一種生態修復型預製混凝土板及改造河道硬質護岸和河床修復的方法
2023-06-25 02:39:36 1
一種生態修復型預製混凝土板及改造河道硬質護岸和河床修復的方法
【專利摘要】本發明公開了一種生態修復型預製混凝土板及改造河道硬質護岸和河床修復的方法，其中預製混凝土板採用混凝土預製而成，混凝土的組成為：多孔性骨料：400~700kg/m3；低鹼性膠結料：200~250kg/m3；顆粒狀修復劑：40~60kg/m3；高效添加劑：3~7kg/m3；水：50~90kg/m3。採用生態修復型混凝土板安裝於原有硬質護岸和河床底部的生態化改造方法，節約資源，投資少，而且克服了混凝土水下施工的困難，施工期短，見效快。通過本發明改造後，可改善水陸生態系統鏈，同時可吸附水中的有機物、氮磷及重金屬等汙染物，然後通過動植物、微生物共同作用去除汙染物，實現吸附劑原位再生，原位恢復吸附容量，達到長期持續的生態淨水效果。
【專利說明】一種生態修復型預製混凝土板及改造河道硬質護岸和河床 修復的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境友好型混凝土材料製備【技術領域】，尤其涉及一種改善硬質駁岸和 河床修復的多孔輕質透水混凝土板，適用於江、河、湖、庫等原有硬質岸坡的生態化改造和 河床基底的生態修復。
【背景技術】
[0002] 傳統的硬質護岸在河道工程中常有應用，尤其是在用地緊張的城市內河中應用廣 泛。傳統硬質護岸多採用砌石或普通水泥混凝土澆築而成，這種護岸模式見效快，既可防洪 又使河道景觀看上去整潔、乾淨；然而，硬質護岸結構孔隙率小，透水、透氣性差，破壞了水、 土和生物之間的物質循環和能量流動，使大量水陸交錯帶的植物失去生存條件；而且，光滑 硬質的表面也改變了原來自然岸坡的特性，使魚類難尋產卵的適宜場所，降低了生物多樣 性，削弱了河流自淨能力，破壞了自然的生態環境。因此，對河道硬質護岸進行生態化改造， 使其在滿足科學安全性的基礎上，達到景觀和生態要求十分緊迫和必要。
[0003] 近年來，許多城市在河道整治中將原有的硬質護岸進行了全面拆除，造成大量資 源的浪費，還有許多改造工程由於過度追求景觀和生態效應而忽視了安全性和護岸壽命問 題。因此，我國許多城市和地區急需一種在保護原有護岸結構的基礎上便捷經濟地進行生 態化改造的方案和實例。
[0004] 江、河、湖、庫等水體的底泥中沉積有大量的有機質、氮磷、重金屬等汙染物，這些 汙染物質在一定條件下會從底泥中釋放進入水體，汙染水質，造成內源汙染。目前，國內針 對底泥內源汙染的控制措施主要有底泥疏浚、底泥氧化和覆蓋底泥層等。底泥疏浚是較為 成熟且簡單的措施，可迅速消除底泥，減少汙染物，但底泥疏浚造成的擾動會加速氮、磷等 沉積汙染物的二次釋放，而且清淤過程同時也帶走了河床基底的植物、微生物，嚴重破壞了 河床微生態系統；底泥氧化由於引入化學藥劑易造成二次汙染；底泥覆蓋多採用砂、石、人 工合成材料等，成本高，而且水生植物、微生物等不能迅速恢復，河床微生態系統修復緩慢， 水體脆弱而易受汙染。因此，如何有效控制河湖底泥帶來的內源汙染，抑制沉積汙染物的釋 放，修復受損的河床微生態系統成為當前的一大研究熱點。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是克服傳統硬質護岸在景觀和生態方面的缺陷以及 河湖底泥汙染物控制和河床修復技術存在的不足，提出一種對護岸和河底進行生態化改造 的生態修復型預製混凝土板及改造方法，解決傳統硬質護岸帶來的生物多樣性減少、生態 系統破壞等問題，有效抑制河湖底泥內源汙染，快速修復因底泥疏浚和底泥覆蓋而受損的 河床微生態系統，創造出一種良好的自然生態模擬環境，促進生態系統的良性循環，創造保 障水環境的一道亮麗風景線。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
