一种用于边坡防护的水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土、制备和应用

摘要

本发明公开了一种用于边坡防护的水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土，包括沙壤土、水泥、硅粉、石膏粉、粘合剂、有机质、植物种子和绿化添加剂；所述的绿化添加剂包含硫磺粉、硝化细菌、硫化细菌、缓释复合肥、保水剂、引气剂、秸秆发酵剂中的至少一种。本发明还提供了所述的种植土的制备方法和应用。本发明所述的水泥增加和碱性改良的种植土，通过所述的各成分的协同，可以大大提高绿化层的强度和抗冲刷能力，且不影响植物的正常生长。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种边坡防护材料领域，具体涉及一种用于边坡防护的改良种植土。

背景技术

水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土是一种通过在土壤中加入水泥增加土壤强度，并通过加入一些添加剂改善土壤的环境使其适合植物生长的复合种植土。

目前，利用常用的客土喷播技术进行防护的工程边坡，在施工完成后2年左右时，边坡的绿化防护效果就会大打折扣，主要是由于抗冲刷能力不足，坡面被冲刷损失严重，绿化层容易脱落，不能为植物生长持续提供营养植物枯萎死亡。现有的种植土除存在易被冲刷、强度不高等缺陷外，还存在水泥含量较高、碱性较强，不利于植被生长并且植物生长不可持续等技术问题。

关于改良种植土技术，公开号为1902996的中国专利文献公开了一种裸露岩体坡面低养护的植物护坡方法，具体公开了一种客土基质；该技术主要是靠使用蕨类植物来适应种植土的碱性环境达到绿化防护的目的，这样就限制了植物的使用种类，存在较大的局限性。公开号的CN 103362132 A公开了一种现浇绿化混凝土护坡的施工方法，具体公开了一种包含酸性营养土，主要通过各种污泥的使用。另外，现有技术采用的多数为人工浇筑的方法，施工效率低，而且城市污泥等材料获取困难，不能大面积推广应用。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于边坡防护的客土喷播复合种植土；旨在提升种植土抗冲刷能力、强度，另外温和改善体系碱性环境，使其更利于植物的持续生长。

本发明第二目的在于，提供了一种水泥增强和碱性改良客土喷播复合种植土的制备方法。

一种用于边坡防护的水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土，包括以下重量份的成分：

沙壤土80-200份；

水泥4-10份；

硅粉0.5-5份；

石膏粉0.5-5份；

粘合剂0.1-0.5份；

有机质5-10份；

植物种子1-4份；

绿化添加剂1-6份；

所述的绿化添加剂包含硫磺粉、硝化细菌、硫化细菌、缓释复合肥、保水剂、引气剂、秸秆发酵剂中的至少一种。

本发明所述的一种水泥增加和碱性改良的种植土，通过所述的各成分的协同，可以大大提高绿化层的强度和抗冲刷能力，且不影响植物的正常生长。

本发明中，通过所述组分的协同，例如所述比例下的水泥、硅粉、石膏和粘合剂协同配合，可出人意料地大大提高种植土的强度和抗冲刷能力；通过石膏、硫磺粉、绿化添加剂(硫化细菌和硝化细菌)等材料的联合作用，可协同改善碱性环境；通过有机物、秸秆发酵剂和缓释复合肥的使用来为植物生长提供持续肥力，使采用本技术实施的绿化层高效可靠、绿化效果持久。另外，通过所述的各成分的协同，可实现工业机械喷射施工的目的。

所述的种植土中，通过所述成分的协同，在保证良好抗冲刷能力以及强度下，可降低水泥的用量，从源头降低了因水泥所致的碱性强、不利于植被生长的问题；此外，所述的组分中，例如硅粉，可以提高种植土的强度，但是不产生碱性物质；石膏既可以增加种植土强度，也可以与水泥水化反应产生的碱性物质进行中和反应，进一步改善种植土中的碱性环境。

