保水保肥型植生水泥基材料的制备与性能研究

摘要

随着社会的快速发展，高速公路、铁路与隧道等基础设施逐年增多。高速公路、铁路的路基与隧道口荒山的边坡稳定性直接影响着基础设施的安定性与使用寿命。因此，基础设施的边坡防护成为高速公路、铁路、隧道等基础设施建设的重点问题。同时，我国水土流失问题日渐加剧，已成为困扰和阻碍我国可持续发展战略实施的重点难题。此外，健康完善的河岸生态系统能够以适当的形式与自然界保持良好的物质交换，从而加强陆地的水土保持能力，防止水体富营养化的出现。但随着我国城镇化程度的快速提高，高强度的开发与不合理的土地利用方式，导致我国河岸生态系统遭受严重破坏。因此，河流岸堤的防护以及河岸生态系统的恢复具有重大深远意义。
　　植生混凝土是以植生胶凝材料与粗骨料为主要原料制备的具有特殊结构的混凝土。其特有的多孔、大孔结构可保证植物根系穿过混凝土基体深入到土壤层，不仅可以护坡固沙，防止水土流失，而且还可以绿化边坡，改善生态环境，同时还可以净化水质，防治水污染。同时，还可以利用植生混凝土覆盖在废旧混凝土表面，就地设计人工假山，既解决了废旧混凝土难以处理的问题，又增加了经济效益、景观效益与生态效益。
　　本论文围绕有机保水材料对硫铝酸盐水泥性能的影响、无机多孔材料对硫铝酸盐水泥性能的影响、无机复合保水保肥型植生胶凝材料的制备、有机-无机复合保水保肥型植生胶凝材料的制备、保水保肥型植生混凝土的制备、保水保肥型植生混凝土的耐久性等方面展开深入研究，并结合XRD、MIP、TG-DSC等测试分析手段对植生胶凝材料的组成和结构进行系统研究。本论文围绕研究课题取得的主要结论如下：
　　（1）适量的吸水树脂A可以有效的提高硫铝酸盐水泥硬化浆体的吸水能力与保水保肥性能。吸水树脂A的适宜掺量为0.5％、1.0%，此时硫铝酸盐水泥硬化浆体吸水率分别增长38.3%、56.56%，硫铝酸盐水泥硬化浆体失水率分别降低20%、24%，35d尿素释放率降低10%、4%。
　　（2）沸石可有效的提高硫铝酸盐水泥硬化浆体的吸水性能。当沸石掺量为10%时，硫铝酸盐水泥硬化浆体吸水率增长15.3%，达到9.4%；当沸石掺量达到20%时，硫铝酸盐水泥硬化浆体吸水率增长37.%，达到11.2%。
　　（3）沸石可有效的降低硫铝酸盐水泥硬化浆体孔溶液pH。硫铝酸盐水泥硬化浆体孔溶液 pH约为11.4，掺入10%、20%沸石后，硫铝酸盐水泥硬化浆体孔溶液 pH降低至10.7、10.4。这主要是因为沸石会与水泥水化产生的CH反应生成凝胶，因此掺入沸石后硫铝酸盐水泥硬化浆体孔溶液pH降低。
　　（4）10%的沸石可以提高硫铝酸盐水泥的抗压强度，掺入10%沸石硫铝酸盐水泥1d、3d抗压强度分别增长10.8%、9.5%。
　　（5）蛭石可有效的提高硫铝酸盐水泥硬化浆体的吸水性能。当掺入5%、10%、20%、蛭石时，硫铝酸盐水泥硬化浆体吸水率分别增长24.4%、39.6%、70.7%。
　　（6）掺入10%、20%蛭石，硫铝酸盐水泥硬化浆体失水率分别降低11%与19%，尿素释放率分别降低8%与13%(尿素掺量为4%)。
　　（7）无机复合保水保肥型植生胶凝材料中蛭石的适宜掺量为10%、20%。此时胶凝材料硬化浆体吸水率分别为10.8%、12.5%，120h失水率分别为85%、72%，35d尿素释放率分别为65%、61%，3d抗压强度分别为41.5MPa、33.7MPa。
　　（8）有机-无机复合保水保肥型植生胶凝材料中吸水树脂 A的适宜掺量为0.5%。此时胶凝材料硬化浆体吸水率分别为13.52%、15.33%，失水率分别为72%、69%，尿素释放率分别为61%、58%，3d抗压强度分别为35.5MPa、29.0MPa。
　　（9）与以硫铝酸盐水泥制备的植生混凝土相比，以2种有机-无机复合保水保肥型植生胶凝材料制备的植生混凝土吸水率增长20.0%、36.2%失水率降低9%与16%,尿素释放率降低7%、11%，并且其碱度较低，因此其与植物相容性更好，有利于植物存活和生长。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪 论

1.1研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 创新点

1.5 技术路线

第二章 原材料与实验方法

2.1 原材料

2.2 测试方法

第三章 吸水树脂对硫铝酸盐水泥性能的影响

3.1 吸水树脂A对硫铝酸盐水泥性能的影响

3.2 吸水树脂B对硫铝酸盐水泥性能的影响

3.3 吸水树脂C对硫铝酸盐水泥性能的影响

3.4本章小结

第四章 无机多孔材料对硫铝酸盐水泥性能的影响

4.1 沸石对硫铝酸盐水泥性能的影响

4.2. 高岭土对硫铝酸盐水泥性能的影响

4.3硅藻土对硫铝酸盐水泥性能的影响

4.4 膨润土对硫铝酸盐水泥性能的影响

4.5 蛭石对硫铝酸盐水泥性能的影响

4.6本章小结

第五章 保水保肥型植生胶凝材料的制备与性能研究

5.1 无机复合制备保水保肥型植生胶凝材料

5.2 有机-无机复合制备保水保肥型植生胶凝材料

5.3本章小结

第六章 保水保肥型植生混凝土的制备与性能研究

6.1吸水性能

6.2保水性能

6.3尿素缓释性能

6.4透水性能

6.5孔结构

6.6力学性能

6.7碱度

6.8 抗冻性能

6.9 干缩性能

6.10 抗干湿循环性能

6.12植生实验

6.13 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录