[0007] -種生態修復型預製混凝土板，由混凝土預製而成，其特徵在於：所述混凝土組成 為：
[0008] 多孔性骨料：400 ?700kg/m3 ;
[0009] 低鹼性膠結料：200?250kg/m3 ;
[0010] 顆粒狀修復劑：40?60kg/m3 ;
[0011] 高效添加劑：3?7kg/m3 ;
[0012] 水：50 ?90kg/m3。
[0013] 在混凝土板內部設置有槽口，在槽口內填充吸附填料板，填料選用廉價易得的礦 物吸附劑，通過實驗優選出四種不同的吸附劑並確定其組分比例，以發揮最佳吸附效果，填 料的組分體積比為沸石：膨脹珍珠巖：硅藻土：膨潤土 = 5:2:2:1。
[0014] 所述預製混凝土板的尺寸可根據工程實際進行設計，本例為60cmX3〇CmX 12cm， 在混凝土板內部的槽口為矩形，矩形槽口長度為10?15cm，寬度為3?4cm，填料板裝入矩 形槽口後上下兩端用木楔卡住。
[0015] 所述的多孔性骨料為燒制的輕質陶粒，級配為10?20mm、20?25mm兩種單一粒 徑或復配。
[0016] 所述的低鹼性膠結料為硫鋁酸鹽水泥，其水化漿體的pH值為8?10。
[0017] 所述的顆粒狀修復劑是由體積分數佔60%?70%的沸石顆粒和30%?40%的膨 脹珍珠巖顆粒組成。
[0018] 所述的高效添加劑的質量百分比組成為40%?70%的聚羧酸鹽高性能減水組 分、20 %?40 %的三異丙醇胺增強組分以及10 %?20 %的EVA乳液增稠組分。
[0019] 一種採用生態修復型預製混凝土板來改造硬質護岸的方法，其特徵在於，步驟如 下：
[0020] 步驟一、預製所述生態修復型混凝土板，並在所述預製混凝土板內預留矩形槽口， 該矩形孔洞的體積約佔混凝土板體積的8%?17%，混凝土板經養護後在其空隙內灌注植 物種植基並布置一層防蝕土工布；
[0021] 步驟二、將沸石、膨脹珍珠巖、硅藻土和膨潤土按照5:2:2:1的體積比拌合後壓縮 成填料板，填料板的大小以輕鬆放入預留孔洞內為宜，填料板放入孔洞後使用木楔卡住上 下兩個槽口以方便更換；
[0022] 步驟三、待植物生根固土後，運至施工現場，利用預留的兩個安裝孔懸掛於原有硬 質護岸上。
[0023] -種採用生態修復型預製混凝土板來修復河床基底的方法，其特徵在於，步驟如 下：
[0024] 步驟一、預製所述生態修復型混凝土板，並在所述預製混凝土板內預留矩形槽口， 該矩形孔洞的體積約佔混凝土板體積的8%?17%，混凝土板經養護後在其空隙內灌注植 物種植基，並布置一層防蝕土工布；
[0025] 步驟二、將沸石、膨脹珍珠巖、硅藻土和膨潤土按照5:2:2:1的體積比拌合後壓縮 成填料板，填料板的大小以輕鬆放入預留孔洞內為宜，填料板放入孔洞後使用木楔卡住上 下兩個槽口以方便更換；
[0026] 步驟三、待植物生根固土後，運至施工現場，使用刷防鏽漆後的鐵絲通過安裝孔洞 將各塊混凝土板連接到一起後直接鋪設於河床底部。
[0027] 本發明混凝土板是以多孔性骨料、低鹼性膠結料、顆粒狀修復劑、高效添加劑和水 為原料，採用科學配比製成的透水混凝土預製結構。其每立方米質量組成為：多孔性骨料： 400?700kg/m3 ;低鹼性膠結料：200?250kg/m3 ;顆粒狀修復劑：40?60kg/m3 ;高效添加 劑：3?7kg/m3 ;水：50?90kg/m3。該配比通過大量實驗確定，既可保證混凝土板孔隙率達 到20 %?30 %，具有良好的透水透氣性，適宜植物生長，又可保證新拌混凝土具有良好的 和易性，混凝土凝結硬化後具有良好的抗壓強度，可承受水浪的長期衝擊和侵蝕。
