植生型多孔混凝土的制备与性能研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 2 期 (总 第2 5 6 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 01 1 ( To t a 1 No 25 6) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M D( E D C0NCR ET E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 3 1 植生型多孔混凝土的制备与性能研究 黄剑鹏 1 , 2 胡勇有 1 , 2 ( 1 华南理工大学 环境科学与工程学院 ,广东 广州 5 1 0 0 0 6 ;2 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室 ,广东 广州 5 1
2、0 0 0 6 ) 摘要 : 采用“ 造壳法 ” 及无振荡分层压制方法制作 了多孔混凝土 , 为满足 工程应用和植物生长要求 , 对多孔混凝 土厚度 、 矿 物掺加量及各 主要配合 比进行了试验优化 。 结果表明, 该法能够制作出植生型多孔混凝土, 其 中搅拌过程的预拌水量的控制是重要步骤 。 多孔混凝土的厚度 宜控制在 1 0 1 5 c m之间。 矿渣的加入能提高多孔混凝土 的性能 , 其掺合比宜控制在 5 2 0 , 且 1 0 时最佳 。 多孑 L 混凝土的抗压强度随水灰 比的增加先升高后降低 、 随骨灰 比的减小及骨料粒径的降低而升高 ; 而孔 隙率及透水系数则降低 。 适宜的配合比
3、为水灰 比 0 3 3 - 0 3 7 , 骨灰 比 5 7 , 骨料级配为 1 0 - 2 0 mm 占总量 的 3 0 、 1 0 3 0 mm 占总量的 7 0 。制得 的多孑 L 混凝土的 2 8 d抗压强度为 6 1 2 MP a , 孔隙率 大于 2 1 , 透水系数大于 2 0 mr n s 。 关键词 : 多孔混凝 土 ;配合 比;抗压强度 ;孔隙率 ;透水系数 中图分类号 : T U5 2 8 2 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 1 0 1 0 4 St ud y on pr e pa r a t i o
4、n a nd pr ope r t i es of pl a nt -gr o w i ng por ous c onc r e t e H UANG J i a n-pe n g1 ,2 H U Yo n g - yo u ( 1 Co l l e g e o f E n v i r o n me n t a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g , S o u t hC h i n a Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 , Ch i
5、 n a ; 2 T h eK e yL a b o f P o l l u t i o nC o n t r o l a n dE c o s y s t e m R e s t o r a t i o ni nI n d u s t r yCl u s t e r s , Mi n i s t ry o f Ed u c a t i o n , G u an g z h o u 5 1 0 0 0 6 , C h i n a ) Abs t r a c t : Po r o u s c o n c r e t e wa s p r o d u c e d u s i n g a “ s h
6、 e l l ma d e l a w”a n d no n o s c i l l a t i o n s u p p r e s s i o n me t h o d Wi t h t h e a i m o f e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n an d me e t i n g t h e n e e d s o f pl a n t g r o wi n g, t he t h i c k n e s s , a d d i t i o n of n fin e r a l a n d v a r i o us mi x r a
7、t i o s we r e i n v e s t i g a t e dTh e r e s u l t s s h o w t h a t t he p l a n t g r o wi n g p o r o u s c o n c r e t e c o u l d b e pr o d u c e d b y t h e me t h o d, a n d r e a d y m ixe d wa t e r c o nt r o l wa s a k e y s t e p i n t h e mi xi n g p r o c e s s Th e t h i c k n e
