植被生态混凝土制备工艺研究进展.pdf
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1、 1 5 2 材料导报 A: 综述篇 2 0 1 6 年 7月( A) 第 3 0卷第 7期 植被生态混凝土制备工艺研究进展 陶祥令 , 刘 辉 , 程 雷。 ( 1 江苏建筑职业技术学院能源与交通工程学院, 徐州 2 2 1 1 1 6 ; 2 江苏建筑节能与建造技术协同创新中心, 徐州 2 2 1 1 1 6 ; 3 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室, 徐州 2 2 1 1 1 6 ) 摘要 介绍 了植被 生态混凝 土的定义及分 类, 以及这 类混凝土 的应 用现状 ; 通过 总结前 人针 对制备 方法 的研 究成果, 包括配比设计、 搅拌、 成型、 养护等步骤, 提 出了
2、各个工艺需要掌握的关键 因素; 阐述 了定量化衡量植被 生态 混凝土制备性能指标, 并基于此性能指标讨论了影响因素与检测方法; 阐明了植被型生态混凝土今后的发展方向。 关键词 植被生态混凝土制备工艺评价指标检测方法 中图分类号 : U5 2 8 ; TB 3 2 1 文献标识码 : A D O I : 1 0 1 1 8 9 6 j i s s n 1 0 0 5 0 2 3 X 2 0 1 6 0 1 3 0 2 4 Re s e a r c h S t a t u s o f Pr e pa r a t i o n Pr o c e s s f o r Ve g e t a t i o n
3、 Ec o l o g i c a l Co n c r e t e TAO Xi a n g l i n g , LI U Hu i , CHENG Le i 。 ( 1 Co l l e g e o f En e r g y a n d Tr a n s p o r t a t i o n En g i n e e r i n g ,J i a n g s u J i a n z h u I n s t i t u t e ,Xu z h o u 2 2 1 1 1 6;2 J i a n g s u Co l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n
4、 Ce n t e r f o r B u i l d i n g En e r g y S a v i n g a n d C o n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y,Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ;3 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y f o r Ge o me c h a n i c s a n d De e p Un d e r g r o u n d En g i n e e r i n g,Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T
5、e c h n o l o g y ,Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ) Ab s t r a c t Th e d e f i n i t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n o f v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l c o n c r e t e we r e i n t r o d u c e d a t f i r s t 。a n d a l s o i t s c u r r e n t s i t u a t i o n o f a p p l i c a t i o n Th
6、 e n ,a c c o r d i n g t o t h e s u mma r y o f p r e v i o u s s t u d i e s o n p r e p a r a t i o n me t h o d s ,i n e l u d i n g t h e p r o p o r t i o n i n g d e s i g n,mi x i n g,mo l d i n g a n d c u r i n g me t h o d ,t h e k e y f a c t o r s o f e a c h p r o c e s s n e e d e d
