植生混凝土（通用7篇）
植生混凝土 篇1
我国是一个发展中国家, 由于自然、人为及制度方面的原因, 在经济迅速发展的同时, 却忽略了对环境的重视, 致环境条件日益恶化。PM2.5这个词在我们心中并不陌生, 每天清晨雾蒙蒙的一片, 能见度不足百米, 可见空气质量有多么的糟糕。近几年来发展起来的植生混凝土技术, 作为环境保护的技术之一, 很大程度上保护了环境, 改善了环境质量, 并符合我国可持续发展道路的基本方针。
1 植生混凝土技术特点
植生混凝土在其结构内部, 形成许多连通的孔隙, 能够大量存储水分和养料, 为植物生长提供了生存所必须的条件, 且容易种植, 浇筑、养护方便。它还具有很强的防护功能, 保护边坡、水土等的稳定性。
2 植生混凝土施工技术组成
植生混凝土简而言之就是利用高强度粘结剂把较大粒径的骨料稳固成型, 利用骨料间孔隙存储能使植物生长的基质, 通过播种或其他手段使得多种植物在较坚固骨料混凝土中的基质层生长, 进而完成生态环境的植被恢复。
技术整体由三部分组成:1) 具有连续孔隙的混凝土结构体。采用专有BSC-WY系列添加剂, 使得生态混凝土在获得7 MPa~20 MPa的抗压强度的同时具有25%~38%的连续孔隙率, 具有这种孔隙连续体的混凝土结构体在本质上更像一个多孔的“花盆”, 使得混凝土结构体适合植物生长。2) 保持持续活性的生物手段。使用有效微生物为主要成分的BSC-J活性添加剂, 最大程度保持混凝土结构体孔隙间微环境的活性, 并且调整由于使用水泥带来的p H值变化, 促进植物更好地生长。3) 专业科学的植物配置方案和生物演化方案。绿化即生态, 种植草皮即生态恢复这一误解普遍存在于生产生活之中。大量不加研究的商品草种、草皮导致外来物种入侵, 不仅仅破坏了生态系统, 还有可能危及当地经济发展。生态混凝土植物配置方案由植物学、生态学、植被生态修复学等学科专职研究人员对目标地进行符合当地实际情况的植物配置研究和种植方案设计。让植被和景观会沿着“建群植物→建群植物+少量乡土植物→建群植物+乡土植物均衡→少量建群植物+稳定的大量乡土植物”的演替路径进化, 最后得到一个较为稳定的生态系统。植物、小动物、昆虫和微生物等都会形成当地气候顶级群落, 取得长期的生态恢复效果。
3 植生混凝土施工技术内容
主要技术内容可分为多孔混凝土的制备技术、内部碱环境的改造技术及植物生长基质的配置技术、植生喷灌系统等。1) 多孔植生混凝土制备技术。主要从原材料的选择、配合比设计方法、制备工艺、制备机械等方面开展研究。2) 碱环境改造技术。植生混凝土碱环境改造技术是植物生长的必要条件, 适合植物生长p H值在8~9之间, 而我国水泥p H值普遍偏高, 在12.5~13.5之间, 严重影响植物的生长。高碱环境能够降低植物的成活率, 降低植物对养分、水分的吸收, 降低光合作用, 使植物出现叶子枯黄、植株矮小等不美观现象。3) 种植基的配制及填充技术研究。在绿化过程中, 草种的选择、播种方式、植物生长基料的配置是植生研究的主要方向。植生混凝土由于结构内部连通的孔隙复杂性, 在我国不同地区, 气候、地理地貌、人文环境不同, 在选择植物时, 既要考虑植物生长的适应性、气候性, 还要考虑植物的整体美观性。4) 屋面系统应用技术。为了调节南方湿热气候对屋面结构的影响, 将植生混凝土应用于我国南方热湿气候开放机理保温隔热屋面和地面系统。利用高效轻质混凝土材料的连通与非连通多孔材料的热湿传递特点、复合保温隔热实体被动蒸发平屋面和复合保温隔热与防水等多功能的屋面等。研究轻质透水混凝土与植物营养供给方式, 以及轻质透水混凝土种植屋面的施工、维护与管理。
4 植生混凝土的搅拌工艺
植生混凝土由胶结浆体粘结集料而形成的内部多孔隙结构。只有将粘结集料搅拌充分、均匀, 它才具有满足要求的流动性、稠度、强度等。搅拌时采用裹浆法对混凝土进行拌制, 先对粉料、水、外加剂等进行搅拌, 搅拌均匀后再加入集料, 使粘结浆体均匀包裹在集料表面。
5 植生混凝土的养护工艺
由于植生混凝土内部多孔隙, 表面积大, 水分容易流失, 所以夏天养护采用覆盖薄膜的方法, 锁住水分, 保持植物所需的养料, 冬天要有防止混凝土受冻措施。
6 植生混凝土的应用领域
植生混凝土可用于边坡绿化、屋顶绿化、道路绿化、净化水质、减少噪声、净化有害气体以及阻挡电磁波等。
7 植生混凝土使用目的和物性评价
植生混凝土使用目的和物性评价见表1。
8 植生混凝土发展前景
植生混凝土作为一种环保的新材料, 为我们赖以生存的家园增添了绿色, 美化了环境。它坚持着可持续发展道路, 资源利用效率显著提高, 促使人与自然和谐发展, 保护自然规律的稳定性。
摘要：介绍了植生混凝土的技术特点, 对植生混凝土施工技术的组成及内容进行了论述, 并简述了植生混凝土的搅拌工艺, 探索了植生混凝土的应用领域、使用目的和物性评价, 指出其具有广阔的应用前景。
关键词：植生混凝土,施工技术,物性,环保
参考文献
[1]王桂玲, 王龙志, 张海霞, 等.植生混凝土的含义、技术指标及研究重点[J].混凝土, 2013 (1) :105-109.
[2]王桂玲, 王龙志, 张海霞, 等.植生混凝土用多孔混凝土的制备技术研究[J].混凝土, 2013 (3) :96-98.
[3]张朝辉.多孔植被混凝土研究[D].重庆:重庆大学, 2006.
[4]董建伟.随机多孔型绿化混凝土孔隙内盐碱性水环境及改造[J].吉林水利, 2003 (10) :1-4.
