图4.3显示了水灰比（0.284~0.434）对再生骨料多孔混凝土透水系数的影响。从图中可以明显的看出，水灰比在0.284~0.434范围内时，透水系数随水灰比增大呈现出逐渐降低的趋势。水灰比对多孔混凝土透水系数的影响类似于对其孔隙率的影响。过高的水灰比使水泥浆体沉降在多孔混凝土底部，将会导致多孔混凝土透水系数急速下降，甚至失去透水性。从图中还可以看出，再生骨料多孔混凝土透水系数都大于石灰岩骨料制备的多孔混凝土，再生骨料多孔混凝土的透水系数在2.24cm/s~2.80cm/s范围内，完全满足制备多孔生态混凝土的要求。4.2骨胶比对多孔生态混凝土性能的影响4.2.1骨胶比对孔隙率的影响图4.4展示了骨胶比在5.0~6.0范围内时，对多孔混凝土的孔隙率的影响。从图中可38 济南大学硕士学位论文以看出：同一类型骨料制备的多孔混凝土，孔隙率均随着骨胶比的增大而增大。骨胶比增大，意味着单位体积多孔混凝土中水泥的用量在减少，而单位体积骨料的用量是不变的，因此多孔混凝土孔隙率增大。3总孔隙率50连通孔隙率402/%30/cm/s孔隙率201透水系数1000N1R1R2R3R4N1N2N3R2R5R6图4.3水灰比对透水系数的影响图4.4骨胶比对孔隙率的影响从图中还可以看出，再生骨料多孔混凝土的总孔隙率基本都在43.0%左右，连通孔隙率在37.0%~38.0%之间；而石灰岩骨料制备的多孔混凝土的总孔隙率在33.0%~39.0%之间，连通孔隙率在28.0%~37.0%之间。从表2.3中得知，再生骨料的紧密堆积密度低于石灰岩骨料，因此，在同一骨胶比下，单位体积再生骨料多孔混凝土中的水泥用量比石灰岩骨料制备多孔混凝土的水泥用量少。此外，再生骨料本身的堆积空隙率也比石灰岩骨料的空隙率高，这都导致了在相同骨胶比下，再生骨料多孔混凝土的孔隙率比普通骨料多孔混凝土高。121d3d1028d8/MPa64抗压强度20N1N2N3R2R5R6图4.5骨胶比对抗压强度的影响图4.6再生骨料多孔混凝土破坏界面39 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究4.2.2骨胶比对抗压强度的影响从图4.5骨胶比对多孔混凝土抗压强度的影响中可以看出：同一类型骨料制备的多孔混凝土，抗压强度均随着骨胶比的增大而减小。骨胶比增大，单位体积多孔混凝土中水泥的用量减少，而单位体积多孔混凝土中骨料的用量是不变的，因此，包裹骨料的水泥浆体厚度减小，骨料间接触点的面积也随着减小，粘结强度下降，多孔混凝土的孔隙率也增大，因此导致了多孔混凝土抗压强度的下降。相同骨胶比下，石灰岩骨料多孔混凝土的抗压强度普遍高于再生骨料多孔混凝土的抗压强度。图4.6展示了再生骨料多孔混凝土的破坏界面，从图中可以看出再生骨料多孔混凝土破坏的部位多为再生骨料的原有砂浆，而不是骨料间接触点的位置，这说明导致再生骨料多孔混凝土抗压强度较低的主要原因是再生骨料本身较低的强度。表2.3中展示了石灰岩骨料及再生骨料的压碎指标分别为9.33%、18.27%，也即再生骨料本身强度低于石灰岩骨料；此外，两种骨料堆积密度的差别也导致在同一骨胶比下，单位体积中再生骨料多孔混凝土的水泥用量少于石灰岩骨料制备的多孔混凝土，因此孔隙率增加，综上多重因素导致了再生多孔混凝土的抗压强度低于石灰岩骨料多孔混凝土的抗压强度。4.2.3骨胶比对透水系数的影响天然骨料3再生骨料2/cm/s透水系数10N1R2N2R5N3R6图4.7骨胶比对透水系数的影响从图4.7可以看出，骨胶比对多孔混凝土透水系数的影响类似于其对孔隙率的影响。所有类型多孔混凝土的透水系数均可满足于植物生长的需要，大都处于40 济南大学硕士学位论文2.23cm/s~2.82cm/s之间。在相同骨胶比下，再生骨料多孔混凝土展示出了比石灰岩骨料多孔混凝土较大的透水系数。骨胶比的增大意味着单位体积内水泥用量的减少，孔隙率提高，从而导致了透水系数的增大。再生骨料多孔混凝土的透水系数都达到了2.50cm/s[85]左右，完全可以满足植物生长的需要。4.3孔隙率—抗压强度相关性研究图4.8展示了多孔混凝土总孔隙率与抗压强度间的相关性。同一类型骨料制备的多孔混凝土，抗压强度均随着多孔混凝土总孔隙率的增大而减小。总孔隙率在33.0%~40.0%的范围内，石灰岩骨料多孔混凝土总孔隙率与抗压强度之间表现出了较好的线性关系，并且相关系数较高，相关性因子达到了0.9778。但是，总孔隙率在43.0%~45.0%的范围内，再生骨料多孔混凝土总孔隙率与抗压强度之间的线性关系表现的比较差，相关性因子仅为0.6401，这主要是由于再生骨料本身的品质较差、质量不稳定造成的。4.4孔隙率—连通孔隙率相关性研究4410石灰石骨料42再生骨料8240R=0.97786/%38/MPa36y=1.09655x-8.324344R2=0.9351抗压强度2连通孔隙率34R=0.64012320303436384042443840424446总孔隙率/%总孔隙率/%图4.8总孔隙率—抗压强度之间的相关性图4.9总孔隙率—连通孔隙率之间的相关性图4.9展示了多孔混凝土总孔隙率—连通孔隙率相关性。从图中可以看出多孔混凝土的连通孔隙率随着总孔隙率的增大而增大，并且，总孔隙率在39.0%~47.0%范围内，总孔隙率与连通孔隙率之间表现出了较高的相关性，相关性因子达到了0.9351。41 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究4.5连通孔隙率—透水系数相关性研究2.8/cm/s2.6透水系数2R=0.96672.4373839连通孔隙率/%图4.10连通孔隙—透水系数之间的相关性图4.10展示了多孔混凝土连通孔隙率—透水系数相关性。多孔混凝土的透水系数均随着连通孔隙率的增大而增大，并且，连通孔隙率在37.0%~39.0%范围内，连通孔隙率和透水系数之间表现出了较高的相关性，相关性因子达到了0.9667。小结（1）同一骨料粒级下，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。水灰比的增大可以改善水泥浆体和易性并导致再生骨料孔隙率及透水系数的降低，抗压强度一定程度增大。使用再生骨料制备的多孔混凝土总孔隙率为43.0%左右，连通孔隙率为37.0%~38.0%，透水系数在2.24cm/s~2.80cm/s之间。综合各性能，适合于再生骨料制备多孔混凝土的水灰比为0.334，这也验证了实验中提出的水灰比计算方法的可行性。（2）骨胶比的增大使多孔混凝土孔隙率及透水系数增加。在同一骨胶比下，再生骨料多孔混凝土孔隙率普遍高于石灰岩骨料的多孔混凝土，抗压强度低于石灰岩骨料多孔混凝土。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可达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，完全可以满足用于植生的需求。42 济南大学硕士学位论文（3）石灰岩骨料多孔混凝土的总孔隙率与抗压强度间有较好的相关性，但由于再生骨料本身较差的品质使这两者之间的关系表现得较差。总孔隙率在39.0%~47.0%、连通孔隙率在37.0%~39.0%范围内，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关系，并且相关性因子分别达到了0.9351及0.9667。43 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究44 济南大学硕士学位论文第五章肥效缓释型多孔混凝土制备工艺的研究多孔生态混凝土的特殊的工作性能要求其具备较高的孔隙结构，并且要求其具有一定的连通性。多孔混凝土骨架结构多由单一粒级或非连续粒级的粗集料经过水泥包裹，骨料间相互粘结并形成多孔结构。对于多孔混凝土的制备工艺已经有了相关的研究，常用的搅拌方法主要是“裹浆法”。但是，再生骨料除了强度低、吸水率高、堆积密度低及孔隙率高等特点外，其外观棱角较多，纹理也较粗糙，此外，肥料的掺加也改变了水泥这种胶凝材料的特性，为使肥效达到较好的缓释效果，肥料组分的加入顺序及其与再生骨料的结合方式也非常重要，这都要求对多孔混凝土的制备工艺做出相应的调整。5.1制备工艺的设计胶凝材料及骨料性能的变化要求在制备多孔混凝土过程中制备工艺要有一定的调整，搅拌方法、成型方法的不同都能够改变外层水泥浆体的厚度及均匀程度，从而对多孔混凝土的各项物理性能产生不同的影响。针对胶凝材料及废旧骨料性能的特点，实验中设计了三种不同的搅拌方法：两步搅拌法、骨料预浸泡法、裹浆法；三种不同的成型方法：振动、加压及捣实成型。采用不同的搅拌方法及成型方法结合的方式探究制备工艺对多孔混凝土性能的影响规律，通过测试制备试样各项性能，最终优选出合适的肥效缓释型多孔混凝土制备工艺。