一种抗复碱碳化植被修复混凝土和制备方法及其应用

本发明涉及建筑材料、固体废弃物资源化利用与生态修复材料，具体为一种抗复碱碳化植被修复混凝土和制备方法及其应用。

背景技术：

1、植被混凝土是一类兼具工程支护和植物生长功能的多孔生态复合材料，可用于生态护坡、河道护岸、矿区复绿和景观生态工程。传统植被混凝土通常由水泥、天然河砂、土壤、纤维和植物生长调节组分构成，但存在天然砂消耗量大、碱度高、植物早期成活率低和长期生态功能衰减等问题。

2、在实验的原始配方中，申请人尝试将钢渣细骨料与淤泥共同掺入植被混凝土，以期兼顾骨架强化和营养供给。钢渣经陈化、破碎和筛分后可形成具有较高硬度、粗糙表面和一定潜在活性的钢渣细骨料。将钢渣细骨料替代河砂用于植被混凝土，能够形成稳定的承力骨架，减少天然砂开采并实现钢渣资源化利用。河湖淤泥含有一定有机质、氮磷钾和细粒矿物，具有替代部分土壤并提供营养和保水功能的潜力。

3、然而，申请人发现，钢渣细骨料和淤泥虽然能够分别提高骨架强度和生态营养性，但二者在原料期直接湿混时容易产生新的负反馈。淤泥含水率高、细颗粒多且黏附性强，容易在钢渣细骨料粗糙表面形成连续泥膜，导致钢渣与水泥水化产物之间的机械咬合减弱，同时堵塞在钢渣骨架间的传质孔道。

4、此外，碳化处理虽是降低水泥基材料ph的常规技术手段，但对于含钢渣细骨料和淤泥的多孔体系，一次性高浓度碳化易在表层形成较致密的碳酸钙层，产生“外层已降碱、内部未充分碳化”的不均匀现象。材料在后续干湿循环、雨水冲刷或水位涨落条件下，内部未充分碳化的碱性组分继续释放，导致ph回弹，影响植物根系长期生长。

5、因此，在不改变申请人原始主体配方份数的基础上，有必要提出一种围绕钢渣细骨料和淤泥原料期混合问题的改进技术，使钢渣仍作为细骨料骨架使用，淤泥仍作为营养基材使用，同时解决泥膜包覆、碳化传质受阻和复碱问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种抗复碱碳化植被修复混凝土和制备方法及其应用，以解决钢渣细骨料与淤泥直接湿混造成泥膜包覆、界面黏结降低、碳化传质受阻、常规碳化后复碱以及营养组分流失的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种钢渣细骨料-改性淤泥基抗复碱碳化植被修复混凝土，以质量份计，主体组分由土壤105～135份、淤泥15～45份、钢渣细骨料18.4～23份、河砂0～4.6份、水泥9份、锯末6份、化学纤维0.2份、土壤改良剂0.035份和水35份组成；

4、其中，土壤与淤泥的合计用量为150份，钢渣细骨料与河砂的合计用量为23份，所述钢渣细骨料替代河砂的质量比例为80～100%；

5、所述钢渣细骨料为粒径0.5～2 mm的钢渣颗粒，并作为细骨料和承力骨架使用；

6、所述淤泥经界面隔离型预处理后形成改性淤泥絮团，所述改性淤泥絮团与钢渣细骨料在低含水率状态下预混，使淤泥不在钢渣细骨料表面形成连续泥膜；成型后进行湿度均衡分段碳化养护。

7、进一步地，所述钢渣细骨料为转炉钢渣颗粒，经陈化、破碎、筛分和除尘处理获得，粒径小于0.075 mm的细粉含量不大于5%，游离cao含量为1.0～4.5%。

8、进一步地，所述淤泥替代土壤的质量比例为10～30%；当淤泥为15份时，土壤为135份；当淤泥为30份时，土壤为120份；当淤泥为45份时，土壤为105份。

9、进一步地，当钢渣细骨料替代河砂的质量比例为80%时，钢渣细骨料为18.4份、河砂为4.6份；当钢渣细骨料替代河砂的质量比例为100%时，钢渣细骨料为23份、河砂为0份。