植生型多孔混凝土强度试验研究 篇2
随着我国社会经济高速发展, 城市化进程日益加快, 混凝土作为大宗人造材料广泛使用, 促进了城市文明和经济发展, 但同时也产生了一些负面作用, 特别是在环境方面, 如城市热岛效应急剧增强、生态环境严重破坏。在水利工程中, 传统的河道、大坝等边坡大多采用混凝土砌体, 隔断了地表和地下的水分子及营养物质交换, 切断了水陆生物循环, 降低了河流自净能力, 并且破坏了河道的美观。因此, 开发既能美化环境、减小环境负荷, 又能满足结构要求的混凝土制品势在必行[1]。
植生型多孔混凝土是一种具有连续大孔结构、能使植物在其孔隙中生长, 植物根系可以通过混凝土中的孔隙深入到土壤层中, 源源不断地吸收土壤中养分的新型环保建筑材料[2]。目前, 植生型多孔混凝土在发达国家已经得到了应用, 欧洲、美国、日本等国家已将其应用于高速公路的路肩隔板、建筑屋顶、护岸护坡、停车场地面等[3]。
航道整治建筑物中的植生型多孔混凝土, 既要起到保护河堤的作用, 又要利用其自身的多孔性, 为植物的生长提供有利条件, 起到改善景观、完善生态系统等多重作用。本文对植生型多孔混凝土抗压强度进行试验, 探讨孔隙率、粗集料粒径、水灰比对抗压强度的影响, 为植生型多孔混凝土的应用与推广提供科学依据。
1 试验原材料与方法
1.1 试验原材料
水泥:采用长沙某水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥, 密度3050kg/m3。
粗集料:选用三种单一粒径的碎石, 粒径分别为10~19mm、19~26.5mm、26.5~35mm, 测得材料性能见表1。
kg/m3
水:普通自来水。
1.2 试验方法及试验配合比
多孔混凝土也称无砂混凝土, 其结构特点是采用粗集料构成基本骨架, 胶结材料包裹在集料颗粒表面, 作为集料颗粒间的胶结层, 形成骨架-孔隙结构的多孔混凝土材料, 具体结构模型如图1所示[4]。
根据多孔混凝土的结构特点, 可认为多孔混凝土是由粗集料表面包裹胶结材料, 紧密堆积、相互粘结而成的, 骨料间有足够多的孔隙。因此, 可以初步确定多孔混凝土配合比设计思路, 即先确定所选用的材料, 并测试选用材料的基本性能, 再确定单位体积多孔混凝土中粗集料的用量;然后根据选定水灰比, 计算出相应胶结材料的密度;再根据粗集料的饱和表观密度和目标孔隙率确定胶结材料用量, 从而确定单位体积多孔混凝土的水泥用量和拌合水用量。
本试验采用单一粒径粗集料配制多孔混凝土, 以目标孔隙率为主要设计对象, 考虑目标孔隙率、水灰比、粗集料粒径等因素对多孔混凝土抗压强度 (本试验采用龄期为7d的抗压强度) 的影响。
植生型多孔混凝土孔隙率过小, 植物根系难以通过混凝土伸入被保护土体;而多孔混凝土孔隙率过大, 则会降低结构物强度, 影响结构物使用效果, 一般植生型多孔混凝土的孔隙率应在18%~35%[5]。本试验选取三种目标孔隙率分别为20%、25%、30%。根据日本学者的研究发现, 多孔混凝土的最佳水灰比在0.2~0.55之间[6], 结合前期试验研究, 本次试验选取三种水灰比分别为0.2、0.25、0.3。本试验共设置33=27组试件进行对比试验, 混凝土配合比见表2。
1.3 试样制备与养护
按照上述配合比, 制作150mm×150mm×150mm的标准试件。计算对应体积所需各种材料的用量, 称取并按照如下工序搅拌成型:先将粗集料和水泥倒入搅拌机中, 干拌30s;随后量取所需水量, 倒入搅拌机中, 搅拌120s;搅拌均匀后卸料, 称取相应的拌和料, 分3次装满试件, 每次装完后, 用捣棒插捣25下, 后用砌刀将表面整平, 至凹陷和凸起的部分基本相等;最后在标准养护室养护24h后脱模, 自然养护到规定龄期, 进行性能测试。
1.4 试件测试
参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度测试, 每组3块试件, 测试速度为0.4~0.8MPa/s, 测试龄期为7d。试验结果取同组三个试件的平均值。
2 试验结果与分析
2.1 目标孔隙率对抗压强度的影响
图2为水灰比分别为0.2、0.25、0.3时, 三种不同单一粒径 (10~19mm、19~26.5mm、26.5~35mm) 标准试件7d抗压强度随目标孔隙率的变化情况。
由图2可知, 当水灰比和粗集料粒径一定时, 标准试件抗压强度随目标孔隙率的增大而减小, 减小量在2.3~5.74MPa之间, 降幅在26.8%~54%之间。由于孔隙率减小, 同一截面骨胶结层面积增大, 导致抗压强度提高。另一方面, 当目标孔隙率变大时, 水泥和水的用量相应减少, 即胶结材料用量减少, 而多孔混凝土的抗压强度主要取决于胶结材料和集料之间的粘结, 胶结材料用量的减少必将导致试件抗压强度的降低。由图2中还可看出, 同一水灰比、不同粒径的标准试件, 其抗压强度随目标孔隙率增加而递减的速度并不一致, 因为混凝土材料是一种非均质的离散材料, 受成型方式、养护方式等多因素影响, 故孔隙率不是影响其强度的唯一因素。
kg/m3
2.2 粗集料粒径对抗压强度的影响
除目标孔隙率外, 集料粒径也是影响标准试件抗压强度的因素之一。本文以10~19mm、19~26.5mm、26.5~35mm三种单一粒径的粗集料所制成的标准试件为对象, 研究了当水灰比和目标孔隙率相同时, 试件抗压强度随粗集料粒径的变化规律, 如图3所示。
由图3可知, 当水灰比和目标孔隙率一定的情况下, 试件的抗压强度随粒径增大而减小, 减小量在1.72~5.91MPa之间, 降幅在20.3%~48%之间。由此可见, 集料粒径是影响抗压强度的重要因素。这是由于粗集料粒径增大, 单位体积内的颗粒数量减少, 胶结材料与颗粒的接触面积相应减少, 导致抗压强度减小。
2.3 水灰比对抗压强度的影响
基于水灰比是影响普通混凝土强度的一项重要指标, 本文探讨了水灰比对多孔混凝土抗压强度的影响。
图4分别给出了目标孔隙率为20%、25%、30%时, 不同粒径标准试件抗压强度随水灰比的变化情况。当目标孔隙率为20%、粗集料粒径为10~19mm时, 水灰比为0.25时抗压强度最大, 达到12.3MPa, 且抗压强度随水灰比变化幅度最大, 如图4 (a) 所示。当目标孔隙率为25%时, 三种粒径试件的抗压强度随水灰比变化不大, 曲线大致呈水平状态, 但三种粒径试件抗压强度在水灰比为0.3时达到最大, 如图4 (b) 所示。当目标孔隙率为30%时, 三种粒径试件的抗压强度大致随水灰比的增大而减小, 三种粒径试件抗压强度在水灰比为0.2时达到最大, 如图4 (c) 所示。
由图4可知, 抗压强度随水灰比的变化不大, 当目标孔隙率和粗集料粒径一定时, 抗压强度随水灰比的变化范围在0.09~3.33MPa之间, 变化幅度在1.5%~31.5%之间。由此可见, 水灰比对抗压强度的影响不如目标孔隙率和粗集料粒径对抗压强度的影响显著。水灰比与混凝土抗压强度并不呈单一的线性关系, 不同目标孔隙率、不同集料粒径的多孔混凝土存在不同的最佳水灰比, 使试件抗压强度达到最大。因而进行多孔混凝土配合比设计时, 应针对不同的要求选择合适的水灰比。
3 结论
(1) 当粗集料粒径和水灰比一定时, 多孔混凝土抗压强度随目标孔隙率的减小而增大。当目标孔隙率和水灰比一定时, 抗压强度随粗集料粒径的减小而增大。
(2) 当目标孔隙率和粗集料粒径一定时, 多孔混凝土抗压强度随水灰比的变化较小, 两者间并非单一的线性关系。
(3) 对于不同的目标孔隙率、不同集料粒径的多孔混凝土, 存在着不同的最佳水灰比, 使其抗压强度达到最大。
(4) 多孔混凝土抗压强度随目标孔隙率的变化幅度在26.8%~54%, 随粗集料粒径的变化幅度在20.3%~48%, 随水灰比变化的幅度在1.5%~31.5%。由此可见, 在目标孔隙率、粗集料粒径及水灰比三者中, 目标孔隙率对抗压强度的影响最为显著, 粗集料粒径的影响次之, 水灰比对抗压强度的影响最小。
摘要：研究了目标孔隙率、粗集料粒径、水灰比对植生型多孔混凝土抗压强度的影响。试验结果表明, 多孔混凝土抗压强度随目标孔隙率的减小而增大, 随粗集料粒径的减小而增大。影响植生型多孔混凝土抗压强度的三个因素中, 目标孔隙率影响最大, 粗集料粒径次之, 水灰比的影响最小。
关键词：植生型多孔混凝土,抗压强度,目标孔隙率,集料粒径,水灰比
参考文献
[1]Carola Edvardsen.Green concrete-sustainable design andmaintenance of concrete structures[J].Fifth Cement/ACI Inter-national Conference on Durability of Concrete, 2000 (6) :607-617.