5.1.1搅拌方法设计普通混凝土的搅拌过程比较简便，工序少，操作也简单，但是，由于多孔混凝土无砂、水少的干硬特性，使这种传统的搅拌方法用于制备多孔混凝土时，水泥往往自己成球而不能均匀包裹骨料，造成多孔混凝土性能较差；针对多孔混凝土的干硬性特点，已有研究提出并使用了具有“滚珠”效应的裹浆搅拌法，有效改善了多孔混凝土中水泥包裹不均匀，孔隙率低的问题，但是这种方法加料顺序复杂，搅拌过程繁琐。针对一次搅拌法及裹浆法存在的问题，实验中提出两步搅拌法。此外，针对再生骨料高吸水率高的问题，本实验中提出了骨料浸泡法，有效降低了因骨料吸水率高导致搅拌后新拌混凝土过早干硬而不能成型问题。本实验对比了两步搅拌法、骨料浸泡法及裹浆法对多孔混凝土性能的影响。45 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究搅拌方法A：两步搅拌法第一步：将全部骨料和全部的拌合水投放到搅拌机中，并搅拌30s；第二步：在搅拌过程中将全部水泥均匀加入，持续搅拌120s。搅拌方法B：骨料预浸泡法第一步：将预先称量的骨料于水中浸泡至吸水饱和；第二步：将骨料从水中捞出并控干水分，连同50%水泥一并加入到搅拌机，搅拌30s；第三步：加入拌合水和余下50%水泥，继续搅拌120s。搅拌方法C：裹浆法第一步：加入骨料和50%拌合水，并搅拌30s；第二步：加入50%水泥搅拌60s；第三步：加入剩余的50%拌合水和50%水泥，继续搅拌120s。5.1.2成型方法设计表5.1多孔混凝土的制备工艺编号搅拌方法成型方法备注A1t（t=3、6、9、12、振动时间分别为3s、6s、两步搅拌法振动成型15）9s、12s、15sA1两步搅拌法振动成型振动时间9sA2f（f=0、400、600、成型压力分别为0N、两步搅拌法加压成型800）400N、600N、800NA2两步搅拌法加压成型成型压力为600N、A3两步搅拌法捣实成型B1骨料预浸泡法振动成型振动时间9sB2骨料预浸泡法加压成型成型压力600NB3骨料预浸泡法捣实成型C1裹浆法振动成型振动时间9sC2裹浆法加压成型成型压力600NC3裹浆法捣实成型目前，制备混凝土常用的成型方法主要有三种：振动、加压和捣实成型。针对振动成型，实验中设计了5个不同的振动时间，分别为3s、6s、9s、12s、15s；针对加压成46 济南大学硕士学位论文型，实验中设计了4个不同的压力，分别为0N、400N、600N、800N；捣实成型过程中使用了分两层捣实的方法，每层使用混凝土捣棒均匀插捣25次左右。为了探究不同搅拌方法与成型方法结合对多孔混凝土性能的影响，实验中设计了一系列不同的组合，如表5.1所示，图5.1为不同的制备工艺的流程流程图。100%骨料100%拌合水骨料浸泡至100%吸水饱50%水泥吸水饱和和的骨料搅拌30s搅拌30s100%水泥拌合水+50%搅拌120s水泥振动3s搅拌120s0N振动6s振加捣400N动压实振动9s成成成振加捣600N型型型动压实振动12s成成成800振动15s型型型成型方法A1t、A1、A2f、A2、A3成型方法B1、B2、B3100%骨料50%拌合水搅拌30s50%水泥搅拌60s50%拌合水+50%水泥振加捣动压实成成成型型型成型方法C1、C2、C3图5.1制备工艺流程图47 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究5.2振动时间对多孔混凝土性能的影响振动时间延长会降低混凝土的紧密程度。多孔混凝土对孔结构特殊要求，振动时间过长必定会使水泥浆体沉降在多孔混凝土底层，造成底部孔结构堵塞，导致多孔混凝土失去使用价值。为了研究振动时间对多孔混凝土的影响，本文中进行了以下实验：选取粒径为19mm~26.5mm的再生骨料，采用的配合比为：水灰比为0.33，骨胶比为1/5，使用两步搅拌法搅拌混凝土，混凝土搅拌后装入模具，振动时间分别3s、6s、9s、12s、15s，一天后脱模并置于20℃、95%RH的标准养护室中养护，通过测试并比较多孔混凝土试块的各项物理性能，优选出最佳的振动时间，总结振动时间对性能的影响规律。5.2.1振动时间对孔隙率的影响从图5.2可以看出，随着成型振动时间从3s~12s依次延长，孔隙率与振动时间成反比。当振动时间在6s时，孔隙率开始明显下降，而当振动时间超过9s后，孔隙率下降趋势减缓。这主要是由于，随着振动时间的延长，骨料之间相互堆积的状态从疏松逐渐紧密，孔隙率下降，但是，如果振动时间过长，多孔混凝土底部连通性降低，将不能用于透水及植物生长。通过对振动时间对总孔隙率和连通孔隙率的影响分析，振动时间在6s~12s范围内是合适的，这也与已有的研究结论相似。图5.3中展示了振动时间分别为9s和12s的多孔混凝土底面图像，可以明显看出，振动12s后，底部的孔隙率已经很低。当然，根据不同的水泥用量，不同的水灰比，最佳振动时间肯定是不同的，这需要在应用中根据具体的配合比去测试，针对本实验中的配合比，振动时间在6s~9s之间最佳。50连通孔隙率总孔隙率45/%40孔隙率35303691215振动时间/s图5.2振动时间对孔隙率的影响48 济南大学硕士学位论文图5.3不同振动时间下多孔混凝土底面孔隙率图像5.2.2振动时间对抗压强度的影响从图5.4为不同振动时间后的抗压强度中可以看出，振动时间延长，养护1天后的抗压强度呈现出先上升后下降的趋势，振动9s时强度值为1.9MPa，达到最大值；养护龄期超过1天后，抗压强度与振动时间没有明显的关系，3天的抗压强度约为2.5MPa，28天的抗压强度约为4.0MPa。这主要是由于：在混凝土成型过程中，振动时间增加，骨料的堆积密度逐渐提高，孔隙度下降，骨料之间齿合紧密。此外，短时间振动会使流动的水泥浆体聚集在骨料间的接触点位置，增大接触面积，从而使多孔混凝土整体强度在短时间振动下有上升的趋势，但是，随振动时间继续增加，更多的水泥浆体沉降到底层，骨料的包裹层厚度下降，上层水泥浆体量减少，水泥在试块整体中的分布不均匀，从而导致整个试件的强度下降。因为实验中使用的水泥是具有快硬早强特性的硫铝酸盐水泥，水泥浆体本身强度在3天时就能够超过再生骨料的强度，所以在3天及以后测试多孔混凝土的抗压强度，多孔混凝土破坏部分多为骨料破碎，而不是骨料间的接触位置，由于使用的骨料种类是相同的，所以强度也不再有显著差别。综合各龄期的强度值分析，最适宜的振动时间为9s。5.2.3振动时间对透水系数的影响49 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究53.21d3d28d43.03/MPa/cm/s2.82抗压强度透水系数2.6102.436912153691215振动时间/s振动时间/s图5.4振动时间对抗压强度的影响图5.5振动时间对透水系数的影响从图5.5振动时间对透水系数的影响中可以看出：振动时间与透水系数成反比，时间延长则透水系数下降，当振动9s，并且不超过12s时，透水系数趋于稳定，基本上能够稳定在2.75cm/s。但是，当振动时间超过12s，透水系数又开始下降。可见，振动时间对透水系数的影响与其对孔隙率的影响规律相似。振动时间小于9s时，透水系数的下降主要是由于骨料间堆积趋于紧密状态，孔隙率下降造成的，当振动时间超过12s后，更重要的原因是，水泥浆体沉降在多孔混凝土底部，底面孔隙开始降低，如果振动时间继续延长，更多水泥浆体沉降于多孔混凝土底部，底面孔隙消失，导致多孔混凝土透水性能完全丧失。因此，在本实验配合比前提下，振动时间在9s~12s时透水系数较高。本实验中配合比下，综合考虑振动时间对孔隙率、强度及透水性三项指标的影响结果，最佳的振动时间为9s。5.3成型压力对多孔混凝土性能的影响选取19mm~26.5mm单一粒径的再生骨料制备多孔混凝土，使用0.33的水灰比，1/6的骨胶比，采用两步搅拌法搅拌后装入准备好的边长为100mm的立方体模具中，使用压力机对填入模具的混凝土加压，压力设置分别为0N、400N、600N、800N，一天后脱模并置于20℃、95%RH的标准养护室，通过测试多孔混凝土试块的各项物理参数，探索成型压力对性能的影响规律。5.3.1成型压力对孔隙率的影响从图5.6可以看出：当成型压力为0时，即自由落体成型情况下，制备的试样总孔50 济南大学硕士学位论文隙率高达47.1%，基本就是骨料本身的堆积空隙率，此时连通孔隙率也能达到43.4%。成型压力在0~400N之间增大时，总孔隙率和连通孔隙率都在急剧下降，当成型压力为400N时，多孔混凝土的总孔隙率下降为44.0%，连通孔隙率为39.6%；当压力超过400N后，下降速率趋向平缓。这主要是由于，随着成型压力的增大，骨料之间相互堆积的状态从疏松逐渐紧密，骨料间齿合更加密切，总孔隙率下降，相应的连通孔隙率也有所下降。