[0028] 選用的多孔骨料為燒制的輕質陶粒，外表堅硬，內部有許多微孔，吸附能力強。骨 料粒徑為10?20mm、20?25mm的兩種間斷級配單獨使用或復配使用，選用較大的骨料粒 徑且不使用細骨料，可保證混凝土板孔隙率較大，滿足20%?30%的要求。陶粒密度小，制 成的多孔混凝土容重僅為普通砂石混凝土的一半，以60cmX30cmX 12cm尺寸預製的混凝 土板重量為20kg左右，混凝土板懸掛於護岸上不會產生過大的荷載，保證護岸結構穩定； 鋪設於河床底部並相互連接後也較為穩定，不易因水流衝力而移動。
[0029] 選用的低鹼性膠結料為硫錯酸鹽水泥，其水化楽體的pH值為8?10。因為通常土 壤的PH值在3. 15?9. 15之間，普通混凝土內部由於氫氧化鈣晶體的存在而呈鹼性，其pH 值在12?13之間，浸泡水中後會有Ca2+、0『離子溶出，水體pH值增加，不利於動植物、微 生物的生存，所以要儘量降低混凝土鹼度，故選用低鹼性膠結料。
[0030] 選用的顆粒狀修復劑是由體積分數佔60 %?70 %的沸石顆粒和30 %?40 %的膨 脹珍珠巖顆粒組成。通過加入顆粒狀修復劑，首先其顆粒狀結構可改善新拌混凝土的和易 性，而在混凝土凝結硬化後，修復劑表面布滿各種大小的空隙和孔洞，提供了微生物富集、 繁殖的載體，形成一層生物膜，而實驗確定的最佳組分體積比，可充分發揮沸石顆粒和膨脹 珍珠巖顆粒對水中有機質、氮磷營養鹽的吸附性能，吸附後的汙染物質可通過附著於混凝 土表面的生物膜的代謝作用得以去除，從而原位恢復修復劑的吸附性能，保證長期效果。
[0031] 選用的高效添加劑是質量百分比組成為40 %?70 %的聚羧酸鹽高性能減水組 分、20 %?40 %的三異丙醇胺增強組分以及10 %?20 %的EVA乳液增稠組分。通過該比例 添加高效添加劑，有效改善了新拌混凝土的流動性、保水性和粘聚性，混凝土凝結硬化後， 經試驗證明，可在水中浸泡一年後無明顯鬆散、破壞現象發生，可適應該混凝土板的使用環 境。
[0032] 預製混凝土板尺寸為60cmX 30cmX 12cm，在混凝土板內部還設置有矩形槽口，矩 形槽口長度為10?15cm，寬度為3?4cm，孔洞內填充吸附填料板，填料選用廉價易得的礦 物吸附劑，通過實驗優選出四種不同的吸附劑並確定其組分比例，以發揮最佳吸附效果，填 料的組分體積比為沸石：膨脹珍珠巖：硅藻土：膨潤土 = 5:2:2:1，填料板裝入槽口後上下 兩端用木楔卡住。混凝土板中間的填料層可強化對水流的過濾、吸附作用，吸附後的有機 物、氮磷汙染物及重金屬等在綠色植物的吸收、轉移和根區微生物的降解、代謝作用下從水 中去除，實現吸附劑原位再生，原位恢復吸附容量，達到長期持續的生態淨水效果。
[0033] 混凝土板內部空隙中灌注植物種植基後覆蓋一層防蝕土工布，減小水流對植物及 土壤的侵蝕破壞影響。根據混凝土板安裝位置合理配置不同種類的本土植物，以適應水位 變化及季節變換的影響。植物不僅起到固土加筋作用，同時可有效吸收利用水中營養物質， 減輕富營養化；綠色植物還能通過光合作用，改善水體溶氧狀態。
[0034] 有益效果：
[0035] 1、採用生態修復型混凝土板懸掛於原有硬質護岸或鋪設於河床底部的生態化改 造方法，可直接在原有硬質護岸和河底施工，最大程度上保護了原有結構，節約資源，投資 少，同時克服了混凝土水下施工的困難，改造施工期短，見效快，施工完畢後即可產生水質 淨化功能和生態景觀效果。
[0036] 2、混凝土板表面布滿各種大小的空隙和孔洞，內部還填充有礦物吸附劑，可充分 發揮空隙和吸附劑的吸附效應，吸附水中的有機質、磷酸鹽、硝酸鹽、重金屬等汙染物質，然 後通過附著於混凝土板表面的生物膜、植物根區微生物、水生動物和植物的共同作用得以 去除，實現吸附劑原位再生，可原位恢復吸附容量，提高水體自淨能力，達到長期持續的水 質淨化效果。