7、t o b e ma s t e r e d we r e p r e s e n t e d Af t e r t h a t ,t h e e v a l u a t i o n i n d e x wh i c h c o u l d q u a n t i t a t i v e me a s u r e t h e p e r f o r ma n c e o f v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l c o n c r e t e wa s p r o p o s e d,a n d t h e i n f l u e n c i n g
8、f a c t o r s a n d t h e t e s t me t h o d b a s e d o n t h a t we r e d i s c u s s e d At l a s t ,t h e f u t u r e d e v e l o p me n t d i r e c t i o n o f v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l c o n c r e t e wa s p o i n t e d o u t Ke y wo r d s v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l
9、c o n c r e t e ,p r e p a r a t i o n p r o c e s s ,e v a l u a t i o n i n d e x,t e s t me t h o d 0 引言 随着人类社会的发展 , 各类建筑拔地而起 , 人类在享受 混凝土建筑带来便利的同时, 也承受着其负面影 响。而植被 生态混凝土能与绿色植物相互共存并能缓解生物隔离 , 扩大 绿化面积 , 符合人类“ 可持续发展” 的理念 。在 国际范 围内, 日本率先提出了植被生态混凝土的概念l_ 】 , 随后这类混凝土 在 El本和欧美得到了广泛应用_ 2 。这类多孔混凝土与普通 混凝土相 比有
10、特殊的制备工艺与检测指标 , 对此需要进行专 门的研究 。本文回顾和总结了前人的研究成果 , 从制备工艺 来看, 搅拌 、 成型、 养护等步骤都需要掌握关键 因素 , 而选择 正确的评价指标则直接关乎能否对植被生态混凝土做 出准 确评价。 1 植被生态混凝土的应用现状 1 1 植被生态混凝土的概念与分类 1 9 9 5 年 日本混凝土工学协会 提 出了生态混凝土 的概 念, 这类特种混凝土具有特殊的结构与表面特征, 它能减小 环境负荷 , 与生态环境相协调, 为环保做 出贡献。国内最早 提出类似概念的是清华大学冯乃谦等主编的 实用混凝土大 全 , 该文献 中将绿化生态混凝土定义为: 能够适应绿
11、 色植物 生长 、 进行绿色植被 的混凝土及其制 品。随后吴 中伟 、 胡 德熙 6 、 杨静_ 7 等提出生态混凝土定义为 : 能够适应植物生 长 , 可进行植被作业 , 具有 保持原有 防护作用 功能、 保护环 境、 改善生态条件的混凝土及其制品。 植被生态混凝土多种多样 , 有着不同的分类方式 。董建 伟 8 按其构造不 同分 为孔洞 型、 敷设型和多孔连续 型 3大 类 , 冯辉荣_ g 在此基础上又将植被生态混凝土做 了更加细致 的分类 , 如图 1 所示。吴义峰_ 1 则按照制备方式的不 同分为 现浇型与预制型。 1 2 植被生态混凝土的应用 植被生态混凝土由于具有一定强度并可供植
12、物生长而 在某些领域具有普通混凝土无法相 比的优势 , 如今 已在国内 外得到广泛应用。据文献 4 介绍 , 日本全境 的河道护堤 的 施工总面积中, 植被生态混凝土应用面积在 2 O 左右; 韩 国 自然与环境株式会_ 】 开发研制 了类似花盆 的孔洞型混凝土 *住建部科技计 划项 目( 2 0 1 5 一 K4 0 1 5 ) ; 江 苏省住建厅科技计 划项 目( 2 0 1 5 Z D 0 3 ; 2 0 1 5 Z D2 1 ) ; 徐 州市科技计 划项 目( K C1 4 GX 1 3 5 ; K C1 5 S MO 2 7 ) ; 江苏建筑节能与建造技术协同创新中心开放基金( S
13、J X TQ1 5 0 7 ) 陶祥令: 男, 1 9 8 4年生, 博士生, 讲师, 主要研究方向为建筑材料再生利用 E - ma i l : c h i n a t x l 1 2 6 c o rn 植被 生态混凝土制备 工艺研究进展 陶祥令等 1 5 3 块 , 被用于生态型河川建设 ; 吉林 水利水 电公司_ 1 在长春进 行 国内最大的现场铺设生态混凝土道路工程; 上海黄浦 江生 态护坡示范工程 1 3 3 采用生态混凝土沿黄浦江建设生态护坡 , 结果显示植物生长旺盛 , 固水保土效果 良好 , 岸坡安全稳定 ; 还有国外学者| l 研究了植被生态混凝土在噪声屏障中的作 用, 并进行