随着成型压力继续增大，骨料之间相互接触，阻碍了体积的继续缩小，从而使孔隙率下降趋势减缓。但是，随着成型压力的进一步增大，骨料开始破碎，体积继续减小，孔隙率下降。当成型压力分别达到600N及800N时，多孔混凝土的总孔隙率分别为42.1%、41.4%，两者之间已经没有明显的差距。5.3.2成型压力对抗压强度的影响505连通孔隙率1d48总孔隙率3d46428d443/%42/MPa402孔隙率38抗压强度36134004006008000400600800成型压力/N成型压力/N图5.6成型压力对孔隙率的影响图5.7成型压力对抗压强度的影响从图5.7成型压力对抗压强度的影响中看出：三个龄期的抗压强度随着压力的增大抗压强度表现出先增后减的趋势，当成型压力为600N时，各龄期的抗压强度均达到最大值，分别为1.4MPa、2.4MPa、3.2MPa；当成型压力大于600N后，强度开始下降，当成型压力为800N时，三个龄期的强度分别为1.1MPa、1.8MPa、2.3MPa。在混凝土成型过程中，成型压力的增大使骨料间的间隙减小，齿合更加紧密，此外，压力也会使骨料接触面积增大，水泥浆体凝结后整体的孔隙度下降，强度增加，因此，在一定的成型压力范围内，成型压力跟试件的抗压强度成正比。但是，废旧混凝土再生骨料本身的51 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究性能较差，强度较低，压碎指标较高，成型过程中压力增大到一定程度后，骨料本身开始破碎，即使水泥浆体后期正常硬化，骨料本身已经存在的裂纹也会使多孔混凝土整体的抗压强度下降。因此，采用压制成型时，成型压力需要在适当的范围内，防止在成型时就将骨料压碎而导致制备的多孔混凝土的抗压强度下降。综上所述：针对本实验中使用的废旧混凝土再生骨料，成型压力对制备的多孔混凝土的抗压强度的影响的转折点为600N，所以，用于本实验制备的再生骨料制备多孔混凝土时最佳的成型压力不能超过600N。5.3.3成型压力对透水系数的影响3.83.63.4/cm/s3.2透水系数3.02.80400600800成型压力/N图5.8成型压力对透水系数的影响从图5.8多孔混凝土成型压力与透水系数之间的关系图中可以看出：成型压力与透水系数基本成反比关系，压力增大导致了透水性的下降。成型不施加压力时，制备的试样的透水系数为3.36cm/s，当成型压力增至400N时，多孔混凝土的透水系数下降为3.18cm/s。成型压力继续增加，多孔混凝土的透水系数继续下降，但其下降速率减缓，这一规律与成型压力对多孔混凝土孔隙率的影响规律相似，当成型压力为400N及800N时，多孔混凝土的透水系数分别为3.09cm/s及3.05cm/s，两者之间已没有明显差距。归结其原因不难看出，影响规律与压力对孔隙率影响的规律相似：成型压力增加，骨料之间堆积越来越紧密，孔隙率下降的同时透水系数也下降，成型压力增大到一定程度后，骨料之间达到最紧密程度，骨料相互接触阻碍体积继续降低，孔隙率下降速率减慢，从而透水系数下降速率也减缓，逐渐趋向于不变，稳定在3.1cm/s左右。52 济南大学硕士学位论文针对本实验中使用的骨料种类及配合比，综合考虑振动时间对多孔混凝土孔隙率、抗压强度及透水系数三项综合性能的影响，成型压力为600N比较适合于多孔混凝土成型。5.4制备工艺多孔混凝土对性能的影响通过5.2及5.3中振动时间以及成型压力对肥效缓释型多孔混凝土各项性能的影响规律得出：采用振动成型制备多孔混凝土时，最佳的振动时间为9s，而采用压制成型时，适用于制备多孔混凝土最佳的成型压力为600N。将实验中提出的振动成型、压制成型及捣实成型方法与三种不同的搅拌方法结合，本实验中一共提出了9种不同的制备工艺，分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3，其中A1、B1、C1的振动时间均为9s；A2、B2、C2的成型压力均为600N；A3、B3、C3均使用捣实成型，成型时分两层填装混凝土，使用混凝土捣棒，每层均匀插捣25次左右。选取19mm~26.5mm单一粒径的再生骨料制备多孔混凝土，使用0.33的水灰比，1/5的骨胶比，采用实验中设计的9种制备工艺制备多孔混凝土，成型一天后脱模并置于水泥混凝土标准养护室中养护，然后测试多孔混凝土试块的孔隙率、不同龄期的抗压强度及透水系数，讨论不同制备工艺对多孔混凝土性能的影响，优选出最合适的制备工艺。6501d总孔隙率483d连通孔隙率528d4644442/MPa/%340382孔隙率抗压强度3634132030A1A2A3B1B2B3C1C2C3A1A2A3B1B2B3C1C2C3图5.9制备工艺对抗压强度的影响图5.10制备工艺对孔隙率的影响53 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究4.03.53.02.5/cm/s2.01.5透水系数1.00.50.0A1A2A3B1B2B3C1C2C3图5.11制备工艺对透水系数的影响图5.9、图5.10与图5.11分别展示了不同制备工艺下多孔混凝土的抗压强度、孔隙率及透水系数三项基本物理性能。从图5.9制备工艺对抗压强度的影响规律中可以看出，不同制备工艺下，抗压强度较高的前五个制备方法组合分别为B3＞B1＞A3＞C3＞A1；从图5.10制备工艺对孔隙率的影响可以看出，不同制备工艺下，孔隙率较高的前五个制备方法组合分别为C2＞A3＞A1＞B2＞B1；从图5.11制备工艺对透水系数的影响规律可以看出，不同制备工艺下，多孔混凝土透水系数较高的前五个制备方法组合分别为A2＞A3＞C2＞A1＞B2。三种搅拌方法与三种成型方法的结合的后不同的制备工艺下制备再生骨料多孔混凝土，综合考虑制备试样的各项物理性能指标，最终发现搅拌方法A与成型方法3的结合是最佳的制备工艺，即适用于再生骨料制备多孔混凝土最佳的制备工艺是两步搅拌法和捣实成型结合。小结（1）振动时间的延长均使孔隙率及透水系数逐渐降低，早期抗压强度随着振动时间的延长呈现出先上升后下降的趋势，但是对后期强度没有显著影响。综合考虑制备试样的各项性能，采用振动成型时，最佳的振动时间为9s。（2）成型压力增大，再生骨料多孔混凝土的孔隙率及透水系数均逐渐降低，再生骨料多孔混凝土的抗压强度随着成型压力增大呈现出先增大后下降的趋势。当成型压力超过800N，成型时再生骨料部分发生破碎。综合考虑试件的各项性能得：采用压制成型时，最佳的成型压力为600N。54 济南大学硕士学位论文（3）通过不同搅拌方法与不同成型方法的结合，综合考虑制备试件抗压强度、孔隙率及透水系数三项基本物理性能，确定两步搅拌法和捣实成型结合为最佳的制备工艺，制备的肥效缓释型多孔生态混凝土总孔隙率达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。55 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究56 济南大学硕士学位论文第六章肥效缓释型多孔混凝土的耐久性研究耐久性是表征混凝土性能的重要指标，也是混凝土科学的主要研究内容，它是混凝土与环境因素长期相互作用的结果。混凝土的耐久性决定了工程及建筑的安全运行寿命，直接关系到国民生命安全及经济的健康发展。多孔生态混凝土主要应用在边坡防护工程中，使用过程中，常年经受风吹日晒，干湿循环、冻融循环、生物侵蚀等破坏，服役环境比较恶劣。长时间与环境相互作用导致混凝土受到侵蚀并发生不可逆损坏，所以，必须对多孔生态混凝土耐久性进行相关的探究及表征。本章选择粒径为19mm~26.5mm单一粒径的再生混凝土粗骨料，并选取标号为42.5的硫铝酸盐水泥，骨胶比为6/1，水灰比为0.33，聚羧酸减水剂的掺量为1.1%，缓凝剂硼酸的掺量为0.4%，并且掺加了2.0%的尿素或磷酸氢二铵，制备了具备肥效缓释效果多孔生态混凝土，分别测试了其抗冻性能、干缩性能、碱度变化及多孔混凝土的肥效释放特性。此外，使用石灰岩骨料制备了多孔混凝土作对比实验。实验配合比设计如表6.1所示。3表6.1配合比设计/kg/m骨料类型序硫铝酸盐尿素磷酸氢二铵缓凝剂减水剂再生骨石灰岩拌合水号水泥/wt.%/wt.%/wt.%/wt.%料骨料N31465244.1753.720.41.1R61217202.8367.750.41.1R71217202.8360.240.20.41.1R81217202.8360.242.00.41.1R91217202.8360.243.50.41.1R101217202.8360.240.20.41.1R111217202.8360.242.00.41.1R121217202.8360.243.50.41.16.1多孔混凝土的抗冻性能多孔混凝土主要应用于生态护坡，多孔结构中需要填充种植材料，而且由于植物的生长，经常处于潮湿状态，甚至浸泡于水中，在北方冬季，混凝土将经常处于冻融循环57 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究的环境中。