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一种基于草本根系构型的植草 混凝土构造及其制备方法

阅读：1发布：2022-11-22

专利汇可以提供一种基于草本根系构型的植草混凝土构造及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于草本根系构型的植草混凝土构造及其制备方法，植草混凝土由植草混凝土多层结构组成，根据根系密度和根径的自然生长规律，分为2-4层，总厚度为10～15cm，植草混凝土的孔隙率在10～35%范围。植草混凝土由以下重量份的原料制备而成：水泥113--313份，粗骨料 1421--1568份、细骨料113--313份、强化剂2--10份，减水剂 0.23—0.63份，水29--95份。本发明的制备方法从细观结构特征和植被生理生长特征参数角度综合考虑，有助于为植物根系生长提供科学良好的生长空间和生长条件，提高草本植物在混凝土中的生长活力和覆盖率，提升混凝土的抗拉、抗折、抗弯和反滤性能，形成适应植物自然生长规律的“草本-混凝土- 土壤 ” 复合体。，下面是一种基于草本根系构型的植草混凝土构造及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：植草混凝土是由多层随机孔构造组成，从上层至下层的粗骨料粒径逐渐减小，同时植草混凝土的孔隙率由35%减少到
10%，形成适应草本植物自然生长规律的多层结构植草混凝土。
2.根据权利要求1所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：根据根系密度和根径的自然生长规律，植草混凝土的总厚度为10～15cm，将植草混凝土从纵向截面分为2-4个层面: 分2层时，上层与下层的厚度比为1: 2-1: 1；分3层时，上层、中层与下层的厚度比为1.5: 2: 1；分4层时，上层、中上层、中下层与下层的厚度比为2.5: 2: 2: 1；植草混凝土的孔隙率为10-35%。
3.根据权利要求1所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：根据根径大小的草本植物自生长规律，粗骨料的粒径沿深度方向由大至小配制，植草混凝土的孔隙率根据草本自然规律，上层粗骨料的粒径较大，并较为集中，使用大粒径的粗骨料配制多孔混凝土，上层的植草混凝土的孔隙率控制在30-35%，中层或下层根据根系数量的变化调整粗骨料粒径的大小，中层的植草混凝土的孔隙率为15～30%，下层的植草混凝土的孔隙率为
10%～15%。
4.根据权利要求1所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：植草混凝土由以下以重量份计的原料组成：水泥113--313份，粗骨料1421--1568份、细骨料113--313份、强化剂2--10份，减水剂0.23—0.63份，水29--95份。
5.根据权利要求4所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：所述的水泥为R42.5普通硅酸盐水泥。
6.根据权利要求4所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：所述的粗骨料为人工碎石和天然卵石，粒径为10～40mm，大粒径的粗骨料为30mm～40mm。
7.根据权利要求4所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：所述的细骨料为天然砂或人工砂。
8.根据权利要求4所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：所述的强化剂为以下材料中的一种：环氧树脂、不饱和聚酯、丙乳的聚合物粘合剂。
9.根据权利要求4所述的基于草本根系构型的植草混凝土构造，其特征在于：减水剂为聚羧酸减水剂。
10.一种基于草本根系构型的植草混凝土构造的制备方法，特征是：具体步骤如下：
（1）、将下层的同级配粗骨料、细骨料加入到搅拌机，搅拌均匀；
（2）、加入水泥继续干拌30s，使材料分布均匀；
（3）、最后加入水、强化剂、减水剂搅拌120s，总计搅拌3.5min；
（4）、将紧贴地基的下层混凝土的表面采用模板压平或短时间振动压平；
（5）、将下层的上一层重复（1）-（4）的步骤，流水施工，逐层铺设，直至上层；
（6）、将天然土壤、草木灰、长效复合肥和水按1000：30：0.5：600比例混合，搅拌均匀，配置成糊状、流动性合适的营养土壤，再使用水泵将糊状液体灌注到植草混凝土的孔隙内；并灌注；
（7）、播种及铺设植物；
（8）、前期洒水养护，最后得到植草混凝土构造。