[2]许燕莲, 李荣炜, 谭学军, 等.植被型多孔混凝土的制备与植生试验[J].新型建筑材料, 2009 (2) :16-20.
[3]Yanagibashi K, Yonezawa T.Properties and performance ofgreen concrete[C].Recent Advances in Concrete Technology, 1998:141-158.
[4]王智, 钱觉时, 张朝辉, 等.多孔混凝土配合比设计方法初探[J].重庆建筑大学学报, 2008, 6 (30-3) :121-124.
[5]今井实.植生コンクリ一ト一のり面一.コンクリ一ト工学, 1998, 36 (1) :24-26.
[6]Abderrazak, Zouaghi, et al.Technological problems of mul-ti-performance porous concrete[M].Development of new materi-als, session, 7:233-241.
[7]Yang jing, Jiang guo-liang.Experimental study on propertiesof pervious concrete pavement materials[J].Cement and Con-crete Research, 2003 (33) :381-386.
[8]李政启, 相阳, 李家明, 等.植生型无砂多孔生态混凝土性能评述[J].建筑节能, 2012 (4) :50-53.
[9]张开猛, 蒋友新, 谭克锋.生态混凝土研究现状及展望[J].四川建筑科学研究, 2008, 34 (1) :152-155.
植生混凝土 篇3
1方案设计
为研究植生混凝土对室外热环境的影响, 本课题组选取龙岩龙西小区进行实验, 在小区内部分路面铺设植生混凝土, 并在上面种植植物, 通过与普通水泥混凝土路面进行试验比较, 分析其对室外热环境的影响。本课题设计试验方案如下:
1.1配制相同抗压强度的两组混凝土, 其中一组为植生混凝土, 另一组为普通混凝土;
1.2使用两组不同混凝土铺设两条试验路面, 其中植生混凝土铺设路面种植耐践踏、生命力强的狗牙根, 另一条路则铺设普通混凝土;
1.3选取1月份、4月份、7月份及10月份作为不同季节的代表, 进行试验路面的温度测试, 以分析不同季节、不同气候条件下植生混凝土对室外热环境的影响。
1.4在每个试验段中心位置取点并放置百叶箱, 用美国Onset生产的型号为UX100-023的温湿度记录仪对距离路面1.5m处进行温湿度测量。
2原料选择及混凝土设计
2.1原料选择
2.1.1胶凝材料的选择
本研究所选用的胶凝材料主要有P.O 42.5R水泥、粉煤灰及矿粉。选择由福建炼石水泥厂生产的炼石牌水泥, 由漳州市益材粉煤灰开发有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰, 由南京梅宝新型建材有限公司生产的S95级矿粉。
2.1.2骨料的选择
骨料是混凝土的骨架, 不同的骨料具有不同的特性, 其粒形、表面结构、级配、针片状含量、压碎指标值等均对混凝土产生不同的影响。为了保证植生混凝土的空隙率和强度, 本课题采用粒径为20mm-40mm单粒级碎石。
2.1.3外加剂的选择
在选择减水剂时, 为保证植生混凝土良好的酸碱度, 着重考虑偏酸或弱碱性减水剂。选择的由福建省建筑科学研究院生产的TW-PS高效减水剂。
2.2混凝土设计及结果
由于混凝土主要应用于小区园林步道, 因此对于强度要求不高, 故设计强度等级C15, 植生混凝土除强度外, 为满足植物生长要求, 还必须有足够的孔隙率, 因此设计孔隙率≧20%, 具体配合比如表1所示。
3试验结果
通过对不同季节对两种铺装路面进行温度、湿度试验测试, 其测试结果如图1~图4所示。
以龙岩为代表的夏热冬暖地区, 在1月份温度较低时 (平均温度在15℃以下) , 植生混凝土路面和水泥混凝土路面的平均温度相差不大, 一月份三个观测日的平均温度差值均不大于0.05℃, 植生混凝土路面的最低温度则比水泥混凝土路面的最低温度稍高, 温度越低, 影响越明显, 如1月17日观测时, 水泥混凝土路面最低温度为2.791℃, 而植生混凝土路面最低温度为3.563℃, 表明在最低温度下, 植生混凝土路面具有蓄热升温的效果。其路面的湿度相比水泥混凝土路面的湿度稍大一些, 但相差并不明显。
在温度稍高于1月份的春秋两季, 4月份和10月份时 (最低平均温度在15℃以上, 最高平均温度在25℃以下) , 植生混凝土路面的温度比水泥混凝土路面稍低, 而湿度则稍高, 但差别并不十分明显。在温度最高的7月份时 (此时平均温度在25℃以上) , 植生混凝土路面的温度比水泥混凝土路面温度低了2℃~3℃, 其中7月14日晴天时, 植生混凝土路面对高温天气的降温作用明显, 温度降低约3℃, 而7月3日和7月26日时, 由于有阵雨的影响, 植生混凝土路面对比水泥混凝土路面的降温效果不如晴天时明显, 但降温也达到约2℃。在温度最高的7月份时, 植生混凝土路面对湿度的影响也较大, 比较水泥混凝土路面增加湿度约1%~3%, 晴天时植生混凝土路面湿度相对水泥混凝土路面湿度增加更多, 雨天时则影响不大, 但在雨后晴照时, 植生混凝土路面的湿度则相对水泥混凝土路面影响又升高明显, 如7月26日, 天气为晴有阵雨, 其平均湿度比水泥混凝土路面高约2.5%, 最低湿度高约6%。在其他月份, 没有下雨的天气, 植生混凝土路面的湿度相对水泥混凝土路面也会增加约1%左右。
4结果分析
4.1普通混凝土内部结构较为密实, 没有明显的孔隙, 而植生混凝土内部有足够的孔隙, 具有良好的透水性、透气性和植物相融性。在温度较高的夏季, 普通混凝土受阳光照射后表面热反射较大, 混凝土表面升温加快, 从而导致空气温度的上升。而植生混凝土路面由于植物的遮挡, 太阳光没有完全直射混凝土表面, 使混凝土表面的热反射大幅下降, 又因植生混凝土内部土壤可储存一定的水分, 利用水比热容大的特性, 在温度上升时可以吸热, 使得升温过程放缓, 从而达到降温的效果。
4.2在晴雨季节, 降雨和艳阳交替。普通混凝土在降雨时无法储存较多的水分, 雨后晴照时混凝土表面很快就被晒干, 湿度降低。植生混凝土充分发挥透水和蒸发的功能, 在降雨时雨水能够顺利通过植生混凝土路面到达下部土壤中, 使土壤充分吸水, 在天晴日照较为强烈时, 利用植生混凝土的透气性使水分蒸发, 增高了空气湿度, 具有明显的增湿效果。
5结论
5.1在温度较高的夏季, 植生混凝土具有较为明显的降温效果, 最高降温达到3℃;其他季节, 两种路面对温度的影响不大。
5.2晴雨天气对植生混凝土的影响较大, 在雨后高温时, 植生混凝土具有明显的增湿效果, 平均湿度增加2.5%, 最低湿度高约6%;其他气候条件下, 植生混凝土对于环境的湿度影响不大。
参考文献
[1]徐丽华, 岳文泽.城市公园景观的热环境效应[J].生态学报, 2008, 4:1702.