多孔混凝土中填充的种植材料是高吸水材料，能够吸收大量的水分，此外，再生骨料本身及粘结骨料间的水泥浆体中也都存在大量的毛细孔，虽然可以为养分向外迁移提供了通道，但宏观孔中的水分也会通过这些毛细孔向混凝土的实体部分迁移，随着冻融循环次数的增加，毛细孔逐渐扩大并成为裂缝，最终将导致多孔混凝土破坏。为了探究肥效缓释型多孔混凝土的抗冻融循环的能力，本实验中进行了抗冻性能的相关研究。6.1.1再生骨料的抗冻性能混凝土冻融破坏主要受水泥种类、骨料种类、成型时的水灰比及环境等因素的影响，是一个复杂的物理变化过程。再生骨料由原有天然骨料及砂浆组成，骨料本身较高的孔隙率致使其有较高的吸水率。因此，骨料本身的抗冻性可能会很差。实验开始之前，将再生骨料按照GB/T50082-2009中慢冻法的规定，测试了再生骨料本身的抗冻性，并与普通石灰岩骨料的抗冻性能做了比较。60石灰石骨料再生骨料5042.54%40/%3020质量损失率102.27%0051015202530354045冻融循环次数/次图6.1骨料的抗冻性能从图6.1中可以看出：天然石灰岩骨料的抗冻性能比较好，经过40个冻融循环后，石灰岩骨料本身的质量损失率仅有2.27%；相比之下再生骨料的抗冻性能就表现的非常差，图中可以看出随着冻融次数的增加，再生骨料的质量几乎呈现线性下降，经过40个冻融循环后，再生骨料本身的质量损失率达到了42.54%，制备的多孔混凝土冻融循环后破坏部分大部分也是再生骨料本身原先的砂浆。可见，再生骨料较高的孔隙率，导58 济南大学硕士学位论文致了高的吸水率，而高吸水率注定了其本身较差的抗冻性能，最终使制备的试样抗冻性表现也比较差。(a)再生骨料(b)多孔混凝土破坏界面图6.2冻融循环后的再生骨料及再生骨料多孔混凝土6.1.2改性再生骨料多孔混凝土的抗冻性能表6.2预处理后的再生骨料的性能33水泥浆体水灰比堆积密度/kg/m表观密度/kg/m吸水率/%未处理135925905.610.8139526264.371.0142526563.101.2143126622.93通过实验发现再生骨料制备的多孔生态混凝土经过15个冻融循环后基本全部破碎，抗冻性能表现较差。但是，由于多孔生态混凝土特殊的服役环境，要求其必须具备较好的抗冻融循环性能，因此，在使用再生骨料制备多孔混凝土之前，必须要对再生骨料进行一定的改性。结合本课题组的研究，本实验中使用硫铝酸盐水泥浆体对再生骨料进行浸泡渗透、裹浆处理。实验设计了三个不同水灰比的硫铝酸盐水泥浆体，分别为：0.8、1.0、1.2。处理步骤：首先使用混凝土搅拌机将水泥净浆搅拌均匀，然后将骨料倒入并混合5分钟，最后将再生骨料从水泥浆体中捞出并控干水分，置于通风处风干，实验中59 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究对于风干时间也设计了三个，分别为1天、4天、7天，风干后得到处理后的再生骨料。表6.1展示了不同条件改性后的再生骨料的基本物理参数。3使用改性理后的骨料成型100×100×400mm的长方体试块，按照国标中混凝土快冻法的测试要求进行快速冻融实验，检验不同预改性方法对多孔混凝土抗冻性能的影响。60.8-31.0-151.0-31.0-741.0-14/%1.2-33N2质量损失率10051015202530354045冻融循环/次图6.3冻融循环后肥效缓释型多孔混凝土的质量损失率试件质量变化可以直观地反映冻融循环后混凝土试件的破碎情况，从图6.3显示了冻融循环后试件的质量变化情况。普通石灰岩骨料制备的多孔混凝土的抗冻性能最佳，质量损失没有突变，说明试件没有发生崩塌性破碎，经过40次循环后试件的质量仅损失了2.73%。相比较之下，再生骨料制备的多孔混凝土的抗冻性能就比较差，不同的改性方法对抗冻性能的改善情况也不同。当再生骨料预处理的风干时间为3天时，多孔混凝土的抗冻性能随着浸泡水泥浆体的水灰比不同而变化，其中水灰比为1.0时处理的骨料制备试样的抗冻性能最佳，制备试件经过20个冻融循环后质量仅下降了2.52%。当再生骨料预处理的水泥浆体水灰比为1.0时，多孔混凝土的抗冻性能随着骨料风干时间延长变得越来越好，当风干时间为1天时，制备的多孔混凝土在经过10个冻融循环后就崩塌性破碎，当风干时间为7天时，制备试样经过20个循环后，其质量仅下降了1.69%。这主要是因为：水灰比为1.0的浆体可以使更多的水泥颗粒可以吸附于再生骨料的孔隙中，越长的风干时间为吸附于再生骨料中的水泥颗粒提供了更长的水化时间及更久的水化产物生成时间，从而使处理后的骨料具备更高的密度及更低的吸水率。使制备试样的抗冻性能大幅度提升。60 济南大学硕士学位论文6.2多孔混凝土的干缩性能肥效缓释型多孔混凝土应用于植物生长后，由于植物的生长需求，要对混凝土定期进行灌溉，此外，多孔混凝土服役环境注定其受雨季或旱季等季节变化的影响，因此，会长期处于一种干—湿循不断变化的环境中。处于干燥环境中时，失水收缩并导致微裂纹的产生，吸水后体积膨胀，裂纹加大，如此往复循环最终导致混凝土的破坏，此外，植物的生长也会产生一定的膨胀应力，加速混凝土的破坏。多孔混凝土施工多为大面积施工，干燥收缩后更容易因应力集中而产生干燥裂纹，因此，探究肥效缓释型多孔生态混凝土的干缩性能至关重要。200175150125-6100N3/10R675R8干缩率50R11250-25020406080100120140160养护龄期/d图6.3试件干缩率随时间的变化曲线根据混凝土耐久性的国标成型并测试试件的干缩特性。结果如图6.3所示：随着养护龄期的增加干燥收缩首先迅速增加，随后增加趋于缓慢，收缩率趋于稳定，最终趋向-4于1.15~1.77×10。其中，使用石灰岩骨料及再生骨料掺加尿素制备的多孔混凝土干缩率较小，可见掺加尿素可以改善再生骨料多孔混凝土的干缩性能，当掺量为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-4在1.15×10左右。而掺加磷酸氢二铵的再生骨料肥效缓释型多孔混凝土的干缩率最大。虽然多孔混凝土存在大量宏观孔，但是水泥浆体中依然存在更多的毛细孔，毛细孔失水导致多孔混凝土干燥收缩，此外，硫铝酸盐水泥水化产物主要是AFt，AFt结构中含有32个结晶水，干燥环境下，其中的26个结晶水很容易失去，失水后混凝土干燥收缩，61 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究[87]3-并且AFt的数量决定了混凝土干缩率的大小。掺加磷酸氢二铵后，电离产生的PO42+2+与Ca反应并生成难溶的磷酸钙沉淀，Ca浓度的降低导致水化产物含量的降低，导致硫铝酸盐水泥硬化浆体本身孔隙率提高，毛细孔及自由水含量增加，因此干燥收缩率最大。此外，再生骨料本身含有部分砂浆，是一种多孔骨料，吸水率高，干燥后再生骨料本身也会产生收缩。因此，再生多孔混凝土试样的干缩特性较一般的试样差。6.3肥料对多孔混凝土碱度的影响环境的酸碱性对植物的生长存在直接或间接地影响，其中间接影响主要表现在对土壤物理、化学及生物学性能的影响；而酸碱性对植物生长的直接影响主要表现在对植物[88]外观形态、植物对物质吸收能力、植物生长发育、植物产量及品质等方面的影响。大部分植物生长所需要的碱度环境为7.0左右的中性土壤或是弱酸性环境，肥效缓释型多孔混凝土主要应用于植物种植，多孔混凝土能否提供适宜的碱环境，对植物的生长极为重要，因此，本实验对制备试样的碱度进行了研究。主要研究了尿素及磷酸氢二铵掺量对多孔混凝土碱度的影响，并对石灰岩骨料多孔混凝土的碱度及再生骨料多孔混凝土的碱度进行了比较。图6.4展示了尿素及磷酸氢二铵对碱度的影响。从图6.4（a）中可以看出：不考虑骨料类型及尿素掺量的情况下，随着养护龄期的延长，碱度逐渐降低，当养护龄期达到28天时，肥效缓释型多孔混凝土的碱度逐渐趋向于8.3。水泥水化过程中会产生大量的Ca(OH)2，导致水溶液为饱和碱溶液，因此水泥用量多就会导致越高的pH值。从表2.3骨料性能的表征中可知，石灰岩骨料的堆积密度较高。因此，在相同的骨胶比为6的情3况下，使用石灰岩骨料制备多孔混凝土时，需要硫铝酸盐水泥的量为244.17kg/m，而3使用再生骨料制备多孔混凝土时，需要硫铝酸盐水泥的量仅为202.83kg/m。因此，使用石灰岩制备的试样N3的pH值最高。从图中还可以看出，掺加尿素可以降低多孔混凝土早期的碱度，例如1天、3天的碱度；当养护到7天时，掺入尿素的多孔混凝土的pH值高于未掺加尿素的多孔混凝土，并且随掺量增加，pH值越大，这主要是由于尿素[89]的掺入延缓了水泥的水化而引起的。