8、s s o ft h e p o r o u s c o n c r e t e wa s l O l 5 c m Th e a d d i t i o n o f s l a g i n t h e p r o p e r r a t i o o f 5 - 2 0 c o u l d i mp r o v e t h e p r o p e r t i e s o ft h e po r o u s c o n c r e t e wi t h a n o p t im u m a d d i t i o n r a t i o o f 1 0 Th e c o mp r e s s i
9、v e s t r e n g t h o ft h e po r o u s c o nc r e t e i n c r e a s e d, t h e n d e c r e a s e d wi t h t h e i n c r e a s i n g wa t e r c e me n t r a t i o, an d c o u l d b e e n h an c e d b y d e c r e a s i n g t h e a g gre g a t e c e me n t r a t i o a nd t h e s i z e o f a g gr e g a
10、 t e , wh i c h t h e v o i d r a t i o a n d p e r me a b i l i t y c o e ffi c i e n t we r e c o n t r a r yt o Th ep r o p e r m i xr a t i o s we r eo bt a ine da s f o l l o ws : wa t e r c e me n t r a t i oO 3 3 -0 3 7 a g gre g a t e - c e me n t r a t i o5 -7 gra d a t i o no f a g g r e g
11、 a t e ( 1 0 - 2 0mm 3 0 , 1 0 - 3 0mr fl 7 O ) F u r t h e r , t h e p r o p e r tyi n d e x e s o f p o r o u s c o n c r e t e w e r e g i v e nh e r e : 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n gth 6 - 1 2 MPa , v o i dr a t i o( 21 )a n dp e r me a bi l i t y c o e ffic i e n t( 2 0 ) Ke y wor ds :
12、 p o r o u s c o n c r e t e; mi x r a t i o; c o mp r e s s i v e s t r e n g t h; v oi d r a t i o; p e r me a bi l i t y c o e ffic i e n t 0 引 言 近 2 0年来, 城市河道护坡大都采用混凝土、 浆砌石等护砌 方式。这些护砌方式色彩灰暗、 表面呆滞, 切断了河水与地下水 的交换 , 降低 了对 雨水 的涵养 能力 , 截断 了生物链而使 河道丧 失生态功能 , 逐渐被人们摒弃。 越来越多的人接受 了“ 多 自然” 的 生态型护堤理念 。 为此 ,
13、 研究 开发新型的堤岸护坡材料显得迫在 眉睫。 植生型多孑 L 混凝土 以多孑 L 混凝土为骨架 , 通过混凝土 内孔 隙碱性改造 、 灌注适 生材 料 、 植物播种及后期养护 等步骤 制得 , 最早由日本大成建设技术研究所于 1 9 9 3年开发成功 。 植生型 多孑 L 混凝土在 日韩和欧美等国家已经广泛应用在城市道路的 两侧护坡及 中央隔离带护坡 、 河堤护岸等工程中【 】 。 在 中国 , 植 生型多孑 L 混凝土的研发经过十五科技攻关有一定的进展 , 尽管 在孑 L 隙率、 水灰比、 水泥浆、 粗骨料级配及多孔混凝土的力学性 等方面都有研究报道 4 _ , 但与国外相比仍有很大的差距
14、。 由于 受地缘气候及本土植物等的局限, 现有技术仍不足以为规模化 生产植生型多孑 L 混凝土提供技术支持。 现有植生型多孔混凝土 的制备技术中, 浆体的下向流动缺乏控制 , 易使混凝土浆体不 均匀, 造成底部孑 L 隙堵塞。 矿物掺合料的加入能替代部分水泥且 提高新拌混凝土的工作性 , 但尚无针对多孔混凝土合适 的矿 物 掺加量 的报道。 特别是在抗压 强度与孑 L 隙率 的平衡与调控 , 配合 比设计 , 各主要影响 因素与多孔混凝 土制作参 数调控的关系仍 未明了。 本研究探索出一种“ 造壳法” 与无振荡分层压制相结合制 作植生型多孑 L 混凝土的方法 , 考察了多孑 L 混凝土厚度 、
