一種氮肥緩釋型植生膠凝材料及其制備方法與流程

本發明涉及環保建筑材料技術領域，尤其涉及一種氮肥緩釋型植生膠凝材料及其制備方法。

背景技術：

普通混凝土是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料，與水（加或不加外加劑和摻合料）按一定比例配合，經攪拌、成型、養護而得的水泥混凝土，主要用于承受載荷，在國家基礎設施建設和土木工程領域中有廣泛應用。植生水泥混凝土是由粒徑相近的粗骨料表面包裹一層水泥漿堆砌而成的具有多孔、大孔結構的水泥混凝土。與普通混凝土相比，植生水泥混凝土不僅可以保護邊坡、防止水土流失，而且由于其自身的多孔、大孔結構還具有良好的透氣透水性，從而使植物根系穿過植生水泥混凝土的基體深入到土壤層，實現植物和水中生物的生長，達到綠化邊坡，改善生態環境，改善景觀的要求，同時，植生水泥混凝土還可以凈化水質，防治水體污染；因此，植生水泥混凝土被廣泛應用。

植生水泥混凝土作為植物生長的載體，通常含有植物生長所需要的營養物質，在植物根系深入土壤層前為其提供充足的營養。而氮元素作為植物生長必不可少的營養物質，不僅是植物體內氨基酸的組成部分，也是構成蛋白質的成分，還是對植物進行光合作用起決定作用的葉綠素的重要組成部分，對植物的生長起著非常重要的作用。

但是，現有的普通植生水泥混凝土中所使用的硫鋁酸鹽水泥基膠凝材料的硬化漿體總孔隙率介于8%-10%，且90%以上的孔尺寸小于0.1μm，孔隙率較低、孔徑分布范圍較小，從而使氮肥的緩釋性能較差，使得氮肥很容易流失，從而使植物因氮肥不足而過早的干枯死亡，致使植物根系無法到達土壤層，無法起到綠化邊坡，改善生態環境的作用。植生混凝土的推廣應用也因此受到嚴重制約。

技術實現要素：

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料及其制備方法，延長氮肥的緩釋時間，解決了植物因氮肥不足而過早死亡的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料，包括如下重量份數的組分：水泥熟料45-70份、石膏6-10份、赤玉土10-25份、高嶺土5-20份、吸水樹脂1.5-3份、氮肥2-8份。

進一步，本發明所述水泥熟料為硫鋁酸鹽水泥熟料，所述硫鋁酸鹽水泥熟料包括如下質量分數的組分：無水硫鋁酸鈣55-65%、硅酸二鈣20-30%、鐵相5-15%，所述硫鋁酸鹽水泥熟料的細度為粉磨過200目篩，篩余1-5%。

硫鋁酸鹽水泥水化硬化快，可有效的縮短施工周期，同時，硫鋁酸鹽水泥硬化漿體的堿度比普通硅鋁酸鹽水泥硬化漿體的堿度低，更適宜制備植生水泥混凝土；另一方面，硫鋁酸鹽水泥硬化漿體是一種非致密的多孔硬化體，其連通孔隙率約為10%，其孔徑尺寸為1nm-100μm不等，因此，所述硫鋁酸鹽水泥硬化漿體的孔隙主要為毛細孔，因毛細孔對水分、養分等具有一定的吸附能力，所以，硫鋁酸鹽水泥硬化漿體本身對水分、養分具有一定的吸附能力，從而使其對水分、養分具有一定的緩釋性能。

更進一步，本發明所述石膏為天然石膏、檸檬石膏和磷石膏中的一種或兩種以上的組合，細度為粉磨過200目篩，篩余1-5%，其中，所述石膏中SO₃的含量大于等于36%且小于70%；

所述赤玉土的細度為粉磨過200目篩，篩余5-15%，其中，所述赤玉土中SiO₂的含量為50-60%，Fe₂O₃的含量為10-15%，Al₂O₃的含量為10-16%，MgO的含量為15-20%；赤玉土為天然火山灰礦物，其通透性較高，這樣含量的赤玉土可以有效的提高膠凝材料硬化體0.04-1.00μm 的孔體積，膠凝材料硬化體微觀孔隙分布范圍變大，有利于提高其氮肥緩釋能力。

將硫鋁酸鹽水泥熟料、石膏和吸水樹脂的混合物稱為混合物1，將硫鋁酸鹽水泥熟料、石膏、吸收樹脂和赤玉土的混合物稱為混合物2，將混合物1和混合物2的孔體積進行測試，測試結果如附圖1所示。

由圖1可以看出，含赤玉土的混合物可以有效的提高膠凝材料硬化體0.04-1.00μm 的孔體積，而膠凝材料硬化體微觀孔隙分布范圍變大，有利于提高其氮肥緩釋能力。

所述高嶺土為水洗高嶺土，細度為粉磨過200目篩，篩余5-10%，其中，所述水洗高嶺土中SiO₂的含量為50-60%，Al₂O₃的含量為20-26%，MgO的含量為0.5-2%；