本发明中，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，优选采用型号为P.O 42.5的水泥。

作为优选，沙壤土的含水率为5％-10％，有机质的含水率不大于15％。

作为优选，所述的有机质为植物纤维，例如锯末。

进一步优选，所述的有机质经腐熟发酵处理效果会更好。腐熟发酵的方法可采用常用堆放发酵方法。

所述的硅粉为纯度≥94％的硅粉。

所述的粘合剂为聚丙烯酰胺类粘合剂。

本领域技术人员所熟知的植物种子均可应用至本发明中。本发明中，所述的植物种子优选为狗牙根、黑麦草、高羊茅、刺槐中的至少一种。

所述的保水剂可为本领域技术人员所熟知的物料，特别优选为聚丙烯酰胺。

引气剂可采用本领域技术人员所熟知的材料；优选为松香类引气剂。

作为优选，所述的绿化添加剂由硫磺粉、硝化细菌、硫化细菌、缓释复合肥、保水剂、引气剂、秸秆发酵剂组成。

本发明中加入了硝化细菌、硫化细菌和秸秆发酵剂，为种植土提供了大量的微生物，微生物在吞噬硫磺粉的过程中形成酸性物质，与水泥水化反应产生的碱性物质进行中和，持续改善种植土中的碱性环境，并且秸秆发酵剂还可以加快有机质的腐化进程，为植物生长提供持续肥力。

进一步优选，所述的绿化添加剂中，各成分的重量份为：硫磺粉2-8份、硝化细菌2-8份、硫化细菌1-4份、缓释复合肥1-3份、保水剂1-3份、引气剂1-3 份、秸秆发酵剂0.5-2份。

更进一步优选，硫磺粉4份、硝化细菌2份、硫化细菌2份、缓释复合肥1 份、保水剂1.5份、引气剂1份、秸秆发酵剂0.8份。

本发明所述的种植土，当坡面坡度小于45度，坡高小于30米时，水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土，包括以下重量份的成分：

沙壤土100份；水泥4-5份；硅粉0.5-2份；石膏粉0.5-2份；粘合剂0.1-0.2 份；有机质5-6份；植物种子1-4份；绿化添加剂1-2份。该比例范围下的复合种植土，特别适合坡面较小的边坡。

当坡面坡度45-70度，坡高小于30米时，水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土，包括以下重量份的成分：

沙壤土100份；水泥5-8份；硅粉1-4份；石膏粉1-4份；粘合剂0.2-0.4份；有机质6-9份；植物种子1-4份；绿化添加剂2-4份。该比例范围下的复合种植土，特别适合于坡度为45-70度，进一步适合60～70度的边坡。

当坡面坡度大于70度，(坡高小于30米时，或者坡高大于或等于30米时) 水泥增强与碱性改良客土喷播复合种植土，包括以下重量份的成分：

沙壤土100份；水泥8-10份；硅粉4-5份；石膏粉4-5份；粘合剂0.4-0.5 份；有机质9-10份；植物种子1-4份；绿化添加剂4-6份。本发明中，该优选的复合营养土，适用于现有技术难于防护的高坡度坡面的防护。

本发明还提供了一种种植土的制备方法，将沙壤土、有机质、水泥、硅粉和石膏混合后再投加绿化添加剂，搅拌得所述的种植土。本发明所述的制备方法，将各成分比例称量后投入搅拌机中进行搅拌，投料顺序：先是沙壤土、有机质、水泥、硅粉和石膏，然后是绿化添加剂，搅拌得所述的种植土。本发明人通过研究发现，按所述的顺序进行混料，制得所述的种植土的性能更优，耐冲刷等性能更强。

本发明还公开了所述的种植土的应用方法，用作客土喷播防护的客土。

本发明优选的应用方法，将所述的种植土与根系穿透混凝土结合使用，对边坡进行生态喷锚防护。

本发明所述的种植土的应用方法，边坡整理后，再喷播所述的基底、随后再喷播所述的面层。所述的边坡整理方法可采用现有技术。

更进一步优选，通过机械方式喷播所述的种植土。

喷播时，控制所述的种植土的含水量小于6％。

作为优选，所述的应用中，在边坡表面先喷播6-8cm的所述的种植土，形成基层；随后再喷洒2-3cm的面层土，形成面层。

作为优选，面层所喷播的材料(面层土)相对于本发明所述的种植土，区别仅在于水泥、硅粉、石膏粉和绿化添加剂中的任一项的重量含量减量；优选为减半。作为优选，面层使用的种植土(面层土)中的水泥、硅粉和石膏粉的用量均较基底使用的种植土的水泥用量减半。