说明书全文

一种基于草本根系构型的植草混凝土构造及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生态工程技术，尤其是涉及遵循草本根系自然生长规律的一种基于草本根系构型的植草混凝土构造及其制备方法。

背景技术

[0002] 在目前我国生态建设任务极其艰巨的背景下，应用生物措施对工程措施进行生态保护越来越迫切，因此推广应用混凝土与草本植物相结合的生态技术和产品有着极大的应用前景、空间与市场。

[0003] 从20 世纪90 年代开始，日本混凝土工学协会提出了生态混凝土的概念，目前学者们主要在植草混凝土的宏观物理、力学和植生性能方面开展研究。所谓植草混凝土是一类特种混凝土材料，以随机大孔隙率混凝土为骨架，将营养土壤注入混凝土的孔隙中，草本根系在混凝土孔隙中生长，植物与混凝土融为一体，形成具有一定强度和植被覆盖的环境友好型的生态混凝土。

[0004] 随着社会生态文明建设的发展和人们对美好生活的向往，植草混凝土在水利、交通、岩土矿山、国土和市政等领域的河流护坡工程中运应而生。然而，与土壤环境下自然生长的草本相比，植草混凝土具有特殊的随机孔隙结构，这对草本的生长有一定的限制作用。植草混凝土的力学强度和结构孔隙是相互矛盾的，在追求粒径大、孔隙大时，虽有利于植物生长，但抗压和抗折强度将会减小；粒径小，孔隙小，强度增大但又不能适应植物根系生长的需求，使得草本成活率与生长活力降低、“草本-混凝土-土壤复合体”的整体性能减弱。

发明内容

[0005] 本发明的第一个目的是提供一种遵循草本根系自然生长规律、能够满足工程强度要求、绿化要求和生态调节功能和作用、结构易分层、抗压、抗折和抗弯性能强、施工简便、高效环保的基于草本根系构型的植草混凝土构造。

[0006] 本发明的第二个目的是提供一种基于草本根系构型的植草混凝土构造的制备方法。

[0007] 本发明的第一个目的是这样实现的：一种基于草本根系构型的植草混凝土构造，特征是：植草混凝土是由多层随机孔构造组成，从上层至下层的粗骨料粒径逐渐减小，同时植草混凝土的孔隙率由35%减少到10%，形成适应草本植物自然生长规律的多层结构植草混凝土。

[0008] 根据根系密度和根径的自然生长规律，植草混凝土的总厚度为10～15cm，将植草混凝土从纵向截面分为2-4个层面: 分2层时，上层与下层的厚度比为1: 2-1: 1；分3层时，上层、中层与下层的厚度比为1.5: 2: 1；分4层时，上层、中上层、中下层与下层的厚度比为2.5: 2: 2: 1；植草混凝土的孔隙率为10-35%。

[0009] 根据根径大小的草本植物自然生长规律，粗骨料的粒径沿深度方向由大至小配制，植草混凝土的孔隙率根据草本自然规律，上层粗骨料的粒径较大，并较为集中，使用大粒径的粗骨料配制多孔混凝土，上层的植草混凝土的孔隙率控制在30-35%，中层或下层根据根系数量的变化调整粗骨料粒径的大小，中层的植草混凝土的孔隙率为15～30%，下层的植草混凝土的孔隙率为10%～15%。

[0010] 所述草本植物自然生长规律，为符合草本植物根系的密度随深度的增加逐渐减少，根径大小随深度的增加逐渐减小，并且根系集中程度不同，一般较短根系的草本大多根系集中在上部10-15cm以内，较长根系的草本大多根系集中在上部30-60cm以内。

[0011] 植草混凝土由以下以重量份计的原料制备而成：水泥113--313份，粗骨料1421--1568份、细骨料113--313份、强化剂2--10份，减水剂0.23—0.63份，水29--95份。

