活性炭對植被混凝土性能影響

　　植被混凝土是邊坡生態(tài)保護應(yīng)用比較廣泛的基材之一，通常，植被混凝土由土壤，水泥，有機材料，微生物制劑，植物種子和水組成。各成分的比例主要由區(qū)域氣候，地質(zhì)條件，坡度角和工程位置的土壤質(zhì)地確定。但是，仍然存在一些不利于植物生長的缺陷，例如高密度，低孔隙度，營養(yǎng)保留能力不足等。活性炭可以有效降低密度，改善土壤結(jié)構(gòu)。在另一方面，在一定程度的營養(yǎng)物中存在活性炭中，其可以提高土壤肥力和促進植物生長。而且，活性炭表面存在大量的負電荷，許多礦質(zhì)元素可以被吸附，這意味著活性炭可以提高土壤的陽離子交換水平并保留養(yǎng)分。因此，可以提高持續(xù)營養(yǎng)供應(yīng)的能力。所以這次我們使用木質(zhì)活性炭和煤質(zhì)活性炭對植被混凝土理化性質(zhì)的影響。

　　土壤中活性炭添加比例

　　活性炭的比例并不一定多才好，因為過多的活性炭會明顯降低機械強度，從而導(dǎo)致更嚴重的失水或土壤侵蝕問題。此外，有必要指出，性能效果肯定取決于活性炭的原材料，碳化溫度，土壤的質(zhì)地和粒度組成以及其他一些因素。此外，由于老化而從固態(tài)活性炭經(jīng)過老化轉(zhuǎn)化而來的可溶性碳很容易因流動的水而流失。因此，在土壤改良領(lǐng)域中，與在不同類型的土壤中使用的活性炭的合適類型，比例和耐久性有關(guān)的問題是比較重要的。

　　使用兩種活性炭進行測試

　　測試涉及的主要材料是種植土壤，水泥，有機材料，微生物制劑，植物種子，木質(zhì)活性炭，煤質(zhì)活性炭和水。在測試地點表面深度1 m以內(nèi)的天然黃棕色壤土中選擇種植土壤。取回土壤，干燥，搗碎，并通過2mm的篩子過篩。設(shè)置了兩種活性炭含量的六個梯度。木質(zhì)活性炭(W)和煤質(zhì)活性炭(M)的含量分別占種植土壤干重的0%，0.5%，1%，2%，4%和6%。進行了使用塑料播種機的室外盆栽試驗，并且根據(jù)活性炭含量的六個不同值，將測試中使用的每個塑料播種機分為六個較小的播種機。首次取樣于7天開始，以確保水泥的水合反應(yīng)基本完成。然后，分別在37、97和187天取樣。圖1顯示了活性炭的SEM和實驗中使用的播種機布置。

　　圖1：兩種活性炭的SEM圖像和實驗中的播種機安排。

　　改變干密度和孔隙率的規(guī)律

　　密度和孔隙率是植被混凝土對植物生長最重要的物理性能。如圖2A，B所示，隨著活性炭比例的增加，植被混凝土的干密度降低，孔隙率顯著增加。隨著時間的流逝，干密度首先從0增加到37d，然后在37d之后減小。根據(jù)圖2C，D，孔隙率趨勢顯示出相反的行為。這種趨勢的原因可能是在37d之前發(fā)生了植被混凝土的主要固結(jié)并且植物根對植被混凝土的影響很小。隨著植物的生長，植被混凝土中的孔隙不斷增加。因此，干密度降低。從圖2，還發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)活性炭的樣品的干密度高于木質(zhì)活性炭的樣品的干密度。該發(fā)現(xiàn)可能是由于煤質(zhì)活性炭的密度高于木質(zhì)活性炭的密度。

　　圖2：活性炭對植被混凝土干密度(A，B)和孔隙率(C，D)的影響。

　　活性炭保水能力

　　飽和水含量可以直接反映持水量，它代表植被混凝土的供水量。飽和水含量隨活性炭比例的增加而增加。對于含有木質(zhì)活性炭的樣品，當(dāng)其比例從0.5%增加到1%時，其增加率要高于其他情況。此外，煤質(zhì)活性炭的樣品的飽和水含量隨時間變化不敏感。可以推斷出木質(zhì)活性炭的耐久性和潛力可能比煤質(zhì)活性炭的耐久性和潛力更好。

　　剪切強度的變化和營養(yǎng)保持能力

　　內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角反映的抗剪強度是在斜坡上植被混凝土的抗滑能力的一個非常重要的因素。圖3A，B示出了內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角對活性炭比例的曲線。可以發(fā)現(xiàn)，兩個指標均隨活性炭比例的增加而降低。隨著時間的流逝，內(nèi)聚力先增大，然后減小。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能是由于整個水合反應(yīng)通常在大約一個月內(nèi)完成土壤顆粒與水合產(chǎn)物之間的包封作用可以增強內(nèi)聚力。但是，在活性炭的表面上存在大量的負電荷，并且土壤顆粒中的水膜中的陽離子可以被吸附。然后，水膜的厚度可以增加，并且土壤顆粒之間的吸引力可以自然地減少。內(nèi)摩擦角隨時間增加而增加，這可能是因為活性炭的混合導(dǎo)致植被混凝土中固體顆粒的排列發(fā)生變化，這可以增強固體顆粒之間的互鎖效果。此外，煤質(zhì)活性炭的樣品的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角均略高于木質(zhì)活性炭的樣品。植被混凝土的營養(yǎng)含量對于植物生長非常重要。硝酸鹽氮，銨態(tài)氮，有效磷和鉀含量與活性炭比例的關(guān)系。可以發(fā)現(xiàn)，所有類型的養(yǎng)分含量都隨著活性炭比例的增加而增加，因為活性炭本身中存在一定量的養(yǎng)分。

　　圖3：活性炭對植被混凝土的內(nèi)聚力(A)和內(nèi)摩擦角(B)的影響。

　　活性炭對植物的影響

　　植物的平均株高，地上和地下生物量分。隨著活性炭比例從0%增加到2%，平均株高，地上生物量和地下生物量均增加，而當(dāng)活性炭比例超過2%時，則呈現(xiàn)相反的趨勢。該結(jié)果表明，盡管活性炭對于植物生長是有利的，但是更高比例的活性炭是無益的。此外，木質(zhì)活性炭的樣品的平均植物高度和生物量始終高于煤質(zhì)活性炭樣品。活性炭在植被混凝土中的比例與孔隙率，滲透性，持水量，養(yǎng)分含量和保持力成正比，與干密度，保水能力，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角成反比。當(dāng)活性炭范圍0〜2%之間的比例，植物高度，地上和地下生物量，而相反的趨勢，觀察到隨著活性炭的比例增加所有，當(dāng)2至6%的比例范圍。

　　活性炭對植被混凝土性能影響，從植物生長需求的角度來看，活性炭對孔隙率，干密度，持水量以及養(yǎng)分含量和保持能力的影響是有利的。從邊坡上的植被混凝土的自穩(wěn)定性的角度來看，對保水能力和抗剪強度的影響是不利的。綜合考慮當(dāng)前行業(yè)標準，先前的研究結(jié)果和經(jīng)濟原因，推薦的活性炭類型為木質(zhì)的，合適的比例在1-2%之間。發(fā)現(xiàn)活性炭可以在半年內(nèi)有效地改善植被混凝土的性能，這對于生態(tài)保護工程的成功至關(guān)重要。

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