本發(fā)明涉及生態(tài)材料，具體為一種耐腐生態(tài)護(hù)坡用植生混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、植生混凝土作為一種兼具工程防護(hù)和生態(tài)修復(fù)功能的材料，近年來在海岸防護(hù)和生態(tài)環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。然而，在復(fù)雜的海洋環(huán)境中應(yīng)用植生混凝土仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在材料性能、植生能力、耐腐性和環(huán)保特性方面?，F(xiàn)有技術(shù)中雖然有一些針對(duì)植生混凝土改進(jìn)的嘗試，但在應(yīng)對(duì)海岸高鹽、高濕、高腐蝕環(huán)境以及生態(tài)功能的協(xié)同優(yōu)化方面仍然存在明顯不足。

2、材料性能與孔隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足：

3、現(xiàn)有混凝土配方中通常采用單一膠凝材料或簡單的骨料與添加劑組合。這種設(shè)計(jì)難以兼顧材料的強(qiáng)度、耐腐性和生態(tài)功能。具體來說：

4、材料配方缺乏協(xié)同性：現(xiàn)有技術(shù)中主要采用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，其硬化過程中產(chǎn)生的孔隙結(jié)構(gòu)不均勻，導(dǎo)致混凝土在高鹽環(huán)境下的抗氯離子腐蝕性能不足。此外，粉煤灰、礦渣等摻合料雖有一定應(yīng)用，但其作用往往局限于強(qiáng)度改善，對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化和生態(tài)功能提升的效果有限。

5、自修復(fù)功能缺失：

6、在海洋環(huán)境中，植生混凝土長期受到風(fēng)浪沖擊、鹽霧腐蝕以及凍融循環(huán)等外力作用，容易產(chǎn)生裂縫?，F(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)裂縫修復(fù)的方案主要依賴外部修復(fù)，效率低且成本高：

7、缺乏動(dòng)態(tài)自修復(fù)能力：傳統(tǒng)植生混凝土無法實(shí)現(xiàn)裂縫的自動(dòng)愈合。材料內(nèi)部未引入自修復(fù)功能材料，裂縫一旦形成，容易成為氯離子和水分的滲透通道，導(dǎo)致內(nèi)部腐蝕加劇。

8、裂縫擴(kuò)展控制不足：現(xiàn)有植生混凝土在裂縫擴(kuò)展后往往會(huì)發(fā)生強(qiáng)度迅速下降甚至失效的現(xiàn)象，這與材料內(nèi)部缺乏晶體填充和化學(xué)錨固能力密切相關(guān)。

9、植生功能受限：

10、植生混凝土的核心之一是為植物生長提供適宜的環(huán)境。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，植生混凝土的植生性能在高鹽環(huán)境下存在明顯不足：

11、養(yǎng)分供給不均衡：現(xiàn)有植生混凝土中很少設(shè)計(jì)可緩釋的養(yǎng)分系統(tǒng)，植物根系在高鹽環(huán)境中難以吸收到持續(xù)的養(yǎng)分支持，導(dǎo)致植物萌發(fā)率和存活率較低。

12、水分保持能力不足：傳統(tǒng)混凝土孔隙難以鎖住水分，特別是在鹽霧環(huán)境中，水分易被高鹽度吸收，進(jìn)一步加劇植物生長壓力。

13、根系附著力弱：由于孔隙設(shè)計(jì)的不合理性，植物根系難以深入材料內(nèi)部穩(wěn)定附著，尤其在風(fēng)浪沖擊下容易脫落，植生功能無法長期維持。

14、因此，本發(fā)明提出一種耐腐生態(tài)護(hù)坡用植生混凝土及其制備方法，來解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有植生混凝土在材料性能、孔隙結(jié)構(gòu)、自修復(fù)能力和植生功能等方面的不足，本發(fā)明提供了一種耐腐生態(tài)護(hù)坡用植生混凝土及其制備方法，旨在解決高鹽、高濕、高腐蝕等復(fù)雜海洋環(huán)境下材料的應(yīng)用難題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)與環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種耐腐生態(tài)護(hù)坡用植生混凝土，所述植生混凝土包括以下百分比的原料組成：