15、 矿物掺 加量 、 各主要配合比对植生型多孑 L 混凝土性能的影响, 探讨 了 各主要影响 因素与植生型多孔混凝 土制作参数 的调控关系 , 以 期为植生型多孔混凝土的生产及应用提供较系统完善的技术 支撑 。 收稿 日期:2 0 1 0 - 0 9 - 0 2 基金项目:国家“ 水体污染控制与治理” 科技重大专项 ( 2 0 0 8 Z X 0 7 2 1 l 一 0 0 5 0 4: ; 广 东省科技计划项 目( 2 0 0 6 A3 5 1 0 2 0 0 1 ) 1 0l 1 材料 与方法 1 1 原材料 水泥: P o 4 2 5 R级水泥。 粗骨 料 : 石 灰岩 碎石 , 单 一
16、粒级 级配 G1 ( 1 0 2 0 mm) 、 G 2 ( 1 0 3 0 m l T 1 ) 及级配 G 3 ( G1占 3 0 与 G 2占 7 0 混合 ) 、 G 4 ( G1 与 G 2各占5 0 ) 。 矿渣: 湖南产水淬高炉矿渣, 比表面积为 4 0 3 m V k g , 密度为 2 8 5 g c m3 , 化学成分见表 1 。 表 1 矿渣的化学成分 1 2试验 方法 1 - 2 _ l 多孔混凝土制作方法 “ 造壳法” : 与普通混凝土的“ 一次投料法” 不同, 在粗骨料 中加入预拌水, 搅拌使碎石表面湿润后 , 加入水泥和掺合料, 搅 拌约 3 0 S , 使碎石表面
17、均匀包裹上一层水泥浆壳; 再加入剩余 的拌合水继续搅拌约 3 mi n , 使碎石表面水泥浆壳变厚变均匀。 无振荡分层压制成型法: 拌合料分三次浇筑到模上 , 每一 层压平压实, 轻度振荡以减少粒间距离 , 使多孑 L 混凝土的组织 结构更加密实和稳定。 浇筑成型 1 d 后即开始采用淋洒方式洒水养护, 并用塑料薄 膜覆盖以维持湿度, 每天至少洒水 4次, 湿养护时间不少于3 d 。 1 2 2 抗压强度测定 在 WE 一 6 0型液压式万 能试 验机上测试多孔混凝土 的抗压 强度 。 试件 的尺寸为 1 5 0 mmx 1 5 0 mmx 1 5 0 mm, 保持加荷速度 0 3 0 5 M
18、P a s 。 具体过程参照 G B T 5 0 0 8 1 2 o 0 2 普通混凝土力 学性能试 验方法标准 进行测 定 。 抗 压强度至 少随机取 3个样 测试结果的平均值。 1 2 _ 3 孔隙率测定 采用排水法测定孔隙率is , 测定步骤为: 首先用游标卡尺量取 混凝士试块 的长 、 宽 、 高 , 求 m体积 V ; 用量筒量取容器盛满水时 水的体积, 此既为容器容积 。然后测定混凝土排水量, 把混凝土 试块放人容器中, 加水至溢出临界刻度, 量取此时水的体积 V , , 则 混凝土试块的孑 L 隙所占体积为 V = V 一 ( V 一 V ) 。 据此, 可计算出孑 L 隙率e
19、, e = l 一 ( V : - V ) I V 。 。 孔隙率为随机取样 3 个以上的平均值。 1 2 4 透水系数测定 透水系数测定采用同文献【 9 相同的方法。 透水系数为随机 取 3 个以上的平均值。 2结 果 与 讨论 2 1 厚度对多孔混凝土抗压强度的影响 多孑 L 混凝土厚度对工程施_T有重要影响。 厚度小可节约成本, 且植 物根 系易穿透试块植生 于地 面土壤 。 聂丽华 等人提 出试 块厚度一般应取 1 0 、 1 5 、 2 0 c m三种, 却并未说明取值的依据; 董 建伟 认 为在无土或者贫瘠土地上铺设 的植生型多孔混凝土的 最小 厚度应该满足孔隙 内至少充灌 相当于
20、 】 0 0 mm 厚的土壤 , 当厚度不 能达 到上述要求时 , 可增 加局 部填充土量来增加 土层 等效厚度。显然, 他们的研究仍不足以说明多孑 L 混凝土抗压强 度与厚度 的相关性 。本研究设 计 了系列 1 和 系列 2两组试 验 ( 配合比见表 2 ) , 测定了厚度分别为 6 、 8 、 1 0 、 1 5 、 2 O c m的多孔混 凝土2 8 d抗压强度的变化 , 结果如图 l 所示。 1 O2 表 2多孔混凝土的配合比 厚 度 c m 图 1 厚度与抗压强度的关 系曲线图 从图 1 可看 出, 多孔混凝土 的厚度从 6 C m增加到 8 c m, 其 抗压强度急剧下降; 当厚
21、度从 8 c m增加到 1 5 c m, 抗压强度有 所回升; 超过 1 5 c m后, 抗压强度又急剧下降。 这个结果给出了 这样一个重要信息, 并非多孔混凝土越厚抗压强度就越高; 当 多孔混凝土厚度过低或过高, 其抗压强度与多孔混凝土厚度均 成反 比。 当多孑 L 混凝土试块受压时, 其内部并非均匀受压, 而是受 到弯曲、 剪切和拉应力的共同作用, 导致多孔混凝土的抗压强 度与厚度不呈线性关系。 笔者认为厚度在 8 1 5 c m时, 随着试块 厚度 的增加 , 其截 面面积和抵抗矩 相应增大 , 提高 了对 弯 、 剪 、 拉等应力的抵抗能力, 故其抗压强度增大。 当厚度小于8 c m时
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