[0012] 所述的水泥为R42.5普通硅酸盐水泥。

[0013] 所述的粗骨料为人工碎石和天然卵石，粒径为10～40mm，大粒径的粗骨料为30mm～40mm。

[0014] 所述的细骨料为天然砂或人工砂。

[0015] 所述的强化剂为以下材料中的一种：环氧树脂、不饱和聚酯、丙乳的聚合物粘合剂。

[0016] 所述的减水剂为聚羧酸减水剂。

[0017] 本发明的第二个目的是这样实现的：一种基于草本根系构型的植草混凝土构造的制备方法，特征是：具体步骤如下：
（1）、将下层的同级配粗骨料、细骨料加入到搅拌机，搅拌均匀；
（2）、加入水泥继续干拌30s，使材料分布均匀；
（3）、最后加入水、强化剂、减水剂搅拌120s，总计搅拌3.5min；
（4）、将紧贴地基的下层混凝土的表面采用模板压平或短时间振动压平；
（5）、将下层的上一层重复（1）-（4）的步骤，流水施工，逐层铺设，直至上层；
（6）、将天然土壤、草木灰、长效复合肥和水按1000：30：0.5：600比例混合，搅拌均匀，配置成糊状、流动性合适的营养土壤，再使用水泵将糊状液体灌注到植草混凝土的孔隙内；并灌注；
（7）、播种及铺设植物；
（8）、前期洒水养护，最后得到植草混凝土构造。

[0018] 本发明的植草混凝土构造是以随机大孔隙率的植草混凝土为骨架，将营养土壤注入植草混凝土的孔隙中，草本根系在植草混凝土的孔隙中生长，植物与植草混凝土融为一体，形成具有一定强度和植被覆盖的环境友好型的生态混凝土。本发明的制备方法从混凝土孔结构、孔隙率、孔的数量、离散程度等细观结构特征和植被生理生长特征参数角度综合考虑，有助于为植物根系生长提供科学良好的生长空间和生长条件，提高草本植物在混凝土中的生长活力和覆盖率，提升混凝土的抗压、抗折、抗弯和反滤性能，形成适应植物自然生长规律的“草本-混凝土-土壤”复合体。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有的显著效果是：1、本发明的多层植草混凝土构造具有顺应植物生长的自然特性，更加适宜植物的生长，它可以提高植草混凝土中的草本根系与植草混凝土的有机结合，使植草混凝土的整体力学性能和强度大幅提高，兼顾植生与安全功能，同时还起到一定的反滤效果，增加岸坡的保土性。解决了当前植草混凝土的强度不高、植生效果不好、草本难以穿透至基层的技术难题，突破了减少生长阻力的技术，同时还可以增加植草混凝土的厚度，多结构合理配制来增强抗压、抗拉和反滤等性能；
2、本发明植草混凝土的结构遵循草本根系自然生长规律的孔结构特征，显著改善了植物生长的生理环境，提高了植物的生长活力，最终提高了植草混凝土中植草的成活率、覆盖率和长势，保持了水与岸的自然连接，维护了生物多样性；
3、本发明的结构简单，可采用现浇或预制形式，易于施工，有利于生产流水化和规模化，可广泛应用于水利、交通、岩土矿山、国土和市政等生态边坡治理。
附图说明

[0020] 图1是适宜于较长须根型的植草混凝土的结构剖面图；图2是适宜于较短须根型的植草混凝土的结构剖面图；
图3是适宜于直根型的植草混凝土的结构剖面图。

具体实施方式

[0021] 为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合实施例，针对不同草本的具体实施方式对本发明所述的技术方案作进一步详细说明，但是本发明不仅限于此。

[0022] 实施例1：针对较长须根型草本植物，如香根草、牛筋草，无明显主根型，根系的根数密度集中
40cm以内，除上层外的植草混凝土厚度范围内的须根分布较为均匀。