当多孔混凝土养护龄期超过14天后，碱度逐渐[65,90]趋向并稳定于8.3左右，这个碱度已经能够适用于植物生长的需要。从图6.4（b）中可以看出：掺加磷酸氢二铵后多孔混凝土的各龄期的碱度普遍升高，并且掺量越高pH值越大，这主要是由于磷酸氢二铵水解后的pH值较高导致的。因此，掺加磷酸氢二铵后的多孔混凝土的pH值会高于空白样。62 济南大学硕士学位论文11.0R6R69.6R710.5R10R8R11R910.0R129.2N3N39.58.8pHpH9.08.48.58.08.07.513714281371428养护龄期/d养护龄期/d（a）尿素对碱度的影响（b）磷酸氢二铵对碱度的影响图6.4尿素及磷酸氢二铵对碱度的影响6.4多孔混凝土的肥效释放特性试验中将肥料组分掺入胶凝材料，使多孔混凝土具备了肥效缓释特性，为了探究肥效缓释型多孔生态混凝土的肥效释放特性，实验中选取了单一的氮肥尿素和氮、磷二元素复合肥磷酸氢二铵两种肥料，在制备多孔混凝土过程中分别设计了三个不同的掺量，[75]然后参考国标GB/T23348-2009《缓释肥料》中的实验方法，将试样养护到不同龄期后取出浸泡液，并根据HJ636-2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光[76][77]度法》、GB100893-89《水质总磷的测定钼酸铵分光度法》中的测试要求，使用UV-5200PC光度计分别测试浸泡溶液中的总氮及总磷含量。图6.5显示了掺加尿素后多孔混凝土的N元素释放量及累积释放率。从图中可以看出：尿素掺量越大，在同一龄期下的N元素释放量也越大，当尿素掺量分别为0.2wt.%，2.0wt.%和3.5wt.%时，当养护到1天后测得N元素的释放量分别为7.89mg/L，481.58mg/L和1017.27mg/L，养护到28天后测得N元素的释放量分别为17.71mg/L，394.55mg/L和571.46mg/L。此外，同一掺量下，浸泡时间延长后N元素的释放量也在逐渐下降。尿素掺量在0.2wt.%情况下，分别养护到1、14及28天后，N元素的释放率分别为4.15%，15.66%及25.00%；尿素掺量在2.0wt.%情况下，分别养护到1、14及28天后，N元素的累积释放率分别为25.39%，51.20%及72.00%；尿素掺量在3.5wt.%情况下，分别养护到1、14及28天后，N元素的累积释放率分别为30.64%，74.79%及92.00%，可以看63 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究出：氮元素的累积释放率随着养护龄期的延长而越来越高，并且，在同一龄期下，尿素掺量越多，累积释放率越高。1200100R7R8R9100080800/%60060/mg/L40020040元素释放量元素累积释放率NN2010001371428养护龄期/d图6.5掺加尿素后多孔混凝土N元素释放量及累积释放率3001001600.05R10R11R12140R10R11R2250801200.04200100/%/%80/mg/L15060/ug/L0.036010040400.025020元素释放量元素累积释放率元素释放量P元素累积释放率N20N1.50.01P21.00.5000.00.0013714281371428养护龄期/d养护龄期/d（a）N元素（b）P元素图6.6掺加磷酸氢二铵后多孔混凝土N、P元素释放量及累积释放率图6.6显示了掺加磷酸氢二铵后多孔混凝土N、P元素释放量及累积释放率。从图中可以看出：磷酸氢二铵掺量越大，在同一龄期下N、P元素的释放量也越大；相同二铵掺量下，养护龄期越长，N、P元素的释放量也越低；N、P元素的累积释放率随着养护龄期的延长而越来越高，并且，在同一龄期下，磷酸氢二铵掺量越多，累积释放率越高。更重要的是，养护到28天时，N元素的累积释放率可以达到18.00%~70.00%，但是P元素的累积释放率却非常低，最高也仅有0.035%。这主要是由于：通过国标GB100893-89中规定的测定方法检测的磷浓度只能是有效磷含量，自然环境下不能被吸收或通过转化也不能被吸收的磷元素称为无效磷，此方法是检测不到的。磷酸氢二铵遇水64 济南大学硕士学位论文+2-2-+3-3-2-后分解为NH4及HPO4，其中HPO4又可水解为H与PO4，PO4及HPO4都能够与2+2+水泥中的Ca、Mg等离子生成难溶性的磷酸盐沉淀，这些含磷的盐类因为无法水解而成为无效磷，不能被植物吸收，也不能检测到，所以检测时磷元素的释放量及累积释放率都较低，释放率仅有0.01%~0.03%，可见，磷元素确实不适用于在制备多孔混凝土过程中掺加。小结（1）再生骨料较高的吸水率及较低的强度导致了其较差抗冻性；将骨料使用水泥浆体预处理后可以有效改善再生骨料多孔混凝土的抗冻性，并且预处理后风干时间越长，制备试样的抗冻性能越良好。使用水灰比为1.0的硫铝酸盐水泥浆体浸泡再生骨料，风干7天后用于制备多孔混凝土，经过20个冻融循环后，试件的质量损失仅有1.69%，抗冻性能得到改善。（2）再生骨料多孔混凝土的干缩性能差于石灰岩制备的多孔混凝土；掺加尿素可以改善试件的干缩性能，当掺量为2.0wt.%时，再生骨料多孔混凝土的干缩性能与石灰-4岩骨料多孔混凝土相当，干缩平衡时干缩率稳定在1.15×10左右。但是，磷酸氢二铵掺入后使试块的干缩性能变差。（3）尿素的掺入可以降低多孔混凝土的碱度，当养护龄期达到28天时，pH值可以降至8.2左右，而磷酸氢二铵的掺入使多孔混凝土的pH值提高了0.3~0.6。（4）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，可以达到2+16.10%~92.00%。但是，掺加磷酸氢二铵的多孔生态混凝土，由于磷酸根与水泥中Ca、2+Mg等生成了难溶的磷酸盐，有效磷释放率仅有0.01%~0.03%，释放效果较差。65 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究66 济南大学硕士学位论文第七章种植材料的研究与植物实验多孔生态混凝土涉及到水泥混凝土科学、植物生物学等多种学科，对多孔生态混凝土的评价不仅包括混凝土科学中涉及的一系列性能指标，还应该对其植物生长等生物学性能进行评价。针对多孔生态混凝土的特点及植物对种植材料的需求，本实验使用蛭石、草炭土、有机保水剂及低碱度硫铝酸盐水泥对普通种植材料进行了改性，制备了种植材料，并测试了其性能。然后将其填充于制备的肥效缓释型多孔生态混凝土中，制备了肥效缓释型多孔生态混凝土植物种植基，选取了北方草坪常用的草坪植物中比较耐碱、耐旱的高羊茅、黑麦草及绿景五号三个品种，将其种植于多孔生态混凝土中，研究了其各自的生长特性，也对植生后多孔混凝土及种植材料的性能变化进行了跟踪测试。7.1种植材料的制备多孔生态混凝土依靠多孔混凝土提供孔隙结构，并在孔隙中填充种植材料，植物生长于孔隙结构中的种植材料中。可见，种植材料才是多孔生态混凝土中植物最直接的生长环境，最直接的影响着植物的生长生存。多孔生态混凝土由于多孔骨架的连通性，使填充在空隙间的种植材料易风干，从而使植物枯萎，此外，水分的丧失也伴随着养分的流失，导致植物对养分的吸收造成限制。多孔生态混凝土服役地点多为较恶劣的环境，浇水、施肥等养护也不能及时。因此，必须要增强种植材料的保水特性。图7.1多孔生态混凝土的工程应用实况67 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究通过以往工程应用发现，多孔生态混凝土表层的覆土层抗冲刷、抗洗掘的能力较差。从图7.1中可以看出：图中红圈处的种植材料已经被冲刷干净，多孔混凝土骨架已经裸漏，植物不能生长附着，降低了整个草坪的植物覆盖率及绿化率，也使美观性变差。因此，提高种植材料的强度及抗冲刷能力，保障护坡绿化工程的绿化率，对促进多孔生态混凝土的实际应用也极为重要。为了提高种植材料的保水性能及抗冲刷性能，本实验对已有研究的种植材料（自然土：草炭土：蛭石=100：10：8）进行了改性，选取了有机保水剂羟丙基甲基纤维素醚，以提高种植材料的保水性能，保水剂掺量分别为自然土质量的0.125%、0.250%、0.375%、0.500%。此外，为了提高种植材料的强度，提高其抗冲刷性能，本实验还在种植材料掺入了一定量的低碱度硫铝酸盐水泥，其掺量分别为自然土质量的1.0%、2.0%、3.0%、4.0%。本实验中设计种植材料组成如表7.1所示。表7.1种植材料组成/wt.