[0037] 3、混凝土板的多孔結構還可吸附、截留水中的固體懸浮物（SS)和藻類，而在混凝 土板空隙內棲息、繁殖的水生生物，尤其是浮遊動物可吞噬、濾食SS和藻類，淨化水質，防 止水藻的爆發；混凝土板上培育的綠色植物可充分吸收、利用水中的氮、磷營養鹽，抑制藍 藻生長，減輕水體富營養化。
[0038] 4、混凝土板的多孔結構為微生物的富集、植物的生長、水生動物的棲息提供載體 和空間，微型生物群落能在較短時間內達到物種平衡，構建完整的微生態系統，可迅速修復 和完善受損的河渠生態系統，提高生物多樣性。
[0039] 5、該混凝土板可安裝於硬化的河湖護岸和清淤後硬化的河床底部，快速修復護岸 和河床基底的生物棲息環境，修復受損的水生生態系統。
[0040] 6、針對底泥層較深的河床，很難直接在河床底部培育水生植物，此時可直接在河 底鋪設該混凝土板，快速恢復河底水生植物，改善河底生物棲息環境，而且可抑制底泥汙染 物的釋放，減輕內源汙染；針對剛清淤後的河床，可在清淤後覆蓋混凝土板，抑制因清淤擾 動產生的底泥中氮、磷的二次釋放汙染，同時也可快速修復受損的河床基底生態系統，淨化 河流水體。
[0041] 以上所述，只是對本發明的簡單說明，而不是對本發明的限制，任何不超出本發明 的發明創造，均落入本發明的保護範圍內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發明用於硬質護岸的改造示意圖，其中（a)為主視圖，（b)為俯視圖。
[0043] 圖2是本發明用於河床基底的修復改造不意圖（俯視圖）；
[0044] 圖3是生態修復型預製混凝土板的結構示意圖。
[0045] 其中：1、預製混凝土板，2、槽口，3、植物層，4、安裝孔，5、原有硬質護岸，6、河床基 底，7、水位線。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合附圖，對本發明作詳細說明：
[0047] 如圖1所示，為本發明用於硬質護岸的改造示意圖，圖2為本發明用於河床基底的 修復改造示意圖，本發明改造方法是將預製混凝土板1通過預留的安裝孔4懸掛於原有的 硬質護岸5上，或是將預製混凝土板1通過預留的安裝孔4相互連接後鋪設於河床基底6 上。其中預製混凝土板採用多孔性骨料、低鹼性膠結料、顆粒狀修復劑、高效添加劑以及水 為原料預製加工而成。
[0048] 實施例一
[0049] 輕質透水混凝土的每立方米質量組成為：
[0050] 遊泥基陶粒：470kg/m3 ;
[0051] 硫錯酸鹽水泥：230kg/m3 ;
[0052] 顆粒狀修復劑：40kg/m3 ;
[0053] 高效添加劑：3. 5kg/m3 ;
[0054] 水：90kg/m3，
[0055] 其中，淤泥基陶粒粒徑為10?20mm，其性能參數如表1所示；膠結料為硫鋁酸鹽 水泥；高效添加劑的質量百分比組成為45%的聚羧酸鹽高性能減水組分、40%的三異丙醇 胺增強組分以及15%的EVA乳液增稠組分；修復劑是由體積分數（堆積狀態下）佔60%的 沸石顆粒和40 %的膨脹珍珠巖顆粒組成。
[0056] 預製混凝土板模具：模具內部尺寸為60cmX 30cmX 12cm，模具中間有 60cmX 10cmX3cm的矩形模板用以預留放置填料板的槽口 2,模板兩側2cm處是PVC管插口 用以預留安裝孔4,插口距模具的一側寬邊20cm。模具製作完成後製備混凝土板1，步驟如 下：1)將模具刷油，同時將兩根30cm長PVC管插入插口；2)將上述組分中的水泥、添加劑 和水攪拌1. 5min後加入預溼24h並瞭幹的陶粒和顆粒修復劑，繼續攪拌2min，製備成輕質 混凝土；3)將混凝土澆入模具中，分三層澆築，每層澆築壓實後攤鋪一層網孔1. 2cm、絲徑 0.3mm的鍍鋅鋼絲網，第一層墊鋪鋼絲網後在兩根PVC管中間靠寬邊的地方綁紮一根6mm直 徑的鍍鋅鋼筋用以分散掛力；4)掛板養護7d後在混凝土內部空隙中灌注植物種植基，並在 表面覆蓋一層防蝕土工布；5)將沸石、膨脹珍珠巖、硅藻土和膨潤土按體積比5:2:2:1拌合 均勻後壓實成55cmX9. 5cmX2. 5cm的填料板；6)植物生根固土後將填料板放入槽口 2中 並用木楔卡住，此時混凝土板即可用於河道護岸和河床底部改造。混凝土板的性能見表2。
