肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土制备研究

罗召弟，任贵，王兴华，刘永涛 （凯里学院建筑工程学院，贵州 凯里 556011）

伴随我国城乡经济建设的快速发展、新农村建设工作实施步伐加快，城乡大量的房屋建筑被拆迁，大量的建筑垃圾也随之产生，砖块、瓦砾占了很大一部分。常用的建筑垃圾处理方法占地面积大，有二次污染。有必要对碎砖瓦废弃物的减量化、资源化和无害化处理，实现资源化再利用[1]。

多孔植生混凝土边坡防护技术是一种既能保护边坡稳定又能保护生态环境的生态护坡技术，但是由于其结构的特殊性，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，不仅影响美观，还导致多孔混凝土风化脱落，无法达到稳定边坡及绿化美化的效果[2]。通过在水泥基中添加植物生长所需的养分，让其缓慢释放，满足植物生长养分需求。

通过研究制备肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土，不仅能够满足边坡防护要求，而且还可以满足植物生长要求、实现废弃砖资源化再生利用，减少建筑固体垃圾。

1 原材料物理性能

根据《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685-2011）标准进行对原材料的集配、表观密度、捣实密度、空隙率等进行测定。

1.1 集配

配制混凝土再生砖骨料使用学校废弃的砖块，人工粉碎后选取粒径为16mm～19mm的砖块自然风干备用，砂石骨料选用单集配粒径为16mm～19mm。

1.2 表观密度

根据（GB/T 14685-2011）中液体比重天平法对碎石粗骨料的表观密度进行试验，根据公式（1）进行计算，取两次试验结果的平均值，碎石粗骨料的表观密度见表1。

式中：ρ0—表观密度（Kg/m3）；

m0—碎石干燥时质量（g）；

m1—挂篮在水在中质量（g）；

m2—式样、挂篮在水中的质量（g）。

ρ水—水密度

1.3 捣实密度

紧密堆积密度根据（GB/T 14685-2011）进行测试，试验三次装入20L的容量筒，在筒底放入φ16mm的圆钢，每次装入后左右颠击地面各25次，采用公式（2）计算其紧密堆积密度，其值详见表1。

式中：ρ1—紧密堆积密度，kg/m2；

G1—容量筒及式样的质量，g；

G2—容量筒质量，g；

V—容量筒容积，L。

1.4 空隙率

碎石粗集料的空隙率根据公式（3）计算，计算结果见表1。

图1 捣实密度试验

式中：V0—空隙率，% ；

ρ0—表观密度（kg/m3）；

ρ1—紧密堆积密度，kg/m3；

1.5 含水率测试

骨料的含水率按照GB/T 14685-2011来测定，含水率的计算按式（4）计算，取两次试验结果的平均值，含水率详见表1。

m1—烘干前试样与容器总质量，g；

m2—烘干后试样与容器总质量，g；

m3容器质量，g。

2 试件制备

2.1 配合比设计计算

①单位体积多孔植生混凝土的骨料用量

碎石骨料用量按式（5）计算[3]：

式中：WG—单位体积多孔植生混凝土的骨料用量，kg/m3；

ρ1—紧密堆积密度，kg/m3；

碎石粗集料物理指标 表1

α—折减系数，碎石取0.98。

②胶凝材料水泥用量

胶凝材料用量采用公式（6）进行计算确定。

式中：WJ—单位体积多孔混凝土胶结浆体用量，kg/m3；

RVOD—目标空隙率；

ρJ—胶结材料密度。

③单位用水量及水泥用量

根据确定的水灰比W/C，根据公式（6）计算确定的胶凝材料用量，并可确定单位用水量及水泥用量。

式中：WC—单位体积水泥用量，kg/m3；

WW—单位拌和用水量，kg/m3。

根据碎石粗集料的物理性能指标及公式（5）～（8）进行多孔植生混凝土的配合比设计计算，拟定目标空隙率32%，水灰比0.32，对照组水灰比0.35。

2.2 肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土的制备

为了解决现有生态多孔植生后期追加施肥难、肥料利用率低等问题，根据文献[2]尿素对水泥凝结时间、抗压强度、孔径分布的影响综合性考虑，结合再生砖骨料吸水性、含水性等问题，利用含量2%尿素对废弃砖进行饱和浸泡，制备废弃砖作为再生骨料体积代替率分别为0%、30%、50%肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土，配合比详见表3。

混凝土的搅拌采用包裹法进行，首先将全部骨料和一半的水搅拌30s，然后再加入一半的水泥搅拌60s，最后将剩下的一半水和水泥加入搅拌90s。

多孔植生混凝土的成型方法与普通混凝土的成型方法不同，基于胶凝材料流动度及振动台难以控制等因素，本次制备的混凝土采用人工振捣成型的方法进行振捣成型。采用试件尺寸为100mm×100mm×100mm，将材料分三次倒入试模，每层用捣棒由边向中心进行振捣数次。试件一天后脱模放入湿度为95%，温度为20℃的养护箱中进行养护。

3 肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土抗压强度试验

多孔植生混凝土配合比设计计算表 表2

肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土配合比 表3

图2 肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土制备成型

3.1 试验结果

参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2011）测试试块强度。从图2可以看出，试块表面不平整，根据文献[3]，采用水泥对试块表面进行抹平，混凝土的抗压试验结果见表4所示。

3.2 试验结果分析

①再生砖骨料含量对强度的影响

图3 不同废弃再生砖骨料含量抗压强度

从图3抗压看出，随着废弃再生砖骨料代替率增加，混凝土的强度降低，砖代替率达到30%时，混凝土强度降幅达到35.7%；当废弃再生砖骨料代替率达到50%时，混凝土强度降幅达到54.9%；废弃再生砖骨料代替率从30%增加到50%，强度降幅为29.9%。说明废弃再生砖骨料代替率的增加对混凝土强度影响在降低，最终混凝土的强度取决于废弃再生砖骨料的强度。

②水灰比对强度的影响

水灰比为0.33时，混凝土的强度值为11.56MPa，水灰比为0.35时，混凝土强度值为7.27MPa，降幅为37.1%，说明水灰比对混凝土强度的影响较大。

③尿素添加方式对混凝土强度的影响

通过2%的尿素加入水中浸泡废弃再生砖骨料代替率为30%时，混凝土的强度为7.43MPa，直接将2%尿素加入拌和水中的混凝土强度为6.52MPa，两者相差12.2%。通过其他文献分析，尿素对水泥的凝结时间、强度均有一定的影响，直接将尿素加入混凝土拌合水中，导致混凝土的强度降低。但是将尿素溶解于水后，浸泡废弃再生砖，不仅有利于砖充分吸收尿素养分，达到缓释效果，对混凝土的强度降低影响较小。

4 结语

肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土不仅具有多孔生态植生混凝土的优点，还能有效避免多孔生态植生混凝土对植物后期追肥困难、肥效利用率低的特点，有利于建筑固体废弃物的再生利用，有效减少建筑固体废弃物对自然环境的污染。

通过对肥效缓释型多孔植生再生砖混凝土制备及强度试验，废弃再生砖对碎石粗集料的代替率越大，混凝土的强度降低得也越大。水灰比的大小对混凝土强度的影响也很显著，而且养分的添加方式对混凝土的强度影响也较大。对肥效缓释型的废弃再生砖混凝土，建议肥效追加方式为浸泡骨料，能够有效达到肥效缓释，而其对混凝土的强度影响较小。