%序号自然土草炭土蛭石硫铝酸盐水泥羟丙基甲基纤维素S100STV100108STVC11001081.0STVC21001082.0STVC31001083.0STVC41001084.0STVH11001080.125STVH21001080.250STVH31001080.375STVH41001080.5007.1.1种植材料的保水性能图7.2显示了硫铝酸盐水泥及羟丙基甲基纤维素醚对种植材料保水性能的影响。从图中可以看出：自然土的吸水率为50.1%左右，使用草炭土及蛭石改性自然土，可以使其吸水率达到54.6%。硫铝酸盐水泥掺入后，种植材料的保水性能没有明显变化，而有机保水剂羟丙基甲基纤维素醚的掺入，可以有效提高种植材料的保水性能，并且随着掺68 济南大学硕士学位论文量的增加，种植材料的吸水率逐渐增大，当保水剂掺量为0.500%时，种植材料的吸水率能够达到66.1%，相对于传统的种植材料，吸水率提高了16.0%，这主要是由于羟丙基甲基纤维素醚本身较高的吸水率造成的。8080707060605050/%/%4040吸水率吸水率30302020101000SSSTVSTVSTVC1STVC2STVC3STVC4STVH1STVH2STVH3STVH4（a）掺加硫铝酸盐水泥（b）掺加羟丙基甲基纤维素醚图7.2硫铝酸盐水泥及羟丙基甲基纤维素醚对种植材料保水性能的影响7.1.2种植材料的抗冲刷性能2.00.120.100.081.60.060.4抗冲刷系数0.04抗冲刷系数0.20.020.000.0SSTVSTVC1STVC2STVC3STVC4SSTVSTVH1STVH2STVH3STVH4（a）掺加硫铝酸盐水泥（b）掺加羟丙基甲基纤维素醚图7.3硫铝酸盐水泥及羟丙基甲基纤维素醚对种植材料抗冲刷性能的影响图7.3显示了硫铝酸盐水泥及羟丙基甲基纤维素醚对种植材料抗冲刷性能的影响。69 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究从图中可以看出：自然土的抗冲刷系数较低，草炭土添加后，其中的植物纤维带来了一定的加筋作用，使种植材料的抗冲刷性能有一定提高，但是，硫铝酸盐水泥的掺入，使种植材料的抗冲刷性能下降，当掺量达到4.0%时，抗冲刷系数又开始增大；羟丙基甲基纤维素醚的掺入，可以有效提高种植材料的抗冲刷性能，并且随着掺量的增加，种植材料的抗冲刷系数逐渐增大，当掺量达到0.500%时，抗冲刷系数提高到1.77，同时，种植材料也出现硬化板结现象。7.1.3种植材料的碱度图7.4显示了硫铝酸盐水泥及羟丙基甲基纤维素醚对种植材料碱度的影响。从图中可以看出：自然土的碱度为7.54，掺入10.0%草炭土及8.0%蛭石后碱度为7.47，没有明显变化，但是，硫铝酸盐水泥掺入后，由于水泥水化能够产生较多的碱性性物质，导致种植材料的碱度变化较为明显，并且掺量越大，碱度值越高，硫铝酸盐水泥的掺量在1.0%~4.0%范围内增加，pH值从7.77增大到了9.47；有机保水剂羟丙基甲基纤维素醚的掺入对种植材料的碱度没有明显的影响，种植材料碱度基本都稳定在7.54~7.59范围内。121210108866pHpH442200SSSTVSTVSTVC1STVC2STVC3STVC4STVH1STVH2STVH3STVH4（a）掺加硫铝酸盐水泥（b）掺加羟丙基甲基纤维素醚图7.4硫铝酸盐水泥及羟丙基甲基纤维素醚对种植材料碱度的影响70 济南大学硕士学位论文7.2植生实验与评价7.2.1室内植生实验实验制备了具备肥效缓释特性的多孔生态混凝土，并改性了种植材料，为了验证肥效缓释型多孔生态混凝土及种植材料与植物的相容性，本文在实验室中进行了室内植生实验。采用直径及高度均为200mm的PVC管制备种植基，其构造及组成示意图如图7.5所示。将PVC管切割成高度为200mm的圆筒，用1mm厚的水泥净浆封底后，并填充10cm厚的自然土，压实，然后成型7cm厚的多孔混凝土，最后在多孔混凝土孔隙及上表面覆盖制备的种植材料，进行植物种植。2cm种植材料7cm多孔混凝土10cm自然土图7.5种植基组成示意图为了研究种植材料、多孔混凝土及植物之间的相容性，本实验中设计了12组不同的种植基，并以普通自然土壤作为对照实验，如表7.2所示。选取了北方草坪常用的草坪植物中比较耐碱、耐旱的高羊茅、黑麦草及绿景五号三个品种进行种植。71 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究表7.2种植基组成编号种植材料多孔混凝土S自然土STVN自然土+10%草炭土+6%蛭石天然骨料STVR自然土+10%草炭土+6%蛭石再生骨料STVRN自然土+10%草炭土+6%蛭石再生骨料+2%尿素STVRP自然土+10%草炭土+6%蛭石再生骨料+2%二铵STVC1RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+1%水泥再生骨料+2%尿素STVC2RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+2%水泥再生骨料+2%尿素STVC3RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+3%水泥再生骨料+2%尿素STVC4RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+4%水泥再生骨料+2%尿素STVH1RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+0.125%HPMC再生骨料+2%尿素STVH2RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+0.250%HPMC再生骨料+2%尿素STVH3RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+0.375%HPMC再生骨料+2%尿素STVH4RN自然土+10%草炭土+6%蛭石+0.500%HPMC再生骨料+2%尿素封底填充底层土壤成型多孔混凝土填充种植材料图7.6种植基制备流程图72 济南大学硕士学位论文7.2.1.1发芽率高羊茅绿景五号黑麦草1009080/%70发芽率605040SSTVNSTVRSTVRNSTVRPSTVC1RNSTVC2RNSTVC3RNSTVC4RNSTVH1RNSTVH2RNSTVH3RNSTVH4RN多孔生态混凝土类型图7.7发芽率图7.7展示了多孔生态混凝土中三种草种的发芽率。从图中可以看出：种植基STVN、STVR、STVRN及STVRP中三种草种的发芽率与自然土壤S没有明显区别，由于这四种种植基的种植材料是相同的，而多孔混凝土类型是不同的，所以，多孔混凝土类型对植物的发芽率没有显著影响；种植基STVC1RN、STVC2RN、STVC3RN及STVC4RN中三种草种的发芽率与自然土壤S区别比较明显，其中STVC4RN中三种草种的发芽率显著下降，这说明水泥达到4.0%时，会影响草种的发芽率，而STVC1RN、STVC2RN及STVC3RN中植物的发芽率逐次上升，这说明，在掺加尿素的多孔混凝土中填充掺加硫铝酸盐水泥的种植材料，当掺量在1.0%~3.0%范围内时，草种的发芽率有一定的提高；种植基STVH1RN、STVH2RN、TVH3RN及STVH4RN中绿景五号的发芽率呈现出先下降后上升的趋势，当HPMC掺量为0.347%时，绿景五号的发芽率降低为83%。73 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究7.2.1.2植物生长状况记录表7.3植物生长状态记录种植时间/d状态描述生长状态草种种植，并使用塑料袋进行1保温，促进种子发芽。3部分草种开始发芽。草种基本全部发芽，对草种的7发芽率进行统计。草种种植14天后，植物株高14达到6~7cm左右。草种种植28天后，不同种植28基上的植物长势已有明显区别，有的已经能够覆盖底面。存活的植物株高都能达到20cm以上，植物匍匐生长严56重，需要精修剪，总体长势良好。7.2.1.3种植60天后植株根、茎长度及植株鲜重表7.4中显示了不同类型种植基中黑麦草、绿景五号及高羊茅三种草坪植物种植6074 济南大学硕士学位论文天后的植株状况。从表中可以看出：各种类型的种植基中黑麦草的存活率较高，而高羊茅的存活率是最低的；具备氮、磷两种元素释放效果的肥效缓释型多孔混凝土中三种草坪植物的生长状态时最好的；综合三种草坪植物的存活率及植株生长状态，可以看出使用改性种植材料的种植基STVC2RN及STVH3RN中植物生长时较好的，即种植材料中硫铝酸盐水泥的最佳掺量为2.0%，羟丙基甲基纤维素醚的最佳掺量为0.375%。