3、主膠凝材料：68-85％，

4、活性摻合料：13-25％，

5、增強(qiáng)劑：5-10％，

6、植生功能優(yōu)化成分：2-6％，

7、自修復(fù)功能材料：2-5％，

8、骨料與輔助組分：5-15％。

9、優(yōu)選的，所述主膠凝材料由以下百分比的原料組成：

10、低熱礦渣水泥：50-70％；

11、偏高嶺土：10-25％；

12、微硅粉：8-15％。

13、優(yōu)選的，所述活性摻合料由以下百分比的原料組成：

14、粉煤灰：8-15％；

15、天然沸石粉：5-12％；

16、其中，所述粉煤灰的粒徑為1-10微米，所述天然沸石粉的粒徑為1-5微米。

17、優(yōu)選的，所述增強(qiáng)劑由以下百分比的原料組成：

18、聚合硅酸鋁：2-5％；

19、碳納米管-石墨烯復(fù)合材料：0.5-2％；

20、鎂硅酸鹽粉體：3-6％；

21、其中，所述碳納米管-石墨烯復(fù)合材料的分散液通過超聲波分散制備，超聲波頻率為40-60khz，分散時(shí)間為30-45分鐘。

22、優(yōu)選的，所述植生功能優(yōu)化成分由以下百分比的原料組成：

23、氮磷鉀緩釋顆粒：0.5-2％；

24、生物炭納米顆粒：0.5-3％；

25、海藻酸鈉基復(fù)合水凝膠：0.3-1.5％；

26、其中，所述海藻酸鈉基復(fù)合水凝膠的吸水倍率為5-10倍，并均勻分散于混凝土基體中。

27、優(yōu)選的，所述自修復(fù)功能材料由以下百分比的原料組成：

28、微膠囊包覆碳酸鈣：1-3％，

29、硫鋁酸鈣：0.5-1.5％，

30、堿性激發(fā)劑：0.5-3％。

31、優(yōu)選的，所述骨料與輔助組分由以下百分比的原料組成：

32、多孔陶粒骨料：5-15％，

33、引氣劑：0.02-0.1％，

34、防腐劑：0.1-0.5％。

35、優(yōu)選的，一種耐腐生態(tài)護(hù)坡用植生混凝土的制備方法，包括以下步驟：

36、s1、材料預(yù)處理：

37、將天然沸石粉和鎂硅酸鹽粉體按1:1比例混合，于100-120℃環(huán)境下干燥2-3小時(shí)后，研磨至粒徑1-5微米；

38、將碳納米管與石墨烯粉體按1:1比例混合，加入去離子水形成分散液，利用40-60khz的超聲波分散器分散30-45分鐘，制備均勻的分散液；

39、s1、配料混合：

40、將主膠凝材料中的低熱礦渣水泥、偏高嶺土和微硅粉按比例干混，在60-80rpm轉(zhuǎn)速下攪拌2-3分鐘；

41、加入活性摻合料中的粉煤灰和預(yù)處理后的天然沸石粉，繼續(xù)干混2-3分鐘；

42、加入碳納米管-石墨烯分散液和聚合硅酸鋁溶液，在300-500rpm轉(zhuǎn)速下高速攪拌4-6分鐘，形成均勻的漿體；

43、添加植生功能優(yōu)化成分以及自修復(fù)功能材料，以60-80rpm的轉(zhuǎn)速低速攪拌2-3分鐘；

44、s3、澆筑與成型：

45、將混合料注入模具中，模具帶有孔徑為5-10毫米的孔隙設(shè)計(jì)，孔隙密度為10-15個(gè)/m2；

46、在負(fù)壓-0.08--0.1mpa的條件下進(jìn)行真空脫氣處理3-5分鐘，以減少內(nèi)部氣泡并提高密實(shí)性。

47、s4、養(yǎng)護(hù)：

48、濕熱養(yǎng)護(hù)：在50-60℃的環(huán)境下，濕度控制在85-95％，養(yǎng)護(hù)3-5天；

49、鹽霧養(yǎng)護(hù)：將混凝土置于氯化鈉濃度為5-10％的鹽霧環(huán)境中養(yǎng)護(hù)14-28天。

50、優(yōu)選的，所述的材料預(yù)處理步驟中，天然沸石粉和鎂硅酸鹽粉體在干燥后通過球磨機(jī)研磨至粒徑為1-5微米，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為200-300rpm，處理時(shí)間為1-2小時(shí)。