环保型植生多孔混凝土试验研究 篇4
关键词：多孔混凝土,正交试验,孔隙率,抗压强度,pH值
0前言
多孔混凝土[1~2](Porous Concrete,简称POC),又称无砂混凝土(Non-fines Concrete),主要是由水泥、粗集料和水拌制而成的混凝土,具有较大的连续孔隙结构的特征(一般孔隙率在18%~35%),透气、透水性良好。多孔混凝土在生态方面还具有良好的吸波、降噪[3]、净水[4~5]等优点。环保型植生多孔混凝土属于生态混凝土(Eco-concrete),是利用多孔混凝土较大的连通孔隙特征,填充植物所需营养,生长植物根系这一特点来种植植物。这种混凝土适用于房屋、城市工程坡面结构以及河流两岸护坡等表面的绿化与保护。
1995年,日本混凝土工学协会就提出了生态混凝土的概念,日本、美国、韩国等国家在植生多孔混凝土运用上已经有了广泛应用。目前,我国植生多孔混凝土配制技术研制仍处于初级阶段[6],其降碱处理一直是该技术应用的瓶颈之一。本文致力于研究多孔混凝土的制备及其植生性能改造,为我国植生多孔混凝土的应用与推广提供一定的研究依据。
1 植生多孔混凝土原材料的选择
(1)粗集料:粗集料品质是多孔混凝土力学性能的主要影响因素之一,多孔混凝土强度要求粗骨料表面粗糙,从而可以增大与水泥浆体的粘结力[7]。由于碎石颗粒表面粗糙、多棱角,空隙率和表面积比卵石大,而且碎石与水泥石粘结力更大,在水灰比相同的条件下,较卵石混凝土强度高[8]。另外,不同的集料级配不仅影响多孔混凝土的强度特性,还影响孔隙率与孔隙直径。相关研究表明[9],为兼顾多孔混凝土的强度和植生特性,碎石级配最佳选择为10~20mm。本试验采用长沙某碎石场生产的粒径为10~20mm石灰岩碎石,有关技术指标见表1。
(2)水泥:选用湖南长沙某水泥厂生产的复合硅酸盐水泥,强度等级为32.5级。
(3)掺合料:湖南某电产超细粉煤灰;湖南某公司产矿渣微粉;贵州遵义某厂生产的硅灰。
2 试件制作与性能测定
2.1 搅拌与制作
参照相关文献[10]并结合实际情况,本试验使用混凝土搅拌机搅拌,施工方法如下:(1)全部粗集料加入1/2胶凝材料,搅拌30s;(2)加剩余的胶凝材料,搅拌30s;(3)每次加1/4水,搅拌35s,直至依次加完所有有效水;(4)出料;(5)混凝土拌合物分三层装入150mm×150mm×150mm试模内,按相关规范[11]插捣密实、拆模,并于标准条件下养护28d进行试验。
2.2 孔隙率(P)测定
多孔混凝土的总孔隙率[P1(%)]和连通孔隙率[P2(%)]如下式(1)、(2)所示:
其中V:用游标卡尺测量并计算试件的外观体积,cm3;
W1:将试件浸泡在水中使其饱和后(浸泡24h以上),称取试件在水中的质量,g;
W2:将试件从水中取出后,擦干表面水并在105℃的烘箱内烘干内部,待重量恒定后称取试件在空气中的质量,g;
W3:将试件在(20±2)℃、相对湿度60%条件下,自然放置24h以上,称取试件在空气中的质量,g。
2.3 抗压强度测定
试件养护28d后,在吸水饱和状态下进行抗压强度检测,测试方法与数据处理按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[11]。
2.4 p H值测试
采用取出固液萃取的方法[12]制备p H测定溶液,具体步骤如下:将一定龄期的多孔混凝土破碎,充分研磨,过筛(0.08mm方孔筛),称取10g试样,加入100g蒸馏水,用橡皮塞塞紧以防碳化,每隔5min震荡一次,2h后用酸度计测定滤液的p H值.
3 正交试验设计
3.1 配合比设计
灰集比的大小影响集料颗粒表面包裹的水泥浆薄厚程度及孔隙率的多少,也影响多孔混凝土的强度和p H值。试验选用灰集比(按质量比)为:1:6、1:7、1:8、1:9和1:10五个水平;粗集料的级配和材料配合比不同,则其最佳水灰比不同,据相关研究成果,多孔混凝土的水灰比在0.3~0.35之间[13],试验选用水灰比(质量比)为:0.29、0.32、0.35、0.38和0.41五个水平;相关研究表明[14]:掺入矿物掺合料不仅可以调整多孔混凝土混合料的工作性,而且有利于多孔混凝土抗压、抗折强度的提高和降低多孔混凝土内部的p H值.许国东[15]等研究表明,高炉矿渣粉掺入水泥基胶凝材料,可减少体系内Ca(OH)2的含量,从而减少浸泡过程中Ca(OH)2的溶出,适量的掺加一种或多种矿物掺合料可有效提高多孔混凝土的生态安全性。试验选用掺合料组合(等量取代)为:单掺45%粉煤灰(A)、单掺45%矿渣微粉(B)、单掺5%硅灰(C)、掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%(D)、掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%+硅灰5%(E)五个水平。
3.2 正交试验表组合设计
本试验选用L25(56)水平正交表进行多孔混凝土的正交试验,共25组试验组合方案,正交设计因素水平表见表2。
4 试验结果与分析
4.1 试验结果
多孔混凝土总孔隙率、连通孔隙率、28d抗压强度和p H值试验结果见表3。
4.2 孔隙率结果分析
多孔混凝土的孔隙率包括总孔隙率与连通孔隙率。从图1可以看出,多孔混凝土总孔隙率与连通孔隙率有密切关系,且表现出良好的线性关系。由于多孔混凝土粗集料颗粒表面包裹着一层薄水泥浆体,集料颗粒相互接触、相互粘结,形成具有较大连续孔隙的结构,因而,多孔混凝土的封闭孔隙率远小于其连通孔隙率。研究表明,连通孔隙率可以很好的代表多孔混凝土的孔隙率情况,因此,在配制环保型植生混凝土时也可将连通孔隙率作为评价指标。
由表4方差分析可知,影响多孔混凝土孔隙率的次序为:灰集比﹥水灰比﹥掺合料,且只有灰集比的影响显著。多孔混凝土孔隙由粗集料和水泥浆体共同作用形成,由于本试验采用相同的粗骨料级配,则胶凝材料对多孔混凝土的作用取决于灰集比和水灰比。试验表明,多孔混凝土中灰集比对粗集料外表面胶凝材料包裹程度和孔隙填充作用的影响大于水灰比。
4.3 抗压强度结果分析
孔隙率对多孔混凝土各种力学性能和植生性能影响很大,尤其是对多孔混凝土的强度。由图2可知,多孔混凝土的强度变化趋势随孔隙率的增大而减小,但多孔混凝土的总孔隙率与抗压强度并非存在一个良好的线性比例关系。粗集料级配相同则其对多孔混凝土的强度影响相同,而胶凝材料和水灰比不同,相同条件下的水泥浆体性能也会不同,从而导致相同孔隙率下,其抗压强度可能不同。研究表明,粗集料级配良好,集灰比及水灰比合理,集料表面包裹均匀且颗粒接触点水泥浆连接面大,则多孔混凝土的孔隙率及抗压强度较高。
由表4方差分析可知,对多孔混凝土抗压强度的影响次序为:灰集比>水灰比>掺合料,且只有灰集比的影响显著。与普通混凝土类似,多孔混凝土的强度主要由胶凝材料提供,而胶凝材料的性质不仅与灰集比有关,还与水灰比有关。试验表明,灰集比较水灰比对多孔混凝土的强度影响程度大。
4.4 p H值结果分析
由表4方差分析可知,对多孔混凝土p H值的影响次序为:掺合料>灰集比>水灰比,且掺合料和灰集比的影响较显著。由于掺合料可与水泥发生火山灰反应,可消耗水泥水化产物Ca(OH)2,从而降低多孔混凝土的p H值。试验研究表明,水泥掺量的减少可降低p H值,但掺合料对多孔混凝土碱性的降低较灰集比明显。