高嶺土是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土和粘土巖，屬于1:1型層狀硅酸鹽，其特殊的層狀結構對氮肥具有優良的緩釋性能，高嶺土是由硅氧四面體與鋁氧八面體結合形成的1:1型層狀硅酸鹽礦物，層與層之間以氫鍵相連，具有可以從周圍介質中吸附其他離子的特性。這樣含量的高嶺土可以有效的提高膠凝材料硬化體0.02μm以下的孔體積，有利于提高其對氮肥的吸附能力。

將硫鋁酸鹽水泥熟料、石膏和吸水樹脂的混合物稱為混合物1，將硫鋁酸鹽水泥熟料、石膏、吸收樹脂和高嶺土的混合物稱為混合物2，將混合物1和混合物2的孔體積進行測試，測試結果如附圖2所示。

由圖2可以看出，含高嶺土的混合物可以有效的提高膠凝材料硬化體0.02μm以下的孔體積，有利于提高其對氮肥的吸附能力。

本發明的赤玉土與高嶺土協同作用可以有效的提高膠凝材料硬化體1μm以下的孔體積，拓寬其微觀孔隙分布范圍，提高其氮肥緩釋能力，同時相對較高摻量的吸水樹脂可有效的提高膠凝材料對水分的吸附能力，進而提高其氮肥緩釋能力。

所述吸水樹脂的分子量為600-900萬，細度為粉磨過200目篩，篩余1-5%；

吸水樹脂為有機高分子吸水材料，其吸水能力很強，因為氮肥會隨著水分的遷移而遷移，因此，吸水樹脂可以提高植生膠凝材料的氮肥緩釋性能。在現代水泥混凝土領域，吸水樹脂一般被用來作增稠劑改善或防止水泥混凝土表面泌水，同時，吸水樹脂也被用作水泥混凝土表面養護劑，附于混凝土表面，防止其水分過早蒸發或開裂，吸水樹脂用作增稠劑或表面養護劑其使用量介于0.01%-0.05%。本發明中吸水樹脂使用量介于1.5%-3.0%，這種摻量的吸水樹脂可有效的提高膠凝材料對水分的吸附能力，同時，氮肥的遷移遵循“肥隨水走”的原理，因此這種摻量的吸水樹脂可以有效的提高膠凝材料硬化體對氮肥的吸附能力。

所述氮肥為氨態氮肥和酰胺態氮肥中的一種或兩種以上的組合，其中，所述氮肥中的氮含量大于等于24%且小于75%。硫鋁酸鹽水泥中摻入氮肥，摻入的氮肥由于水化產物的包裹，可以在植生混凝土服役期間緩慢釋放，從而達到肥效緩釋的效果，有利于植物的健康生長。

為解決上述技術問題，本發明的另一技術方案為：提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料的制備方法，按如下步驟進行：

將水泥熟料、石膏、赤玉土、高嶺土、吸水樹脂混合均勻得到混合物，將氮肥溶于水中后與所述混合物拌合得到氮肥緩釋型植生膠凝材料。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料，包括如下重量份數的組分：水泥熟料45-70份、石膏6-10份、赤玉土10-25份、高嶺土5-20份、吸水樹脂1.5-3份、氮肥2-8份。本發明提供的氮肥緩釋型植生膠凝材料中含有赤玉土，赤玉土為天然火山灰礦物，其通透性較高，氮肥緩釋性能較好，因此，本發明的氮肥緩釋型植生膠凝材料的氮肥緩釋性能良好；另外，本發明提供的氮肥緩釋型植生膠凝材料中還包括高嶺土和吸水樹脂，高嶺土是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土和粘土巖，屬于1:1型層狀硅酸鹽，其特殊的層狀結構對氮肥具有優良的緩釋性能；吸水樹脂為有機高分子吸水材料，其吸水能力很強，因為氮肥會隨著水分的遷移而遷移，因此吸水樹脂可以提高植生膠凝材料的氮肥緩釋性能，本發明提供的氮肥緩釋型植生膠凝材料，在高嶺土、赤玉土、吸水樹脂等材料的的共同作用下，氮肥緩釋時間可達6-8個月，符合植物的生長周期需求，解決了植物因氮肥不足而過早死亡造成的植生混凝土無法起到綠化邊坡，改善生態環境的問題。并且，本發明提供的氮肥緩釋型植生膠凝材料的制備工藝簡單，原料易得，成本低廉。

附圖說明

為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單介紹，顯而易見的，對于本領域技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是含赤玉土和不含赤玉土的兩種膠凝材料硬化體不同孔徑的孔體積示意圖。

圖2是含高嶺土和不含高嶺土的兩種膠凝材料硬化體不同孔徑的孔體積示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

本發明提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料的制備方法，以下實施例中的氮肥緩釋型植生膠凝材料均采用此方法制備，所述方法按照如下步驟進行：