例如，所述的面层土可直接采用所述的种植土，优选将所述的基底的种植土的水泥、硅粉、石膏粉和绿化添加剂减半，且将植物种子掺杂、包埋在面层。

进一步优选，向根系穿透混凝土的孔隙中喷施所述的种植土。

本发明中，若直接向根系穿透混凝土的孔隙中喷施所述的种植土，进一步优选的种植土不包含水泥、硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂等增强材料。也即是，直接采用本发明所述的绿色添加剂注入根系穿透孔隙混凝土的孔隙中，用来改善孔隙内的碱性环境，为植物生长创造条件，与根系穿透混凝土结合使用的话，可以形成结构牢固、绿化效果持久的边坡防护方案。

本发明所述的优选应用中，所述的根系穿透混凝土可采用本领域所熟知的材料。

本发明所述的种植土的应用方法，包括以下步骤：

第一步，对边坡进行清理和平整，并在坡顶和坡脚设置排水沟。

第二步，在坡面根据需要设置锚杆(锚杆为的钢筋，间距为 2-5m)。

第三步，在坡面铺设钢筋网，按双向布置(钢筋直径为间距为 100-300mm)。

第四步，布置营养袋，沿坡面上下方向(每隔3-5m)布置一道连续的营养袋，营养袋中装缓释复合肥(营养袋直径为6cm，这样就可以为植物生长提供足够的肥力)。

第五步，分别称取硫磺粉2-8份、硝化细菌2-8份、硫化细菌1-4份、缓释复合肥1-3份、保水剂1-3份、引气剂1-3份、秸秆发酵剂0.5-2份搅拌均匀，组成绿化添加剂备用。

第六步，根据应用边坡的高度和坡度等条件，确定水泥、硅粉和石膏的用量，高度越高，坡度越陡，使用的水泥、硅粉和石膏用量就越多。

第七步，根据水泥的用量，确定沙壤土、有机质、聚丙烯酰胺类粘合剂、植物种子和绿化添加剂，将各成分按一定比例称量后投入搅拌机中进行搅拌，投料顺序：先是沙壤土、有机质、水泥、硅粉和石膏，然后是绿化添加剂，搅拌成混合物。

其中，沙壤土的含水率为5％-10％，有机质的含水率不能大于15％。

第八步，喷射基层，将混合物用干喷机喷设至坡面，形成一层6-8cm的基层。喷射施工时要注意水的用量，水量由喷管出口的阀门控制，水量不能太小，要保准混合物充分湿润(含水量小于6％)。

第九步，喷射面层，将水泥用量减半，其余物质按基层的比例称重，并加入适量的植物种子，搅拌均匀，在基层表面喷射一层2-3cm厚的面层。

第十步，将坡面喷水浇透，覆盖无纺布进行养护。

本发明的主要目的是为高陡边坡的生态防护提供一种可靠、高效和持久的绿化层解决方案，并可用于孔隙混凝土孔内碱性环境改善，推动生态防护技术在边坡防护领域的应用。

有益效果

本发明的技术方案中加入了水泥、硅粉和石膏，大大提高了种植土的强度和抗冲刷能力，种植土的28d无侧限抗压强度可以达到800-1200kPa。由于硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂的使用，种植土达到相同强度时水泥用量更少，从而降低了种植土中的碱度，更有利于植物生长，并且石膏还可以于水泥水化反应产生的物质进行中和反应，进一步改善种植土中的碱性环境。

本发明中加入了硝化细菌、硫化细菌和秸秆发酵剂，为种植土提供了大量的微生物，微生物在吞噬硫磺粉的过程中形成酸性物质，与水泥水化反应产生的碱性物质进行中和，持续改善种植土中的碱性环境，并且秸秆发酵剂还可以加快有机质的腐化进程，为植物生长提供持续肥力。