从图3可知,随着灰集比的减小,多孔混凝土的p H值随之减小;而其随着水灰比的增加表现为先减小后增大。由于灰集比减小,水泥在多孔混凝土中的相对含量较少,从而水泥水化反应生成的Ca(OH)2就少。多孔混凝土不同的配合比设计,其最佳水灰比不同,在一定范围内,水灰比的增加,使胶凝材料更好包裹于粗集料颗粒的外表面,从而使胶凝材料的量减少,p H值也会减小。然而,多孔混凝土属无砂混凝土,水灰比过大,会使新拌多孔混凝土产生离析,胶凝材料将孔隙填充满时,不仅会增大胶凝材料的用量,还会增加多孔混凝土的p H值。图3表明:掺合料对多孔混凝土p H值的影响次序为:A>E>D>B>C,即:单掺45%粉煤灰>掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%+5%硅灰>掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%>单掺45%矿渣微粉>单掺5%硅灰。由于粉煤灰活性和保水性大于矿渣,相同掺量时,其对p H值的影响更大。尽管硅灰的活性大于粉煤灰,但由于其掺量较少,故影响较小。
4.5 植生多孔混凝土的优化组合
日本生态混凝土护岸工法规定,对以植生为主的护岸,28d多孔混凝土的抗压强度要求在10 MPa以上,孔隙率在21%~30%,植物的根系能深入到孔隙中;对于承受流水严重冲刷的植生型护岸,28d多孔混凝土的抗压强度要求在18MPa以上,孔隙率在l8%~21%,但当连续空隙率低于20%时,植物根系难以穿透多孔混凝土的孔隙深入到土壤中。因此,实际工程中应根据工程所处的环境条件,合理选择多孔混凝土的强度和孔隙率。本试验研究的多孔混凝土关键是其植生性能,国内外相关研究表明,孔隙率>25%时有利于植物的生长。由图4和图5可知,掺合料对多孔混凝土总孔隙率与28d抗压强度的影响次序为:A
将优化组合的多孔混凝土,经过Fe SO4溶液处理后进行植生试验。为避免试件尺寸对植生的影响,将多孔混凝土侧向外表面包裹数层保鲜膜并用透明胶带胶结,包裹后的多孔混凝土如图6所示。为模拟真实的植生环境,将多孔混凝土埋入土壤中,并将配制成泥浆状的营养土渗入到其连通孔隙,最后在多孔混凝土上播撒草种,播种30d后的植生效果如图7所示。
5 结论
(1)多孔混凝土总孔隙率与连通孔隙率有密切关系,且表现出良好的线性相关性,因此,在配制环保型植生混凝土时可以将连通总孔隙率作为评价指标。
(2)多孔混凝土的抗压强度变化趋势随孔隙率的增大而减小,但总孔隙率与抗压强度并非存在一个良好的线性比例关系。
(3)集料级配良好,集灰比及水灰比合理,集料表面包裹均匀且颗粒接触点水泥浆连接面大,则多孔混凝土的孔隙率及抗压强度较高。
(4)试验研究表明,掺合料对多孔混凝土p H值的影响次序为:单掺45%粉煤灰﹥掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%+5%硅灰﹥掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%﹥单掺45%矿渣微粉﹥单掺5%硅灰。
(5)掺合料对多孔混凝土总孔隙率与28d抗压强度的影响次序为:单掺45%粉煤灰﹤单掺45%矿渣微粉﹤单掺5%硅灰﹤掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%﹤掺粉煤灰和矿渣微粉各22.5%+5%硅灰。
植生混凝土 篇5
我国是混凝土用量大国, 同时也是固体废弃物排放大国, 其中以建筑废弃物 (如废弃混凝土、砖瓦等) 和工业废弃物 (如煤矸石、矿渣等) 最多。固体废弃物不仅占用宝贵的土地, 还会引起严重的环境问题, 特别是在土地和空间日趋紧张的大城市更是如此。煤矸石是采煤过程中排放出的固体废弃物, 目前, 我国煤矸石的堆存量已超过30亿t, 形成了1500多座煤矸石山, 占地约111亿m2, 并且还在以每年近2亿t的速度增长[1]。因此, 有效利用现有固体废弃物、发展绿色生态混凝土, 是实现建筑资源环境可持续发展的有效途径[2]。
当前, 煤矸石的综合利用已经引起了国内外学者的重点关注[3,4,5,6,7], 因其固有特性, 煤矸石建材资源化是解决煤矸石问题最为有效的途径。将煤矸石作为再生骨料, 代替或部分代替天然砂石料, 不但能使有限的资源得以再生利用, 而且还可解决部分环保问题, 具有很好的经济效益和社会效益。
本文利用煤矸石部分替代天然骨料制备植生型生态混凝土, 对其性能评价指标 (强度、p H值、孔隙率等) 开展了相关的试验研究, 并与普通天然骨料配制而成的基准混凝土进行了对比分析。
1 试验内容
1.1 试验用原材料
水泥采用镇江某水泥厂生产的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥;细集料采用天然河砂, 中砂, 细度模数2.46, 堆积密度1480kg/m3, 级配合格;外加剂采用自行研制的ZS-2型生态混凝土外加剂, 由碳酸钙、硅石粉、木质素磺酸、早强剂、减水剂、保水剂等复配而成, 掺量为水泥用量的3%~5%;水为普通自来水;粗集料采用徐州某矿排放的自燃煤矸石, 对现场取样的煤矸石进行破碎→筛分→级配处理, 选取粒径20~40mm的煤矸石骨料按10%、20%、30%部分替代天然碎石, 煤矸石的主要化学成分表1, 物理力学性能见表2;天然骨料采用石灰岩碎石, 其物理力学性能指标见表2。
从表2可以看出, 煤矸石骨料的表观密度、吸水率、压碎指标等都大于天然骨料, 特别是压碎指标, 这对混凝土强度不利。由于植生型生态混凝土主要用于护坡, 对强度要求并不高, 经性能试验, 煤矸石骨料能够满足强度要求。
%
1.2 配合比设计
以植生为主要目的的多孔生态混凝土应同时满足孔隙率、酸碱度及强度等几方面的要求, 目前, 该类多孔生态混凝土的配合比设计还没有比较成熟的方法。根据植生型混凝土所要求的孔隙率以及其结构特征可以认为, 1m3植生型生态混凝土的外观体积由粗骨料紧密堆积后包裹一层水泥砂浆而成, 理想的多孔混凝土是粗集料受压后在排列中互相嵌挤又不互相干涉, 之间有较大的摩擦力, 形成排列紧密的多级空间骨架结构[8]。因此, 配合比设计的原则是水泥砂浆能够将粗骨料颗粒互相粘结起来, 形成一个整体, 具有一定的强度, 而且不需要将骨料之间的孔隙填充密实。因此, 配合比可采用填充理论及体积法按 (1) 式计算, 但其强度必须通过试验确定。
式中, Mg—1m3生态混凝土中骨料用量, kg;
Mc—1m3生态混凝土中水泥用量, kg;
Mw—1m3生态混凝土中水的用量, kg;
Mz—1m3生态混凝土中外加剂用量, kg;
ρg—集料的表观密度, kg/cm3;
ρc—水泥的表观密度, kg/cm3;
ρw—水的密度, kg/cm3;
ρz—外加剂的密度, kg/cm3;
P—设计孔隙率。
1m3植生型生态混凝土的质量应为粗骨料在紧密堆积状态下的质量和水泥砂浆用量之和, 大约在1600~2100kg的范围内。水泥砂浆的用量可根据公式 (2) 求得[9]:
式中, M—单位体积水泥砂浆用量;
h—包裹粗骨料水泥砂浆厚度;
ρep—水泥砂浆的密度;
ρg—粗骨料密度;
d—粗骨料平均粒径;
k—修正系数, 主要与粗骨料表面粗糙程度有关, 一般取0.65~0.75。
根据以上原则, 即可确定植生型生态混凝土的配合比。
粗骨料中煤矸石按20%、40%、60%、80%、100%的取代率代替普通天然碎石, 具体配合比见表3。
1.3 搅拌成型工艺