[0023] 植草混凝土的总厚度为12cm，分为2个层面，上层为4cm，下层为8 cm。

[0024] 图1中，上层1为大粒径粗骨料的植草混凝土层，下层4为中小粒径粗骨料的植草混凝土层，由草体7植于植草混凝土8，长根系10通过植草混凝土的孔隙9，穿透植草混凝土的下层进入土层11。

[0025] 上层1的植草混凝土的孔隙率控制在35%，采用30mm～40mm的大粒径粗骨料，下层4的植草混凝土的孔隙率控制在10～15%，采用10mm～20 mm的中小粒径粗骨料。

[0026] 上层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥113份，粗骨料1568份、细骨料113份、强化剂10份，减水剂0.23份，水29份。下层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥262--313份，粗骨料1450份、细骨料262--313份、强化剂2--4份，减水剂0.52—0.63份，水80--95份。

[0027] 实施例2针对较短须根型草本植物，如狗牙根、高羊茅，根系的根数密度集中在2-6cm范围内。

[0028] 植草混凝土的总厚度为13cm，分为3个层面，分层厚度分别为上层4cm，中层6cm，下层3cm。

[0029] 图2中，上层1为大粒径粗骨料的植草混凝土层，中层2为中粒径粗骨料的植草混凝土层，下层3为小粒径粗骨料的植草混凝土层，由草体7植于植草混凝土8，草本短根系10通过植草混凝土的孔隙9，部分穿透植草混凝土的下层进入土层11。

[0030] 将上层1的植草混凝土的孔隙率控制在30%，采用30mm～35mm的大粒径粗骨料，中层2的植草混凝土的孔隙率控制在15～20%，采用10mm～20 mm的中小粒径粗骨料，下层3的植草混凝土的孔隙率控制在10～15%，采用10mm的小粒径粗骨料。

[0031] 上层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥117份，粗骨料1568份、细骨料117份、强化剂10份，减水剂0.23份，水36份。中层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥211--262份，粗骨料1450份、细骨料211--262份、强化剂4--6份，减水剂0.42—0.52份，水64--80份。下层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥
262--313份，粗骨料1421份、细骨料262--313份、强化剂2--3份，减水剂0.52—0.63份，水
80--95份。

[0032] 实施例3：针对直根型草本植物，如紫花苜蓿。根系的根数密度集中在0-10cm范围内。

[0033] 植草混凝土的总厚度为15cm，分为4个层面，分层厚度分别为上层5cm，中上层4cm，中下层4cm，底层2cm。

[0034] 图3中，上层1为大粒径粗骨料的植草混凝土层，中上层5为中粒径粗骨料的植草混凝土层，中上层6为中粒径粗骨料的植草混凝土层，下层3为小粒径粗骨料的植草混凝土层，由草体7植于植草混凝土8，草本短根系10通过植草混凝土的孔隙9，部分穿透植草混凝土的下层进入土层11。

[0035] 将上层1的植草混凝土的孔隙率控制在30%，采用30mm～35mm的大粒径粗骨料；中上层5的植草混凝土的孔隙率控制在25%，采用15mm～25 mm的中小粒径粗骨料；中下层6的植草混凝土的孔隙率控制在20%，采用10mm～20 mm的中小粒径粗骨料；下层3的植草混凝土的孔隙率控制在10～15%，采用10mm小粒径的粗骨料。

[0036] 上层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥117份，粗骨料1568份、细骨料117份、强化剂10份，减水剂0.23份，水36份。中上层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥170份，粗骨料1480份、细骨料170份、强化剂5份，减水剂0.34份，水52份。中下层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥211份，粗骨料1450份、细骨料211份、强化剂5份，减水剂0.42份，水64份。下层植草混凝土由如下以重量份计的原料制备而成：水泥262--313份，粗骨料1421份、细骨料262--313份、强化剂2--3份，减水剂0.52—0.63份，水80--95份。

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