本发明采用喷射施工工艺，工艺简单，效率高，而且材料易得，成本较低，可以大量应用于工程实际。

具体实施方案

实施例1

为了对本发明进一步说明，我们通过以下实施例来对技术方案进行准确和清楚描述。

应用于一强风化陡峭岩质边坡，坡度60°，高度20m，整体稳定，需对坡面进行绿化和抗冲刷防护。

第一步，对边坡进行清理和平整，并在坡顶和坡脚设置排水沟。

第二步，由于坡面整体稳定，不需设置锚杆。

第三步，在坡面铺设钢筋网，按双向布置，钢筋直径为间距为150mm。

第四步，布置营养袋，沿坡面上下方向每隔4m布置一道连续的营养袋，营养袋中装缓释复合肥，营养袋直径为6cm。

第五步，分别称取硫磺粉4份、硝化细菌2份、硫化细菌2份、缓释复合肥 1份、保水剂1.5份、引气剂1份、秸秆发酵剂0.8份搅拌均匀，组成绿化添加剂备用。

第六步，由于本实施例中边坡的坡度较陡，确定沙壤土、水泥、硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂的用量重量比为100∶6∶1∶1∶0.2。

第七步，称取沙壤土100份、水泥6份、硅粉1份、石膏1份、聚丙烯酰胺类粘合剂0.2份、锯末8份、绿化添加剂2份投入搅拌机中进行搅拌，投料顺序：先是沙壤土、有机质、水泥、硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂，搅拌60s，然后是绿化添加剂，搅拌90s，搅拌成混合物。

其中，沙壤土在使用前要过筛和阴干，去除大的石块，保证沙壤土的含水率为5％-10％，有机质的含水率不能大于15％。

第八步，喷射基层，将混合物用干喷机喷射至坡面，形成一层6-8cm的基层。喷射施工时要注意水的用量，水量由喷管出口的阀门控制，水量不能太小，要保准混合物充分湿润(含水量小于6％)。

第九步，喷射面层，称取沙壤土100份、水泥3份、硅粉0.5份、石膏0.5 份、聚丙烯酰胺类粘合剂0.2份、锯末8份、绿化添加剂1份，并称取植物种子 2份，投入搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，在基层表面喷射一层2-3cm厚的面层。种子可以根据气候条件和地区特点选择当地常用的草种、花卉种子和灌木种子混合施工。

第十步，将坡面喷水浇透，覆盖无纺布进行养护。

我们分别取样测试复合种植土的PH值，1d后种植土的PH值升至11.5，2d 种植土的PH值降至9.8，4d种植土的PH值降至8.8，6d种植土的PH值降至8.3，种植土碱性改良效果明显。28d无侧限抗压强度为920kPa。

实施例2

应用于一强风化陡峭岩质边坡，坡度80°，高度20m，整体不稳定，需对坡面进行绿化和抗冲刷防护，并进行结构稳定防护。

第一步，对边坡进行清理和平整，并在坡顶和坡脚设置排水沟。

第二步，根据计算，按间距3×3m呈梅花型布置锚杆，锚杆深度为6m，直径为φ20mm。

第三步，在坡面铺设钢筋网，按双向布置，钢筋直径为间距为150mm。

第四步，布置营养袋，沿坡面上下方向每隔4m布置一道连续的营养袋，营养袋中装缓释复合肥，营养袋直径为6cm。

第五步，分别称取硫磺粉4份、硝化细菌2份、硫化细菌2份、缓释复合肥 1份、保水剂1.5份、引气剂1份、秸秆发酵剂0.8份搅拌均匀，组成绿化添加剂备用。

第六步，由于本实施例中边坡的坡度较陡，确定沙壤土、水泥、硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂的用量重量比为100∶9∶4∶4∶0.45。