由于植生型生态混凝土最佳使用状况是水泥砂浆均匀包裹住各粗集料, 水泥浆体包裹厚度1~2mm, 同时考虑到煤矸石吸水性强的特点, 在参考GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 17432.1—1998《轻集料及其试验方法》和CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》基础上进行搅拌试验。经多次试拌, 最终确定的搅拌成型工艺如为:在自燃煤矸石中先掺入附加用水来保证轻集料先预湿, 然后将粗、细集料和50%用水量加入搅拌机拌和30s, 再加入水泥、外加剂拌和40s, 最后加入剩余用水量拌和60s以上。由于外加剂中含有高效减水剂, 用水量必须严格控制, 采用少量多次加水的方法进行拌合, 试验室配合比的最佳用水量通过观察混凝土拌合物水泥浆体的包裹状态, 即最佳使用状况来确定。
1.4 抗压强度
试件尺寸为150mm×150mm×150mm, 按照GB50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》, 成型24h后拆模, 在标准条件下自然养护7d及28d进行试验。由于多孔混凝土表面的多孔性, 必须对抗压试件承载面进行浆抹面处理, 水泥净浆厚度控制在3~5mm。
1.5 连续孔隙率
所谓连续孔隙率是指生态型多孔混凝土内部连通的、水可渗透通过的孔隙体积与生态型多孔混凝土体积之比。由于植生型生态混凝土如米花糖状, 孔隙较多, 因此, 其连续孔隙率的测定是采用特殊手法来进行的。
本试验先测定试件的湿状态质量W1, 然后再测定其在水中的质量W2, 最后由公式 (2) 求得孔隙率P。具体步骤如下:表观体积为V的试件自然养护7d, 然后在 (20±3) ℃的水中浸泡24h, 测定试件在水中的质量 (W2) , 再将试件移出水面, 在铁丝网架上悬空搁置12~18 min (每个端面竖向朝下2~3 min) 后, 测定其在湿状态下的质量, 由公式 (3) 求得连续孔隙率, 其中ρw为试验时水的密度。
也有相关研究[10]先测定其在水中的质量S, 再测定试件烘干后在空气中的质量D, 然后再最后由公式确定试件的孔隙率。
1.6 碱环境测定
虽然骨料也呈现弱碱性, 但是对于生态混凝土来说, 孔隙中的碱环境主要来源于骨料表面水泥浆体水化过程中形成的有害碱。可采用取出固液萃取的方法制备溶液来测定多孔混凝土的p H值。具体步骤如下:将生态混凝土试块破碎, 取水泥浆体充分研磨, 过筛 (用0.08mm方孔筛) , 称取10g, 然后加入10倍重量的蒸馏水, 用橡皮塞塞紧以防碳化, 每隔约5min震动均匀一次, 2h后过滤, 测定滤液的p H值。
2 试验结果与分析
煤矸石植生生态混凝土强度、p H值、孔隙率的测试结果见表4。
2.1 抗压强度结果分析
由表4可以见, 煤矸石植生生态混凝土自然养护7d的抗压强度在10~15MPa之间, 自然养护28d的抗压强度能够达到15~20MPa。随着煤矸石替代量的增加, 混凝土强度呈缓慢下降趋势, 见图1。当粗骨料全为普通碎石骨料的混凝土强度为19.1MPa时, 粗骨料全为煤矸石骨料的混凝土强度为15.5MPa, 相差3.6MPa, 变化不是太大。说明煤矸石取代普通碎石制备植生生态混凝土可以满足一般护坡对强度的要求。
对于不掺外加剂配制成的多孔混凝土, 其强度一般在10MPa以下, 说明ZS-2型外加剂对于生态混凝土的强度发展具有显著作用。由于该外加剂具有减水剂、早强剂以及碳酸钙、硅石粉等无机质混合材料, 能够减水、减少水泥用量, 而碳酸钙、硅石粉等无机质混合材料可以加快水泥的水化反应, 提高其强度。
2.2 p H值的测定结果分析
多孔混凝土碱环境影响因素主要是水泥品种、水泥用量和外加剂。从p H值测定结果可以看出, 煤矸石植生生态混凝土的p H值在10~11之间, 相对普通混凝土13~14的强碱性环境来说, 生态混凝土的碱性环境大大降低。同时, 随着煤矸石含量的增加, p H值从10.7下降到10.3, 这主要与煤矸石呈现一定弱酸性有关。在生态混凝土制备过程中尽量避免和控制使用碱活性骨料。总体而言, 骨料对生态混凝土p H值的影响较小。不同煤矸石掺量与p H值及孔隙率的关系见图2所示。
ZS-2型外加剂是一种具有早强功能的高效减水剂, 能够有效控制水灰比、减少水泥用量和混凝土的凝结时间, 所含有的酸性聚合物降低了生态混凝土中的有效碱含量。即ZS-2型外加剂除了起到早强剂和增强混凝土强度的作用外, 还同时减少水泥的用量。本文配合比中水泥用量从400~500kg/m3降低到250kg/m3, 单位体积混凝土中水泥用量的减少对降低生态混凝土的p H值是有利的。另外, 随着时间的推移, 空气中的CO2进一步中和水泥砂浆中的Ca (OH) 2, p H值会进一步降低, 从而达到植物和水中生物生长的要求。
水泥品种对混凝土碱性环境也有很大影响。对于生态混凝土可选择低碱性的高炉B、C型水泥[11]。选择低碱性水泥, 降低水泥用量, 外加剂的改性使得煤矸石植生生态混凝土的p H值维持在10~11之间, 甚至更低, 有利于植物的生长。
2.3 孔隙率的测定结果分析
生态混凝土的孔隙率影响因素有粗骨料级配、粗骨料粒径、水灰比等。
其中粗骨料级配是影响孔隙率的主要因素。对于普通混凝土而言, 为了保证混凝土的强度和密实性, 粗骨料可选择连续级配或者间断级配。对于生态混凝土而言, 为了保证植物根系的伸展空间, 必须保证混凝土的孔隙率达到25%以上, 这样才能维持植物生长的良好状态[11]。因此, 单一级配的粗骨料才能保证大孔隙率的形成。试验表明, 5~16.5mm粒径范围内的单一级配骨料制备出的多孔混凝土孔隙率在10%以上, 粒径范围20~40mm的单一级配骨料孔隙率可以达到30%左右 (见表5) 。同时, 随着骨料粒径的增加, 孔隙率也相应增加, 孔隙直径同比增加, 植物根系的伸长空间就有保证, 填充植生土壤也比较容易。
水灰比是影响多孔混凝土孔隙率的又一因素。在生态混凝土配合比设计时, 通常存在一个最佳水灰比。当水灰比小于最佳水灰比, 混凝土料搅拌困难, 水泥浆体无法全部包裹住粗骨料, 混凝土的强度下降, 但此时对孔隙率的影响不大。当水灰比大于最佳水灰比值时, 混凝土拌合料的流动性增强, 搅拌容易, 水泥浆体能够包裹住全部骨料表面, 骨料间的粘结状况从点接触转变为面接触[12], 乃至出现富余浆体, 富余浆体的流变性随着水灰比的增加而增强, 将流淌至混凝土下部, 堵塞混凝土部分孔隙, 甚至全部堵死, 不利于混凝土所要求大孔隙率的形成和植物根系伸展需求。
选择20~40mm的集料, 水灰比在0.25~0.27时, 孔隙率可以达到25%左右, 能够使植物根系在混凝土中生长茂盛[8]。
3 结论
(1) 煤矸石取代普通砂石骨料制备植生型生态混凝土, 在抗压强度、孔隙率以及酸碱度方面可以满足植生、护坡要求, 是实现煤矸石建材资源化的一个有效途径。
(2) 选取20~40mm的集料, 水灰比在0.26左右时, 添加了生态混凝土专用外加剂的植生型生态混凝土在强度方面可以达到15MPa, p H值为10.5, 孔隙率达到25%, 适合植物根系的伸展需要, 能够实现煤矸石植生型生态混凝土植生绿化、边坡防护等多项功能。
参考文献
[1]李章大, 周秋兰.矿山尾矿和煤矸石是资源重新开发前景广阔[J].中国工程科学, 2004, 6 (9) :20-22.
