【摘 要】
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砂性植被混凝土因配制所用种植土粒径偏大,在边坡生态修复过程中面临强度较低,保肥能力偏弱等问题,在遭遇连续降雨等极端条件时易发生垮塌,影响生态修复效果。为保证砂性植被混凝土肥力水平,在其中加入生物质炭,虽可提高其保肥能力,但却进一步降低了其强度。为提高砂性植被混凝土工程特性,本研究将沸石掺入砂性植被混凝土中,研究0、1%、2%、4%四种不同沸石掺量下砂性植被混凝土干密度、孔隙率、渗透系数、黏聚力和内
【基金项目】
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国家重点研发计划项目子课题(2017YFC0504902-02)——《生态修复材料冻融损伤机理及抗冻强度耐久性改良技术》; 国家自然科学基金青年项目(51708333)——《冻融循环作用下植被混凝土肥力演变过程与可持续性研究》; 三峡大学培优基金项目(2021SSPY018)——《沸石耦合生物质炭协同处治砂性植被混凝土工程特性的研
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砂性植被混凝土因配制所用种植土粒径偏大,在边坡生态修复过程中面临强度较低,保肥能力偏弱等问题,在遭遇连续降雨等极端条件时易发生垮塌,影响生态修复效果。为保证砂性植被混凝土肥力水平,在其中加入生物质炭,虽可提高其保肥能力,但却进一步降低了其强度。为提高砂性植被混凝土工程特性,本研究将沸石掺入砂性植被混凝土中,研究0、1%、2%、4%四种不同沸石掺量下砂性植被混凝土干密度、孔隙率、渗透系数、黏聚力和内摩擦角、土水特征曲线、可溶性有机碳、速效氮(铵态氮、硝态氮)含量及其养分固持能力、阳离子交换量、水化胶结物含量、微生物生物量碳、氮含量及植物生物量变化;并结合偏光显微镜、扫描电镜、X射线能谱分析以及傅里叶变换红外光谱等细微观手段观察砂性植被混凝土形态结构、成分以及含氧官能团变化,探究各指标变化的深层次原因。然后将各指标进行相关性分析,探究指标间相互关系,并进行参数归一化处理,最终建立综合评价体系。得到的主要结论如下:(1)沸石可提高砂性植被混凝土的干密度,且沸石掺量2%时对砂性植被混凝土干密度的提升效果达到最佳。沸石可有效降低砂性植被混凝土的孔隙率和渗透系数,尤其以沸石掺量2%时效果最好。相同沸石掺量时孔隙率随龄期增长均呈现先下降后上升的变化趋势。渗透系数随沸石掺量与龄期变化均呈先下降后上升的变化趋势。(2)沸石可提高砂性植被混凝土黏聚力,以沸石掺量2%效果为最好,而在沸石掺量4%时对内摩擦角的提升效果最佳。不同沸石掺量砂性植被混凝土黏聚力随龄期增长均先增大后减小,而掺加沸石后砂性植被混凝土内摩擦角均不断增大。沸石可提高砂性植被混凝土的基质吸力,且随沸石掺量增多而增大,沸石掺量4%对砂性植被混凝土基质吸力增强效果最佳。(3)沸石可增加砂性植被混凝土可溶性有机碳含量,在后期增长较快,且沸石掺量2%效果最佳。沸石可提高砂性植被混凝土速效氮(铵态氮、硝态氮)含量,且在后期提升效果更为明显,相对铵态氮含量而言,沸石对硝态氮含量的提升效果更为明显。速效氮(铵态氮、硝态氮)淋溶流失率随沸石掺量和龄期增长均不断减小,沸石在前期对铵态氮淋溶流失率影响作用较明显,而后期对硝态氮淋溶流失率的影响更明显。(4)砂性植被混凝土阳离子交换量随沸石掺量的增加先增大后减小,以沸石掺量2%提升效果最好。热重分析表明,砂性植被混凝土分别在335℃与667℃左右质量损失速率达到较大值,表示分别有Ca(OH)2和水化胶结物等物质的大量损失。掺加沸石可提高砂性植被混凝土水化胶结物含量,尤其在沸石掺量4%时提升效果最好。(5)微生物生物量碳、氮含量随沸石掺量和龄期的增加均有不同程度的增长,且沸石掺量越高增长幅度越大。沸石掺量4%时砂性植被混凝土植物地上、地下生物量均最大,虽根冠比较小,但植物量总量明显多于其余掺量,故沸石掺量4%时对植物生物量的影响最明显。(6)细观形态方面,沸石提高砂性植被混凝土的强度及团聚体的团聚效应。微观结构方面,砂性植被混凝土中水化胶结物含量随沸石掺量的增长而不断增加,水泥水化产生的水化产物主要以颗粒状存在,而二次水化产物主要以絮凝状存在。砂性植被混凝土同时有二次水化产物和碳酸钙晶体的存在,侧向验证了对宏观指标变化原因分析的可靠性。不同沸石掺量砂性植被混凝土间有一些共同的特征吸收峰,且沸石掺量越多峰型越明显。掺加沸石后砂性植被混凝土含氧官能团数量有所增加,离子吸附能力增强,养分含量与养分固持能力有所提升。(7)砂性植被混凝土物理力学指标间存在极显著相关性,化学生物指标间存在极显著相关性,而物理力学指标与硝态氮淋溶流失率存在极显著相关性。熵值法结果表明,砂性植被混凝土化学生物指标对砂性植被混凝土工程特性综合评价系数贡献较大,综合评价得分排序为A4>A3>A2>A1。而主成分分析法砂性植被混凝土工程特性得分大小排序为:Z4>Z2>Z1>CK。沸石为砂性植被混凝土工程特性的理想改良剂,尤其在沸石掺量4%时效果达到最佳。综上所述,沸石可不同程度提高砂性植被混凝土工程特性,尤其以沸石掺量4%的优化效果最好,因此认为沸石掺量4%为最优掺量,而沸石对不同类别种植土配制的砂性植被混凝土以及改性沸石对砂性植被混凝土工程特性的影响还可进一步探讨。
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