第七步，称取沙壤土100份、水泥9份、硅粉4份、石膏4份、聚丙烯酰胺类粘合剂0.45份、锯末10份、绿化添加剂5份投入搅拌机中进行搅拌，投料顺序：先是沙壤土、有机质、水泥、硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂，搅拌60s，然后是绿化添加剂，搅拌90s，搅拌成混合物。

其中，沙壤土在使用前要过筛和阴干，去除大的石块，保证沙壤土的含水率为5％-10％，有机质的含水率不能大于15％。

第八步，喷射基层，将混合物用干喷机喷射至坡面，形成一层6-8cm的基层。喷射施工时要注意水的用量，水量由喷管出口的阀门控制，水量不能太小，要保准混合物充分湿润(含水量小于6％)。

第九步，喷射面层，称取沙壤土100份、水泥4.5份、硅粉2份、石膏2份、聚丙烯酰胺类粘合剂0.2份、锯末10份、绿化添加剂2.5份，并称取植物种子3 份，投入搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，在基层表面喷射一层2-3cm厚的面层。种子可以根据气候条件和地区特点选择当地常用的草种、花卉种子和灌木种子混合施工。

第十步，将坡面喷水浇透，覆盖无纺布进行养护。

我们分别取样测试复合种植土的PH值，1d后种植土的PH值升至12，2d 种植土的PH值降至10.4，4d种植土的PH值降至9.1，6d种植土的PH值降至8.5，种植土碱性改良效果明显。28d无侧限抗压强度为1106kPa。

对比例1

为了说明硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂联合使用对种植土的影响，我们采用实施例1相同的边坡条件进行实施说明。

应用于一强风化陡峭岩质边坡，坡度60°，高度20m，整体稳定，需对坡面进行绿化和抗冲刷防护。

第一步，对边坡进行清理和平整，并在坡顶和坡脚设置排水沟。

第二步，由于坡面整体稳定，不需设置锚杆。

第三步，在坡面铺设钢筋网，按双向布置，钢筋直径为间距为150mm。

第四步，布置营养袋，沿坡面上下方向每隔4m布置一道连续的营养袋，营养袋中装缓释复合肥，营养袋直径为6cm。

第五步，分别称取硫磺粉4份、硝化细菌2份、硫化细菌2份、缓释复合肥 1份、保水剂1.5份、引气剂1份、秸秆发酵剂0.8份搅拌均匀，组成绿化添加剂备用。

第六步，由于本实施例中边坡的坡度较陡，增强剂只使用水泥，确定沙壤土、水泥、硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂的用量重量比为100∶10∶0∶0∶0。

第七步，称取沙壤土100份、水泥12份、锯末8份、绿化添加剂4.4份投入搅拌机中进行搅拌，投料顺序：先是沙壤土、有机质、水泥，搅拌60s，然后是绿化添加剂，搅拌90s，搅拌成混合物。

其中，沙壤土在使用前要过筛和阴干，去除大的石块，保证沙壤土的含水率为5％-10％，有机质的含水率不能大于15％。

第八步，喷射基层，将混合物用干喷机喷射至坡面，形成一层6-8cm的基层。喷射施工时要注意水的用量，水量由喷管出口的阀门控制，水量不能太小，要保准混合物充分湿润。

第九步，喷射面层，称取沙壤土100份、水泥6份、锯末8份、绿化添加剂 2.2份，并称取植物种子2份，投入搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，在基层表面喷射一层2-3cm厚的面层。种子可以根据气候条件和地区特点选择当地常用的草种、花卉种子和灌木种子混合施工。

第十步，将坡面喷水浇透，覆盖无纺布进行养护。

在该对比实施例中，为了达到相同的强度，在不适用硅粉、石膏和聚丙烯酰胺类粘合剂的情况下，水泥用量明显增加，绿化添加剂的用量也相应增加，增加了施工成本，而且水泥的增加，碱性改良的过程将更长。

我们分别取样测试复合种植土的PH值，1d后种植土的PH值升至13，2d 种植土的PH值降至11，4d种植土的PH值降至9.9，6d种植土的PH值降至9.2，种植土碱性改良不是很明显，要满足植物生长PH值要求需要的时间较长。28d 无侧限抗压强度为830kPa。