[2]肖建庄.再生混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[3]周梅, 田爽, 郭涛, 等.自燃煤矸石配制混凝土的试验研究[J].硅酸盐通报.2011, 30 (5) :1221-1226.
[4]杨静.建筑材料与人居环境[M].北京:清华大学出版社.2001, 9.0000
[5]Skarzynska KM.Refuse of coal mining wastes in civil engineering-part 2:utilization ofminestone[J].Waste Managenmnet, 1995, 15 (2) :83-126.
[6]张长森, 奚新国, 祁非.烧煤矸石在混凝土中的应用[J].辽宁工程技术大学学报, 2004, 23 (6) :779-781.
[7]张金喜, 陈炜林, 杨荣俊.煤矸石集料基本性能的试验研究[J].建筑材料学报, 2010, 13 (6) :739-743.
[8]郑木莲, 王秉纲, 胡长顺.大孔混凝土组成设计及路用性能[J].长安大学学报:自然科学版, 2003 (4) :6-10.
[9]李青林, 代晓东, 陈兵, 等.透水混凝土实验研究[J].低温建筑技术, 2012 (6) :19-22.
[10]许燕莲, 李荣炜, 谭学军, 等.植被型多孔混凝土的制备与植生试验[J].新型建筑材料, 2009 (2) :16-20.
[11]姚武.绿色混凝土[M].北京:化学工业出版社, 2005.
植生混凝土 篇6
植生型混凝土可利用其内部的连续孔隙, 作为植物根须的生长空间, 可扩大应用于河川护岸、停车场等工程的绿化。近年来, 日本在植生型混凝土方面做了大量的研究工作, 提出要确保连续孔隙, 使根系在混凝土中生长繁茂, 孔隙率应在18%~35%[5]。本文通过对植生型混凝土的有效孔隙率、透水系数、抗压强度等性能的试验研究, 分析骨料级配和粒径对植生型混凝土的影响, 确定适合的骨料级配及粒径。
1 原材料
1.1 胶凝材料的选择
选择由福建炼石水泥厂生产的P.O52.5的炼石牌水泥, 其物理力学性能、化学组成分别见表1、表2所示。
1.2 骨料的选择
选用采自南安康美石场的碎石, 调整级配, 使之符合表3所示的规格。
2 配方和试验
2.1 配合比设计
根据已有的试验结果确定最佳的灰骨比 (C/G) 为1:6, 骨料的单方用量取骨料的0.9倍紧密堆积密度值, 水灰比 (W C) 分别取0.30。添加TW-PS高效减水剂、HPAM增稠剂调节水泥浆的粘稠度、流动度使水泥浆能均匀包裹在骨料的表面, 且不产生流浆现象, 保证植生型混凝土良好的和易性。
2.2 试验方法
(1) 抗压强度试验。参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行, 采用边长为150mm×150mm×150mm立方体试件, 6个试件为一组, 以6个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值, 平均值计算精确至0.1MPa, 当6个试件的最大值或最小值与平均值的差超过20%时, 以中间四个试件的平均值作为该组试件的抗压强度值。
(2) 有效孔隙率。测定GEC在空气中的重量、在水中的重量以及其体积, 按式 (1) 计算得出其有效空隙率[6]。
式中:A为GEC的有效空隙率, %;M1为浸泡在水中并吸水饱和后水中的重量, kg;M2为试件烘干后放置于 (20±2) ℃、相对湿度 (60±5) %条件下24h后称量其空气中重量, kg;V为采用卡尺测量并计算所得的GEC外观体积, cm3;ρw为水的密度, kg/cm3。
3 试验结果与分析
不同粒级骨料配制的单方混凝土中浆体的体积如表4所示。
m3
由表4可知, 连续粒级骨料配制的混凝土中浆体的体积明显多于单粒级骨料配制的混凝土中浆体的体积;但对于同为连续粒级或单粒级的骨料而言, 混凝土中浆体的体积变化不大。由图3、图4可知, 对于单粒级或连续粒级骨料配制的植生型混凝土而言, 有效孔隙率均随着骨料最大粒径的增大呈逐渐增大趋势。结合表3、表4分析, 在浆体体积大致相同的情况下, 植生型混凝土的有效孔隙率取决于骨料紧密堆积的孔隙率大小, 骨料最大粒径越大, 堆积所产生的孔隙越大, 混凝土内部的孔隙也越大。连续粒径骨料相比单粒级骨料而言, 骨料堆积所产生的孔隙相对较小, 因此采用连续粒级配制的混凝土孔隙率也较小。
对于抗压强度而言, 无论是由单粒级还是连续粒级配制的植生型混凝土, 强度随着骨料最大粒径的增大, 抗压强度逐渐变小。图1、图2显示, 三种单粒级骨料配制的混凝土中浆体体积相近, 六种连续粒级骨料配制的混凝土中浆体体积相近, 在浆体总量相同的情况下, 植生型混凝土的抗压强度取决于骨料之间的粘结点的数量, 而粘结点数量又取决于骨料自身的粒径及级配, 采用单粒级骨料粘结点数少, 级配差, 因此抗压强度低;采用连续级配的骨料粘结点数量多, 级配好, 因此强度高;而对于单粒级或连续粒径骨料, 骨料的最大粒径越小, 骨料粘结点数越多, 强度越高, 反之, 则强度越低。
通过分析可知, 植生型混凝土的有效孔隙率与抗压强度是一对对立的性能, 单粒级、大粒径骨料配制的植生型混凝土有效孔隙率大, 但强度低;连续级配、小粒径骨料配制的植生型混凝土有效孔隙率小, 但强度较高。因此, 配制高强度的植生型混凝土宜选用连续级配的骨料, 对连续级配而言, 当骨料最大粒径超过20mm时, 抗压强度降低幅度较大, 且抗压值相对较低;而配制高有效孔隙率、强度较低的植生型混凝土时, 宜选用单粒级骨料。根据本试验的结果分析, 宜选择10~20mm的单粒级和5~20mm的连续粒级骨料。
4 结论
(1) 无论单粒级还是连续粒级的骨料, 有效孔隙率均随着骨料最大粒径的增大呈逐渐增大趋势;植生型混凝土均随着骨料最大粒径的增大, 抗压强度逐渐降低。
(2) 植生型混凝土的有效孔隙率与抗压强度是一对对立的性能, 单粒级、大粒径骨料配制的植生型混凝土有效孔隙率大, 但强度低;连续级配、小粒径骨料配制的植生型混凝土有效孔隙率小, 但强度较高。
(3) 单粒级10~20mm的骨料适宜配制较高孔隙率, 但对强度要求不高的植生型混凝土;连续粒级5~20mm的骨料适宜配制强度要求较高, 有效孔隙率较小的植生型混凝土。
摘要：植生型混凝土由粗骨料、胶凝材料、水及外加剂按照一定的比例拌合而成, 不含细集料, 是骨料颗粒与水泥硬化浆体胶结而成的多孔堆聚结构。本文主要研究骨料级配对透水混凝土抗压强度及有效孔隙的影响, 经试验分析表明, 配制高强度的透水混凝土宜采用连续级配的骨料, 配制高有效孔隙而强度较低时宜采用单粒级骨料, 最大粒径均不宜超过20mm。
关键词：植生型混凝土,骨料级配,有效孔隙,抗压强度
参考文献
[1]Xie P, Gu P, Beaudoin JJ.Electrical percolation phenomena in cement composites containing conductive fibers[J].Journal of Material Science, 1996, 31 (5) :4093-4097.
[2]Zallen R.The physics of amorphous solids.New York:A Wiley-Interscience Publication, 1983.