表7.4植物种植60天后植株根、茎长度及植株鲜重黑麦草绿景五号高羊茅编号根长茎长鲜重根长茎长鲜重根长茎长鲜重/cm/cm/g/cm/cm/g/cm/cm/gS8.428.90.08STVN4.427.10.248.033.10.333.124.50.08STVR7.539.50.171.823.20.084.629.00.05STVRN5.129.80.13STVRP6.126.50.1310.528.60.345.425.20.18STVC1RN4.919.90.11STVC2RN4.022.20.048.117.80.104.420.60.15STVC3RN5.826.20.16STVC4RN2.625.70.04STVH1RN1.421.40.061.423.80.04STVH2RN1.718.10.10STVH3RN1.918.10.045.940.90.342.117.90.04STVH4RN3.023.10.113.235.00.237.2.2户外植生实验为了探究肥效缓释型多孔生态混凝土的实际应用性能，本实验在室外花坛中进行了户外植生实验。在户外进行多孔生态混凝土的工程应用时，首先要对施工地面进行平整，然后将搅拌好的混凝土浇筑在坡面上，多孔混凝土浇筑完以后使用塑料膜覆盖，并定期洒水养护，养护三天后再进行种植实验；将混合好的种植材料填充于浇筑好的多孔混凝土中，并灌2溉，然后将混有草种的种植材料覆盖于表层，其中，草种的使用量约50g/m，覆土厚度2~3cm。播种以后使用塑料薄膜进行覆盖养护，3天后草种开始萌芽，7天后草种基本全部发芽，此时将塑料薄膜掀除，并覆盖遮阳网。早期对草坪定期浇水养护，种植15天以后就可以将遮阳网掀除。种植25天后植物就能够覆盖底面并成坪，植物生长状态良75 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究好。通过实验发现，多孔混凝土及种植材料的类型对草种的发芽率影响较小，当种植到30天时，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，植物根系也基本穿过多孔混凝土，此外，黑麦草的长势普遍比高羊茅的长势好。平整土地浇筑多孔混凝土填充种植材料播种草种遮阳网养护种植7天后种植15天后种植30天后图7.9肥效缓释型多孔生态混凝土户外施工流程及植生效果展示76 济南大学硕士学位论文图7.10肥效缓释型多孔生态混凝土与普通多孔生态混凝土中植物对比（30天）小结（1）硫铝酸盐水泥掺量在1.0%~4.0%范围内时，对种植材料的保水性能及抗冲刷性能基本没有显著影响，但是，随着掺量增加，种植材料的碱度逐渐升高，当掺量为4.0%时，种植材料碱度能达到9.5；羟丙基甲基纤维素醚的掺入可以改善种植材料的保水性能及抗冲刷性能，而且对碱度基本没有影响，当掺量在0.125%~0.500%范围内，种植材料保水性能可以提高4.6%~16.1%，抗冲刷系数也能提高到1.77。（2）硫铝酸盐水泥掺量低于4.0%时，随着掺量增加，绿景五号的发芽率逐渐提高，当掺量达到4.0%时，三种草种的发芽率都大幅度降低；通过室内植生实验发现，当硫铝酸盐水泥掺量为2.0%及羟丙基甲基纤维素醚掺量为0.375%时，植物长势较好。（3）通过户外植生实验发现，植物种植后草种3天开始萌芽，7天后基本全部发芽，并且地表部分能够达到3~4cm，种植25天后基本可以成坪，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。77 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究78 济南大学硕士学位论文第八章结论与展望多孔生态混凝土是一种新型的绿色环保建材，以其良好的景观效应、透水防洪效应、水土保持等效应受到了广泛的关注。近两年来，“海绵城市”建设的开展更进一步促进了这一技术的推广及应用。由于多孔生态混凝土特殊的结构，植生后施肥困难，肥效利用率低，导致植物常因水、养分不足而枯萎甚至退化。因此，本文旨在制备一种具有肥效缓释效果的多孔生态混凝土。首先，为了制备具有肥效缓释效果的胶凝材料，本文将尿素及磷酸氢二铵掺入硫铝酸盐水泥，探究了肥料组分对其各项性能的影响，也对硬化浆体的氮、磷元素的释放效果进行了测试；为了进一步提高多孔混凝土对肥效的缓释效果，实验中使用了具有多孔特性的再生骨料，针对再生骨料多孔特性，探究了适用于再生骨料制备多孔混凝土的制备工艺及配合比，并对其耐久性进行了探究及改善，最后制备了适用于多孔生态混凝土植生的种植材料并进行了植生实验。本文通过对肥效缓释型多孔生态混凝土制备与研究，得出了如下主要结论：（1）尿素掺量为0.2wt.%~4.0wt.%时，硫铝酸盐水泥净浆流动度从87.0mm逐渐增大到了149.3mm，同也延长了凝结时间，初凝时间延长了14min~50min，终凝时间延长了10min~53min；从水化热分析可以看出，尿素的掺加降低了水化速率，总的放热量也有一定程度降低；尿素使水泥硬化浆体早期强度下降，但是对后期强度影响不显著，当掺量在1.5wt.%~2.0wt.%时，28d抗压强度可以达到124MPa，有2.0%的增长；掺加尿素后的硫铝酸盐水泥硬化浆体可以具备氮元素释放效果，掺量越高累积氮元素释放率也越高，养护56天后氮元素的累积释放率能达到23.40%~95.40%。（2）磷酸氢二铵使水泥凝结变慢，初凝时间延长了5min~168min，终凝时间延长了3min~313min；低掺量的磷酸氢二铵可以使流动度增大，但掺量增大，流动度逐渐减小，当超过2.5wt.%，流动度值将小于空白组；磷酸氢二铵的掺加降低了硫铝酸盐水泥的放热速率及总放热量。此外，磷酸氢二铵严重阻碍了硫铝酸盐水泥的水化及AFt的形成，当掺量达到4%时，一天强度丧失；掺加磷酸氢二铵后硬化浆体可以具备氮、磷两种元素的缓释效果，其中尿素的累积释放率能到达22.60%~84.00%，但是磷元素释的累积释放率最高的也仅有0.03%，所以磷酸氢二铵不适合直接掺加到水泥中。（3）同一骨料粒级下，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高，但是抗压强度比其低。增大水灰比可以改善水泥浆体的和易性并使孔隙率及透水系数降低，抗压强度一定程度增大。使用再生骨料制备的多孔混凝土总79 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究孔隙率可以达到43.0%左右，连通孔隙率在37.0%~38.0%之间，透水系数在2.60cm/s~2.80cm/s之间。综合各性能，适合于再生骨料制备多孔混凝土的水灰比为0.334，验证了实验中提出的水灰比计算方法的可行性。（4）在同一骨胶比下，再生骨料多孔混凝土孔隙率普遍高于石灰岩骨料的多孔混凝土，但是强度较低。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，完全可以满足植物生长的需求。（5）石灰岩骨料多孔混凝土的总孔隙率与抗压强度间有较好的相关性，但由于再生骨料本身较差的品质使这两者之间的关系表现得较差。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。（6）通过三种搅拌方法与三种成型方法的结合，综合考虑制备试样的各项物理性能指标，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。（7）再生骨料本身抗冻性能较差，使用水泥浆体预处理后可以有效改善试样的抗冻融性能，并且预处理后风干时间越长，抗冻性越好。使用水灰比为1.0的硫铝酸盐水泥浆体改性骨料，风干7天后用于制备多孔混凝土，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。（8）再生多孔混凝土的干缩性能比石灰岩骨料制备的多孔混凝土差；掺加尿素改善了干缩性能，当掺量为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-4混凝土相当，干缩平衡时干缩率在1.15×10左右，磷酸氢二铵的掺入干缩性能变差。（9）尿素的掺入可以降低多孔混凝土的pH，当养护龄期达到28天时pH可以降至8.2左右，而磷酸氢二铵的掺入可以使多孔混凝土的pH值提高0.3~0.6。（10）掺入尿素及磷酸氢二铵的多孔混凝土具备肥效释放特性，不论掺加尿素还是磷酸氢二铵，N元素缓释效果都非常明显，掺量越高累积释放量越高，可以达到16.10%~92.00%。但是，掺加磷酸氢二铵的多孔生态混凝土，有效磷释放率仅有0.01%~0.03%，释放效果较差。