活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对植被混凝土性能影响

　　植被混凝土是边坡生态保护应用比较广泛的基材之一，通常，植被混凝土由土壤，水泥，有机材料，微生物制剂，植物种子和水组成。各成分的比例主要由区域气候，地质条件，坡度角和工程位置的土壤质地确定。但是，仍然存在一些不利于植物生长的缺陷，例如高密度，低孔隙度，营养保留能力不足等。活性炭可以有效降低密度，改善土壤结构。在另一方面，在一定程度的营养物中存在活性炭中，其可以提高土壤肥力和促进植物生长。而且，活性炭表面存在大量的负电荷，许多矿质元素可以被吸附，这意味着活性炭可以提高土壤的阳离子交换水平并保留养分。因此，可以提高持续营养供应的能力。所以这次我们使用木质活性炭和煤质活性炭对植被混凝土理化性质的影响。

　　土壤中活性炭添加比例

　　活性炭的比例并不一定多才好，因为过多的活性炭会明显降低机械强度，从而导致更严重的失水或土壤侵蚀问题。此外，有必要指出，性能效果肯定取决于活性炭的原材料，碳化温度，土壤的质地和粒度组成以及其他一些因素。此外，由于老化而从固态活性炭经过老化转化而来的可溶性碳很容易因流动的水而流失。因此，在土壤改良领域中，与在不同类型的土壤中使用的活性炭的合适类型，比例和耐久性有关的问题是比较重要的。

　　使用两种活性炭进行测试

　　测试涉及的主要材料是种植土壤，水泥，有机材料，微生物制剂，植物种子，木质活性炭，煤质活性炭和水。在测试地点表面深度1 m以内的天然黄棕色壤土中选择种植土壤。取回土壤，干燥，捣碎，并通过2mm的筛子过筛。设置了两种活性炭含量的六个梯度。木质活性炭(W)和煤质活性炭(M)的含量分别占种植土壤干重的0%，0.5%，1%，2%，4%和6%。进行了使用塑料播种机的室外盆栽试验，并且根据活性炭含量的六个不同值，将测试中使用的每个塑料播种机分为六个较小的播种机。首次取样于7天开始，以确保水泥的水合反应基本完成。然后，分别在37、97和187天取样。图1显示了活性炭的SEM和实验中使用的播种机布置。

　　图1：两种活性炭的SEM图像和实验中的播种机安排。

　　改变干密度和孔隙率的规律

　　密度和孔隙率是植被混凝土对植物生长最重要的物理性能。如图2A，B所示，随着活性炭比例的增加，植被混凝土的干密度降低，孔隙率显着增加。随着时间的流逝，干密度首先从0增加到37d，然后在37d之后减小。根据图2C，D，孔隙率趋势显示出相反的行为。这种趋势的原因可能是在37d之前发生了植被混凝土的主要固结并且植物根对植被混凝土的影响很小。随着植物的生长，植被混凝土中的孔隙不断增加。因此，干密度降低。从图2，还发现煤质活性炭的样品的干密度高于木质活性炭的样品的干密度。该发现可能是由于煤质活性炭的密度高于木质活性炭的密度。

　　图2：活性炭对植被混凝土干密度(A，B)和孔隙率(C，D)的影响。

　　活性炭保水能力

　　饱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。饱和水含量随活性炭比例的增加而增加。对于含有木质活性炭的样品，当其比例从0.5%增加到1%时，其增加率要高于其他情况。此外，煤质活性炭的样品的饱和水含量随时间变化不敏感。可以推断出木质活性炭的耐久性和潜力可能比煤质活性炭的耐久性和潜力更好。

　　剪切强度的变化和营养保持能力

　　内聚力和内摩擦角反映的抗剪强度是在斜坡上植被混凝土的抗滑能力的一个非常重要的因素。图3A，B示出了内聚力和内摩擦角对活性炭比例的曲线。可以发现，两个指标均随活性炭比例的增加而降低。随着时间的流逝，内聚力先增大，然后减小。产生这种结果的原因可能是由于整个水合反应通常在大约一个月内完成土壤颗粒与水合产物之间的包封作用可以增强内聚力。但是，在活性炭的表面上存在大量的负电荷，并且土壤颗粒中的水膜中的阳离子可以被吸附。然后，水膜的厚度可以增加，并且土壤颗粒之间的吸引力可以自然地减少。内摩擦角随时间增加而增加，这可能是因为活性炭的混合导致植被混凝土中固体颗粒的排列发生变化，这可以增强固体颗粒之间的互锁效果。此外，煤质活性炭的样品的内聚力和内摩擦角均略高于木质活性炭的样品。植被混凝土的营养含量对于植物生长非常重要。硝酸盐氮，铵态氮，有效磷和钾含量与活性炭比例的关系。可以发现，所有类型的养分含量都随着活性炭比例的增加而增加，因为活性炭本身中存在一定量的养分。

　　图3：活性炭对植被混凝土的内聚力(A)和内摩擦角(B)的影响。

　　活性炭对植物的影响

　　植物的平均株高，地上和地下生物量分。随着活性炭比例从0%增加到2%，平均株高，地上生物量和地下生物量均增加，而当活性炭比例超过2%时，则呈现相反的趋势。该结果表明，尽管活性炭对于植物生长是有利的，但是更高比例的活性炭是无益的。此外，木质活性炭的样品的平均植物高度和生物量始终高于煤质活性炭样品。活性炭在植被混凝土中的比例与孔隙率，渗透性，持水量，养分含量和保持力成正比，与干密度，保水能力，内聚力和内摩擦角成反比。当活性炭范围0〜2%之间的比例，植物高度，地上和地下生物量，而相反的趋势，观察到随着活性炭的比例增加所有，当2至6%的比例范围。

　　活性炭对植被混凝土性能影响，从植物生长需求的角度来看，活性炭对孔隙率，干密度，持水量以及养分含量和保持能力的影响是有利的。从边坡上的植被混凝土的自稳定性的角度来看，对保水能力和抗剪强度的影响是不利的。综合考虑当前行业标准，先前的研究结果和经济原因，推荐的活性炭类型为木质的，合适的比例在1-2%之间。发现活性炭可以在半年内有效地改善植被混凝土的性能，这对于生态保护工程的成功至关重要。

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