[3]McLachlan D S, Blaszkiewicz M, Newnham R E.Electrical resistivity of composites[J].J Amer Ceram Soc, 1990, 73 (8) :2187-2203.
[4]杜婷.建筑垃圾再生骨料混凝土性能及强化试验研究[D].华中科技大学硕士学位论文, 2001.11.
[5]今井实.植生コンタリ一ト一のり面一.コンタリ一ト工学, 1998, 36 (1) 24～26.
植生混凝土 篇7
随州至岳阳高速公路湖北省北段是湖北省规划的“六纵五横一环”公路主骨架网中的“一纵”即随州至岳阳高速公路中的一段, 位于湖北省随州市境内, 呈北向南向延伸, 北起随州市淮河镇, 经淮河、天河、封江、高城、厉山、新街、安居、均川等八个乡镇, 止于孝襄高速公路随州枢纽互通。
该高速公路设计车速为100Km/h, 整体式路基宽26米, 中央分隔带宽2.0m, 行车道宽度2×7.5米。
本项目第4合同段范围为K28+275~K36+400, 长度为8.125公里, 工程位于随州市曾都区天河口乡加强村和封江镇狮子口村。
1.1 气象条件
公路区域属大陆亚热带季风气候区, 四季分明、雨量充沛, 年平均气温15.6°C, 极端最高气温可达40℃以上, 极端最低气温为-16℃。年降雨量820~1282mm, 最大降雨量1400mm (1954年) 、最小降雨量619mm (1978年) , 年平均降水量965mm, 年降雨天数110~120天, 暴雨集中在5~8月, 约占年降水量的70%, 且降雨连续, 集中强度大, 暴雨时, 低山区容易引发泥石流, 滑坡等自然灾害。
1.2 地形、地貌
项目地貌单元属桐柏山南坡, 根据地貌成因、形态及组合特征, 区内地貌划分为构造剥蚀丘陵区, 山顶多呈浑圆的馒头状, 冲沟呈宽“U”形谷, 以侵蚀剥蚀为主。地形呈垄岗状, 以低丘为主。
1.3 地质
主要岩性为白云钠长片岩, 岩石节理裂隙非常发育, 表部风化强烈, 暴露地表的岩石多为强风化, 下部岩石普遍较好, 基本能够满足一般构造物基础的设计要求, 基底岩石承载力可以达到高速公路的要求。在局部地段要因地制宜地做好相应防护工作。
2 砼人字骨架施工
2.1 边坡坡面修整
在开挖后的坡面上进行坡面修整, 先用挖掘机进行刷坡清除石头、杂草垃圾等杂物, 然后人工平整坡面、使坡面流畅平整。不能出现边坡凹凸不平、松垮现象。施工前坡面的凹凸度平均为±10cm, 最大不超过±20cm。
2.2 挂线分格
骨架纵向每4米一格, 沿坡面每2米一格, 进行挂线分格, 定出每一格骨架的具体位置。
2.3 人工开挖肋槽
每格骨架分格完成后, 进行人工开挖肋槽, 骨架要求嵌入坡面岩层10cm, 使得骨架整体嵌入坡面, 和坡面形成一个整体, 增加了骨架的稳定性。
2.4 骨架施工
模板统一采用竹胶板, 现场加工拼装。模板支撑加固采用方木及钢管, 混凝土浇筑顺序从下到上, 等下一层混凝土达到设计强度后, 再进行第二层混凝土浇筑。混凝土运输到现场后, 第一层骨架可以用人工倒运入模, 第二层及以上可以用人工或者吊车浇筑混凝土。骨架施工完后进行抹面压光。
3 植生袋施工
3.1 施工工艺
修建骨架-坡面验收-坡面清理-回填土准备-装袋-码袋-覆盖土工布-养护。
3.2 植生袋规格
采用塑料网眼袋, 规格大小长约40cm, 宽40cm, 网孔约4~6mm, 也可适当放大至10mm, 绿色并能防老化, 型号和网孔可以加工定做, 标称拉伸强度0.6KN/m。填土时为防土粒外漏, 应掺入一部分纤维, 如纸浆、稻壳等。
3.3 回填材料及搅拌
a.机质料:有机成分含量大于80%, N、P、K含量大于5%, PH值4.5~6.0之间, 主要作用时改善土壤, 促进植物生长。b.长效复合绿化专用肥:采用正规厂家生产的富合N、P、K及微量元素的肥料自己调配而成:N:P:K=6:36:6, 为保证木本群落的生长, 含P量要高, 含N不宜太高。c.混合草灌种子, 主要草种狗牙根、白喜草、白三叶、黑麦草、野菊花、大花金鸡菊、多变小冠花等, 主要选用灌木有紫穗槐、多花木兰、胡枝子、紫花苜蓿等。d.当地土料:当地肥土或熟土。由于选择菜园土、表层土等容易带入杂草种子, 对目的草灌种子竞争不利, 一般要求选用新土加入腐熟的有机肥 (鸡粪、饼肥等堆沤15天) 每立方20公斤。拌好后的基质其有机质含量最少要达到3%以上。
3.4 施工方法
在装好的网眼袋外漏面的表土中拌合混合草灌种子, 然后一层层错缝码放整齐, 紧贴石壁, 为防滑塌, 隔一层网眼袋中穿过8号铁丝, 两头加打膨胀螺丝固定在骨架上。在开始码放植生袋时将土工网一头先期垫放在底层固定, 植生袋码放完毕则将另一头盖过袋面压顶固定, 使土工网与植生袋形成完整的整体, 起到加筋的作用。码放完毕外面罩上一层三维网或单向拉伸土工格栅, 三维网外面在喷种植土, 最后喷播草灌种籽绿化。
3.5 覆盖无纺布
根据施工期间气候情况及边坡的坡度, 来确定在喷播表面层盖单层或多层无纺布, 以减少因强降水量造成对种子的冲刷, 同时也减少边坡表面水分的蒸发, 从而进一步改善种子的发芽、生长环境。冬季要求采用塑料薄膜覆盖保暖。
3.6 养护管理
a.注意浇水, 确保种子发芽、生长所需的水分;b.揭开无纺布, 保证草苗生长正常, 一般在草灌长出3~4片叶或有5~6cm高时揭布;c.施肥, 为草坪生长提供所需养分, 一般采用叶面施肥, 少量多次, 防止烧苗;d.针对性地喷洒农药, 定期清除杂草, 保证草坪健康生长;e.最终草灌覆盖率达到95%以上。
结束语
砼人字形骨架+植生袋边坡防护在现有的高速公路边坡防护中比较少见, 还没有广泛的推广, 他对边坡的稳定性、耐久性、美观、与自然景观协调一致性有着不可替代的作用, 特别是对不稳定及较破碎的边坡效果相当明显。根据随岳北边坡绿化防护施工情况来看, 无论是从稳定边坡的角度来看还是从绿化效果来说都是比较让人满意的。经过通车后几年的验证, 此方案给生态环境带来的效果, 让业主非常满意。
摘要：随着我国高速公路的快速发展, 不可避免的对自然环境造成了一定的破坏, 所以提倡了和谐自然的建设理念, 要求高速公路的发展要和自然环境和谐一致, 这就对高速公路的绿化提出了更高的要求, 必须要让高速公路和大自然轰然一体。尊重自然, 保护环境就显得尤为迫切, 尤为重要。因此在绿化设计时就结合当地自然环境、气候条件, 适地选种, 突出生态效应, 使得高速公路项目在建设中突出“植物+工程”一体化防护模式, 把路基边坡防护工程与生态防护结合起来, 力争做到四季常绿、色彩丰富、净化空气、吸尘防噪、防止土壤侵蚀 (水蚀、风蚀) 等, 营造良好的公路生态系统和行车环境, 达到与环境因素高度协调。贯彻以人为本, 因地制宜, 自然美观, 经济合理, 养护简便的精神。体现“安全、环保、舒适、和谐”的理念。