將水泥熟料、石膏、赤玉土、高嶺土、吸水樹脂混合均勻得到混合物，將氮肥溶于水中后與所述混合物拌合得到氮肥緩釋型植生膠凝材料。

實施例1

本實施例提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料，包括如下重量份數的組分：

硫鋁酸鹽水泥熟料45份，天然石膏 6份，天然赤玉土25份，水洗高嶺土13份，吸水樹脂3份，氮肥8份；其中，

硫鋁酸鹽水泥熟料中含有無水硫鋁酸鈣55%，硅酸二鈣30%，鐵相15%，所述硫鋁酸鹽水泥熟料的細度為粉磨過200目篩，篩余1%；天然石膏中的SO₃含量為40%，細度為粉磨過200目篩，篩余1.5%；天然赤玉土細度為粉磨過200目篩，篩余5%，天然赤玉土中SiO₂的含量為50%，Fe₂O₃的含量為15%，Al₂O₃的含量為15%，MgO的含量為20%；水洗高嶺土細度為粉磨過200目篩，篩余10%，水洗高嶺土中SiO₂的含量為50%，Al₂O₃的含量為26%，MgO的含量為0.5%；吸水樹脂分子量為900萬，細度為粉磨過200目篩，篩余5%；氮肥為酰胺態氮肥，總含氮量為35%。

經測試，本實施例的氮肥緩釋型植生膠凝材料硬化漿體的氮肥緩釋時間為8個月。

實施例2

本實施例提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料，包括如下重量份數的組分：

硫鋁酸鹽水泥熟料60份，檸檬石膏9份，天然赤玉土15份，水洗高嶺土10份，吸水樹脂2份，氮肥4份；其中，

硫鋁酸鹽水泥熟料中含有無水硫鋁酸鈣65%，硅酸二鈣20%，鐵相15%，硫鋁酸鹽水泥熟料的細度為粉磨過200目篩，篩余2%；檸檬石膏中SO₃含量為38%，細度為粉磨過200目篩，篩余1%；天然赤玉土細度為粉磨過200目篩，篩余7%，天然赤玉土中SiO₂的含量為60%，Fe₂O₃的含量為10%，Al₂O₃的含量為10%，MgO的含量為20%；水洗高嶺土細度為粉磨過200目篩，篩余5%，水洗高嶺土中SiO₂的含量為60%，Al₂O₃的含量為20%，MgO的含量為2%；吸水樹脂分子量為700萬，細度為粉磨過200目篩，篩余2%；氮肥為氨態氮肥與酰胺態氮肥混合，總含氮量為30%。

經測試，本實施例的植生膠凝材料硬化漿體氮肥緩釋時間為7個月。

實施例3

本實施例提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料，包括如下重量份數的組分：

硫鋁酸鹽水泥熟料70份，磷石膏10份，天然赤玉土10份，水洗高嶺土5份，吸水樹脂2份，氮肥 3份，其中，

所述硫鋁酸鹽水泥熟料中含有無水硫鋁酸鈣65%，硅酸二鈣30%，鐵相5%，且所述硫鋁酸鹽水泥熟料細度為粉磨過200目篩，篩余5%；磷石膏中SO₃含量為37%，細度為粉磨過200目篩，篩余2.5%；天然赤玉土細度為粉磨過200目篩，篩余10%，所述天然赤玉土中中SiO₂的含量為55%，Fe₂O₃的含量為14%，Al₂O₃的含量為16%，MgO的含量為15%；水洗高嶺土細度為粉磨過200目篩，篩余6%，水洗高嶺土中SiO₂的含量為55%，Al₂O₃的含量為23%，MgO的含量為1%；吸水樹脂分子量為800萬，細度為粉磨過200目篩，篩余3%；氮肥為氨態氮肥和酰胺態氮肥的混合物，總含氮量為32%。

經測試，本實施例的植生膠凝材料硬化漿體氮肥緩釋時間為6個月。

實施例4

本實施例提供一種氮肥緩釋型植生膠凝材料，包括如下重量份數的組分：

硫鋁酸鹽水泥熟料60份，天然石膏和磷石膏的混合物6.5份，天然赤玉土10份，水洗高嶺土20份，吸水樹脂1.5份，氮肥 2份，其中，

所述硫鋁酸鹽水泥熟料中含有無水硫鋁酸鈣60%，硅酸二鈣25%，鐵相15%，且所述硫鋁酸鹽水泥熟料細度為粉磨過200目篩，篩余3%；天然石膏和磷石膏的混合物中SO₃含量為36%，細度為粉磨過200目篩，篩余5%；天然赤玉土細度為粉磨過200目篩，篩余15%，所述天然赤玉土中中SiO₂的含量為58%，Fe₂O₃的含量為12%，Al₂O₃的含量為13%，MgO的含量為17%；水洗高嶺土細度為粉磨過200目篩，篩余6%，水洗高嶺土中SiO₂的含量為55%，Al₂O₃的含量為23%，MgO的含量為10%；吸水樹脂分子量為600萬，細度為粉磨過200目篩，篩余1%；氮肥為氨態氮肥和酰胺態氮肥的混合物，總含氮量為24%。

經測試，本實施例的植生膠凝材料硬化漿體氮肥緩釋時間為6個月。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。