（11）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80 济南大学硕士学位论文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，其中，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。本文使用肥效缓释型胶凝材料与多孔再生骨料制备了具有一定肥效缓释效果的多孔生态混凝土，但是，多孔生态混凝土技术推广过程中依然存在一些问题：植物需要的大量元素主要是氮、磷、钾，而目前制备的肥效缓释型多孔生态混凝土只能有效的释放氮元素，磷元素容易生成难溶性沉淀，成为无效磷，不能被植物吸收，并且未对钾元素的缓释效果进行研究；氮元素的缓释周期较短，不能对氮元素的释放周期进行有效的调控，使养分供应时间更长久；再生骨料作为多孔骨料可以有效地吸附水肥，但是再生骨料品质较差，导致制备的肥效缓释型多孔生态混凝土抗压强度较低，耐久性也比较差；对于肥效缓释型多孔生态混凝土的植生性能及植物生长状态缺少合理的评价体系。81 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究82 济南大学硕士学位论文参考文献[1]瞿尔仁,杨木旺,叶桂花等.再生混凝土技术及其应用[J].合肥工业大学学报,2003,26:1183-1187.[2]周启金.高速公路挖方边坡防护形式的优化组合[D].山东大学,2007:1-8.[3]牟信刚.护坡绿化基质筛选及其理化性质研究[D].泰安:山东农业大学,2008.[4]梁芮,于江,秦拥军.弃混凝土再生骨料的研究综述[J].混凝土,2013,(5):93-100.[5]黄世谋,赵新亚.再生骨料[J].四川建筑科学研究,2009,35(1):198-203.[6]曹小琳,刘仁海建筑废弃物资源化多级利用模式研究[J].建筑经济,2009(6):91-93.[7]吴访非,吴楠.建筑垃圾资源利用的问题研究[J].沈阳建筑大学学报,2014,16(3):294-296.[8]黄晓乐.草本植物根系对植被混凝土基材浅层抗剪强度的影响[D].宜昌:三峡大学,2011.[9]田卫军.公路建设项目水土保持方案编制有关问题的思考[J].水土保持通报,2000,20(3):31-34.[10]刘桂元.浏阳磷矿边坡植物护坡实验研究[J].冶金矿山设计与建设,1997,29(6):58-61.[11]张建春,彭补拙.河岸带研究及其退化生态系统的恢复与重建[J].生态学报,2003,23(1):56-63.[12]陈吉泉.河岸带植被特征及其在生态系统和景观中的作用[J].应用生态学报,1996,7(4):439-48.[13]马丽丽.生态水利模式之生态护岸[C].低碳经济与科学发展,2013:446-448.[14]绿色建筑教材编写组.绿色建筑[M].北京:中国计划出版社,2008:388-389.[15]G.Nader,D.Shivaji.Developmentofno-finesconcretepavementapplications[J].Transp.Eng.,1995(5):283-288.[16]T.Fukute.Reductionofenvironmentalloadbywaterpenetration[J].Concr.Jpn.Concr.Inst.1998,36(3):16-18.[17]W.Wang.Studyofperviousconcretestrength[J].Sci.Technol.Build.Mater,China,1997,6(3):25-28.[18]O.Takahisa,etal.Manufacture,Propertiesandtestmethodforporousconcrete[J].83 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济南大学硕士学位论文致谢光阴如梭，光阴似箭！转眼间，在济南大学三年的研究生生活即将结束。值此论文完成之际，在此向身边的老师、同学、朋友及家人表示最衷心的感谢！本文是在尊敬的导师芦令超教授悉心指导下完的，无论是课题的选择，还是研究方案及理论分析，以及论文的撰写，芦老师都给予了宝贵的意见。芦老师渊博的专业知识，严谨的治学作风，宽以待人的做人风范和不懈的学习进取精神深深鼓舞并激励着我，使我终身受益。在此表示衷心的感谢，祝愿芦老师身体健康，工作顺利，万事如意！在理论学习、实验研究和论文的构思、撰写及日常生活中，课题组的宫晨琛老师、王守德副教授及赵丕琪老师都给予我莫大的帮助。同时，本课题组周宗辉教授、叶正茂教授、张秀芝副教授和侯鹏坤老师也给予我很多指导和帮助。在实验及测试过程中，王海英老师、吴波老师、屈雅老师及渠娇老师等也给予了大量的帮助，使得本文能顺利完成。本科生孙兆轩、邵主贵、刘振、刘晓菲、赖琴梅、刘新、胡大峰和马晓良同学认真完成了部分实验工作。黄永波师兄、赵燕婷师姐、杨帅师兄、张洁师姐、董小楠师姐、刘博同学、李来波师弟、陈明旭师弟、孙科科师弟、辛继宝师弟、王晗师弟和张淑欣师妹等在实验过程中都给予了许多帮助和启发，在此一并向他们表示衷心的感谢！本文得到了国家自然科学基金和济南大学博士基金的资助，在此也表示感谢！我还要感谢为支持我的学业而默默奉献的母亲、哥哥和嫂子，感谢他们在我学业上给予的支持和精神上的鼓舞，祝愿母亲身体健康，祝愿哥嫂生活幸福、事业顺利。祝愿研1301班全体同学和我的朋友们在人生道路上一切顺利，快乐幸福。最后，祝愿我自己，在未来的人生道上一切顺利，越走越好。黄庆亮2016年5月29日89 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究90 济南大学硕士学位论文附录一、在校期间的学术论文[1]QingliangHuang,XiangmingZhou,LipingZhuang,ChenchenGong,LingchaoLu,XinghuaFu.EffectsofCarbamideonSulfoaluminateCementPasteforGrowingPlants[J].Construction&BuildingMaterials.2016(113):229-236.(SCI)[2]QingliangHuang,ChenchenGong,DeliLou,JieZhang,LingchaoLu.Compositioncharacteristicsofreconstructedsteelslagwithelectricfurnaceslag[J].AppliedMechanicsandMaterials.2014:324-328.(EI)[3]QingliangHuang,ChenchenGong,LingchaoLu,ShoudeWang.InfluenceofCarbamidethonPerformancesofSulfoaluminateCementusedinPorousEco-concrete[C].The14InternationalCongressontheChemistryofCement.2015,10.[4]黄庆亮，芦令超，宫晨琛，王守德，刘博.废旧混凝土再生骨料制备植生混凝土配合比设计及性能研究[C].中国硅酸盐学会水泥分会第五届学术年会.2014,12.[5]黄庆亮，邵主贵，芦令超，宫晨琛，王守德，程新.配合比对多孔混凝土性能影响的研究[C].2013齐鲁研究生学术论坛.2013,11.[6]芦令超，黄庆亮，宫晨琛，王守德.一种肥效缓释型植生胶凝材料[P].（申请号201410066517.0，公开号103819156A）[7]宫晨琛，黄庆亮，芦令超，王守德，程新.一种适用于硫铝酸盐水泥的缓凝剂[P].（申请号201510475045.9，公开号105000819A）[8]宫晨琛，黄庆亮，芦令超，王守德，赵丕琪.一种肥效缓释型多孔生态混凝土及其制备方法[P].（申请号201510972426.8，公开号105418039A）二、在校期间参加的项目参加国家自然科学基金（No.51472109及No.51302104），山东省科技支撑计划，山东省优秀青年科学家基金(No.2014GZX208001)等多个项目。三、在校期间获奖情况2013-2014年：济南大学“三等优秀奖学金”；并被评为“社会优秀个人”；获得“东91 肥效缓释型多孔生态混凝土的制备与性能研究平中联材料创新奖学金”；2013齐鲁研究生学术论坛-材料科学与工程分论坛优秀学术论文三等奖；校研究生会组织的雅舍评比获二等奖；2013学年学术沙龙三等奖。2014-2015年：济南大学“三等优秀奖学金”；并被评为“社会优秀个人”；校研究生会组织的雅舍评比获二等奖；被聘为济南大学第十四届研究生生活部副部长。92
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