10、进一步地，所述改性淤泥絮团的粒径为0.3～1.5 mm，含水率为25～40%；所述改性淤泥絮团在钢渣细骨料表面形成点状或岛状分布，钢渣细骨料表面连续泥膜覆盖面积不大于35%；所述水泥为p.o42.5硅酸盐水泥，所述锯末为经干燥筛分后的木质锯末，所述化学纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维中的一种或两种以上。

11、一种抗复碱碳化植被修复混凝土的制备方法，包括如下步骤：

12、s1，将淤泥过2 mm筛后加入预处理助剂进行界面隔离型预处理，低速团聚形成改性淤泥絮团；

13、s2，将钢渣细骨料与河砂过2 mm筛后按18.4～23份钢渣细骨料和0～4.6份河砂混合；

14、s3，将所述钢渣细骨料、河砂与改性淤泥絮团在低含水率状态下滚混，得到钢渣细骨料-改性淤泥复合骨架；

15、s4，将土壤过2 mm筛后与水泥、锯末和化学纤维加入所述复合骨架中，将0.035份土壤改良剂与35份水按1：1000配成混合液并分次加入，搅拌10～15 min得到拌合物；

16、s5，将拌合物浇筑、压制或喷射成型，脱模后进行湿度均衡分段碳化养护。

17、进一步地，步骤s1中，所述界面隔离型预处理包括：以淤泥质量计，加入0.3～1.5%的微孔矿物、0.2～1.0%的生物炭、0.05～0.20%的海藻酸盐和0.10～0.50%的钙盐进行低速团聚；所述微孔矿物、生物炭、海藻酸盐和钙盐作为淤泥预处理助剂使用，其总量不超过淤泥质量的3%。

18、进一步地，步骤s5中，所述湿度均衡分段碳化养护包括：在体积分数5～12%、相对湿度75～92%的条件下预碳化4～12 h；停止通入并在相对湿度70～90%的条件下湿度均衡4～10 h；再在体积分数15～25%、相对湿度60～85%的条件下主碳化18～48 h。

19、进一步地，步骤s3中，钢渣细骨料的含水率控制为2～6%，改性淤泥絮团的含水率控制为25～40%，滚混时间为2～8 min，滚混后再加入土壤、水泥、锯末和化学纤维；步骤s5中，预碳化结束后对坯体表面喷雾补水，使坯体质量增加0.5～2.0%，再进行主碳化。

20、抗复碱碳化植被修复混凝土在生态护坡、河道治理、矿区修复、公路铁路边坡、海绵城市透水绿化层及景观生态工程中的应用。

21、总的说来，本发明具有如下优点：

22、（1）主体配方稳定，前后逻辑一致。本发明保持土壤+淤泥150份、钢渣细骨料+河砂23份、水泥9份、锯末6份、化学纤维0.2份、水35份的原始质量份关系，避免因修改创新点而导致配方体系前后矛盾。

23、（2）明确钢渣是细骨料而非钢渣粉。钢渣以0.5～2 mm颗粒形态替代河砂，作为承力骨架和界面反应骨料使用，不参与钢渣粉胶凝体系，从而与钢渣粉胶凝材料或免烧淤泥陶粒路线形成区分。

24、（3）解决原料期钢渣-淤泥湿混负反馈。淤泥被预处理为改性淤泥絮团后，在钢渣细骨料之间呈点状或岛状分布，降低连续泥膜覆盖，保留钢渣粗糙表面的机械咬合作用和传质通道。

25、（4）解决常规碳化复碱问题。分段碳化通过低浓度预碳化和湿度均衡，避免表层快速壳化，促进内部钢渣界面和水泥水化产物均匀碳化，使干湿循环后ph仍保持在适宜植物生长的范围。

26、（5）使工程强度、孔隙结构和营养保持形成闭环。在原始份数下，材料3 d抗压强度、孔隙率、ph、营养元素保持和植物发芽率能够同步满足生态护坡需求。