51、優(yōu)選的，所述的澆筑與成型步驟中，模具內(nèi)的孔隙通過油水分散模板技術(shù)形成，油水分散比例為1:3-1:5，模板劑在澆筑完成后通過60-80℃熱處理或溶劑洗脫方式移除。

52、本發(fā)明提供了一種耐腐生態(tài)護(hù)坡用植生混凝土及其制備方法。具備以下

53、有益效果：

54、1、本發(fā)明通過將低熱礦渣水泥、偏高嶺土和微硅粉作為主膠凝材料，輔以粉煤灰和天然沸石粉的活性摻合料，以及聚合硅酸鋁、碳納米管-石墨烯復(fù)合材料、鎂硅酸鹽粉體等增強(qiáng)劑的創(chuàng)新組合，形成了多功能復(fù)合材料體系。該體系在保證基本強(qiáng)度的同時(shí)，顯著提升了抗氯鹽腐蝕、抗裂性能和生態(tài)適應(yīng)性?，F(xiàn)有技術(shù)中的植生混凝土通常以單一材料或簡單組合為主，難以實(shí)現(xiàn)性能協(xié)同優(yōu)化。本發(fā)明的技術(shù)方案從材料基礎(chǔ)出發(fā)，通過功能分工與性能協(xié)同，解決了現(xiàn)有材料體系兼容性不足和性能單一化的難題，達(dá)到了高效復(fù)合功能的新高度。

55、2、本發(fā)明采用分級(jí)孔隙設(shè)計(jì)，具體包括微孔(<10μm)、中孔(10-100μm)和大孔(>100μm)的多尺度分布，其中微孔通過微硅粉和引氣劑的填充作用提升抗?jié)B透性，中孔通過天然沸石和粉煤灰的配合提供良好的氣體和水分交換，大孔通過多孔陶粒骨料及模板技術(shù)優(yōu)化為植物根系生長提供穩(wěn)定支持。相比于現(xiàn)有技術(shù)中單一尺度孔隙設(shè)計(jì)易造成強(qiáng)度與功能的矛盾問題。

56、3、本發(fā)明創(chuàng)新性地在混凝土中引入微膠囊包覆碳酸鈣、硫鋁酸鈣及堿性激發(fā)劑構(gòu)成的自修復(fù)功能材料。裂縫出現(xiàn)時(shí)，微膠囊自動(dòng)破裂釋放活性成分，與水和環(huán)境中的堿性介質(zhì)反應(yīng)生成晶體填充裂縫，從而恢復(fù)混凝土的完整性和抗?jié)B能力。相較于現(xiàn)有技術(shù)依賴外部修復(fù)裂縫的方法，本發(fā)明通過在材料內(nèi)部集成動(dòng)態(tài)修復(fù)機(jī)制，大幅降低了維護(hù)成本和結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)。此外，現(xiàn)有技術(shù)的混凝土裂縫常因外界氯離子侵入而加速腐蝕失效，本發(fā)明通過自動(dòng)填充裂縫及屏蔽腐蝕途徑，有效解決了耐腐性不足的問題，延長了混凝土在海洋環(huán)境中的使用壽命。

57、4、本發(fā)明在配方設(shè)計(jì)中大量采用工業(yè)副產(chǎn)物和可再生材料，如粉煤灰、天然沸石、生物炭納米顆粒等，減少了天然砂石材料的使用需求。同時(shí)，創(chuàng)新性地采用油水分散模板技術(shù)在澆筑成型過程中實(shí)現(xiàn)多尺度孔隙控制，模板劑在澆筑后通過熱處理或溶劑洗脫方式去除，避免了傳統(tǒng)工藝中高能耗高污染的加工環(huán)節(jié)。本發(fā)明通過材料和工藝的協(xié)同優(yōu)化，不僅有效降低了碳排放，還促進(jìn)了工業(yè)副產(chǎn)物的高值化利用，解決了傳統(tǒng)技術(shù)中材料不可持續(xù)性和資源浪費(fèi)的問題，具有顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。