[0057] 表1淤泥基陶粒的性能參數
[0058]
【權利要求】
1. 一種生態修復型預製混凝土板，採用混凝土預製而成，其特徵在於：所述混凝土的 組成為： 多孔性骨料：40(T700 kg/m3 ; 低鹼性膠結料：20(T250 kg/m3 ; 顆粒狀修復劑：4(T60 kg/m3 ; 高效添加劑：3~7 kg/m3 ; 水：50?90 kg/m3。
2. 根據權利要求1所述的生態修復型預製混凝土板，其特徵在於：在混凝土板內部設 置有槽口，在槽口內填充吸附填料板，填料的組分體積比為沸石：膨脹珍珠巖：硅藻土：膨 潤土 =5:2:2:1。
3. 根據權利要求2所述的生態修復型預製混凝土板，其特徵在於：所述預製混凝土板 尺寸為60cmX30cmX12cm，在混凝土板內部的槽口為矩形，矩形槽口長度為l(Tl5cm，寬度 為3~4cm，填料板裝入矩形槽口後上下兩端用木楔卡住。
4. 根據權利要求1或2所述的生態修復型預製混凝土板，其特徵在於：所述的多孔性 骨料為燒制的輕質陶粒，級配為KT20mm、2(T25mm兩種單一粒徑或復配。
5. 根據權利要求1或2所述的生態修復型預製混凝土板，其特徵在於：所述的低鹼性 膠結料為硫鋁酸鹽水泥，其水化漿體的pH值為8~10。
6. 根據權利要求1或2所述的生態修復型預製混凝土板，其特徵在於：所述的顆粒狀 修復劑是由體積分數佔609Γ70%的沸石顆粒和309Γ40%的膨脹珍珠巖顆粒組成。
7. 根據權利要求1或2所述的生態修復型預製混凝土板，其特徵在於：所述的高效添 加劑的質量百分比組成為409Γ70%的聚羧酸鹽高性能減水組分、209Γ40%的三異丙醇胺增 強組分以及109Γ20%的EVA乳液增稠組分。
8. -種採用權利要求1所述的生態修復型預製混凝土板來改造硬質護岸的方法，其特 徵在於，步驟如下： 步驟一、預製所述生態修復型混凝土板，並在所述預製混凝土板內預留矩形槽口，該矩 形孔洞的體積約佔混凝土板體積的89Γ17%，混凝土板經養護後在其空隙內灌注植物種植 基，並布置一層防蝕土工布； 步驟二、將沸石、膨脹珍珠巖、硅藻土和膨潤土按照5:2:2:1的體積比拌合後壓縮成填 料板，填料板的大小以輕鬆放入預留孔洞內為宜，填料板放入孔洞後使用木楔卡住上下兩 個槽口以方便更換； 步驟三、待植物生根固土後，運至施工現場，利用預留的兩個安裝孔懸掛於原有硬質護 岸上。
9. 一種採用權利要求1所述的生態修復型預製混凝土板來修復河床基底的方法，其特 徵在於，步驟如下： 步驟一、預製所述生態修復型混凝土板，並在所述預製混凝土板內預留矩形槽口，該矩 形孔洞的體積約佔混凝土板體積的89Γ17%，混凝土板經養護後在其空隙內灌注植物種植 基，並布置一層防蝕土工布； 步驟二、將沸石、膨脹珍珠巖、硅藻土和膨潤土按照5:2:2:1的體積比拌合後壓縮成填 料板，填料板的大小以輕鬆放入預留孔洞內為宜，填料板放入孔洞後使用木楔卡住上下兩 個槽口以方便更換； 步驟三、待植物生根固土後，運至施工現場，使用防鏽鋼絲通過安裝孔洞將各塊混凝土 板連接到一起後直接鋪設於河床底部。
【文檔編號】E02B3/12GK104150846SQ201410410313
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】傅大放, 李奎鵬, 耿飛 申請人:東南大學