14、了小规模的使用。 生态 混凝 土 孔 洞 型 生 态 混 凝 土 敷 设 式 生 态 混 凝 土 随 机 多 孔 型 生 态 混 凝 土 A 随 机 多 孔 型 生 态 混 凝 轻 质 生 态 混 凝 土 沙 琪 玛 骨 架 生 态 混 凝 土 自 适 应 植 被 混 凝 土 护 堤 植 生 型 生 态 混 凝 土 图 1 生态混凝土的分类 Fi g 1 Cl a s s i f i c a t i o n o f v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l c o n c r e t e 2 植被生态混凝土的制备工艺研究现状 2 1 选料与配比设计 植被生
15、态混凝土需要进行特殊 的材料选择与配比设计 , 因此国内外学者对此进行 了专 门的研究。Ni t e n d r a 利用 生产钢铁留下的废钢渣替代传统骨料 , 结果证实在废弃资源 再利用方面以及 混凝土强度提 高方 面取得 了较好 的效果。 R Y u _ I 利用矿渣粉 、 石灰粉等部分取代水泥作为胶凝材料 在强度和耐久性上均取得 了良好的效果 。S e r g e y AMi z u - r i a e v E 1 7 对一般用途的多孔混凝土的组成进行 了探讨 , 并建议 采用碱金属硅酸盐和非膨胀粘土取代普通硅酸盐 。 为了综合考虑植 物生长与混凝土结构使用性能等方面 的要求 , 一些学
16、者_ 】 做了大量试验 , 结果发现植生型多孔 混凝土的孔隙率应控制在 1 8 3 5 之间, 水胶 比应控制在 0 2 N0 5 5 之间。 曾培玲 叩 通过试验验证 生态混凝土强度随水泥强度增 大而增大 , 水泥强度等级增加一级 , 生态混凝土强度平均增 大 1 2 MP a 。混凝土强度随水胶 比增大而先增后降 , 综合考 虑强度与植生性能后认为水胶 比为 0 3 5 、 骨胶 比为 1 O 时 比 较适合 。陈月萍 通过研究粗骨料粒径对 生态混凝土的影 响得出结论 , 综合考虑抗压强度 、 孔隙率和透水性系数, 碎石 粒径选择 1 5 2 0 mm较为合适 。 综上可以看出水胶 比决定
17、 了强度 , 一定范 围内增大水胶 比有助于强度的提高, 然而实际应用中水胶比过大会导致浆 液堵塞底部孔隙, 不利于植物生长 。水泥掺量增大有助于强 度的提高 , 骨胶 比也影 响混凝土的强度 与透水透气性 , 在能 保证孔隙率的情况下尽可能提高胶凝材料用量。 2 2 搅拌工艺 普通混凝土的搅拌工艺一般是一次给料搅拌法 , 但植被 生态混凝土从配 比上与普通混凝土相 比就大有不 同, 因此有 其特殊的搅拌工艺。按给料与搅拌 的穿插顺序可分为一次 给料法、 多次给料法 、 水泥裹石法等。 E t 本展开的相关研究最多 , 其中玉井元治 。 提出的搅拌 工艺流程图如图 2 所示。他们提出先将水与水
18、泥投人水泥 浆搅拌机拌合, 再投入骨料在混凝土搅 拌机内拌合 , 经脱模 养护得到了质量较好的指标生态混凝土。 注 :W- 水 ;S P- 两性 能减水 剂 ;S F - 二 氧化 硅脱水 剂 ;C- 水泥 图2 搅拌工艺流程图l 2 F i g 2 S t i r r i n g p r o c e s s f l o wc h a r t E 国内学者也有类似研究 , 蒋正武 2 3 3 在研究若干因素对植 被生态混凝土性能影响时 , 针对搅拌 工艺做了一组对 比试 验。一组采用一次给料法, 先将水 泥、 骨料等在搅拌机 内干 拌 , 然后再加水搅拌后人模养护 。另一组采用水泥裹石法 ,
19、先将骨料按比例混合 , 用部分水浸 湿后搅拌 , 再加入水泥与 剩余水搅拌后入模养护。两组试块的检测结果如表 l 所示 。 表 1 两组试块各项性能检测结果 Ta b l e 1 Te s t r e s u l t s o f t h e p e r f o r ma n c e t e s t b l o c k g r o u p s 由表 1 可 以看出 , 采用水泥裹石法相对 于一次给料法在 孔隙率 、 表观密度和透水 系数上下降不多, 然而抗压强度却 有很大提高 , 因此水泥裹浆法搅拌工艺值得推荐。 吴磊_ 2 在研究生态混凝土时也根据不 同拌合工艺做 了 对 比试验 : 第一种是
20、一 次拌合 法, 即将胶凝材料 、 集料 拌匀 后 , 再加水拌合 ; 第二种是两次拌合法 , 即先将集料和一部分 水拌匀 , 然后加入胶凝材料和剩余 水进行拌合 ; 第三种是水 泥裹石法, 即将胶凝 材料和一部分水拌匀, 再加入集料和剩 余水进行拌合 。3 组试块 的试验结果如表 2 所示。 表 2 3组试 块成型试验结果 Ta b l e 2 Re s u l t s o f t h r e e t e s t b l o c k t e s t 对 比上述试验研究可以得出结论 , 水泥裹石法通过改变 原料的加入顺序改善了植被生态混凝土的性能, 既能保证植 1 5 4 材料导报 A: 综述
21、篇 2 0 1 6年 7月( A) 第 3 O卷第 7 期 物所需的孑 L 隙率, 又能显著提高混凝土强度。这是因为采用 此种搅拌方式可以使胶结聚体均匀, 骨料粘结性好 , 水泥稳 定地包裹着骨料表面, 从而增加骨料间的粘结力 , 进而提高 了强度 。 2 3 成型方式 植被生态混凝土成型可 以采用振动成型和压制成型。 MAa me r l 2 开发出了一种高性能生态混凝土 , 它不需要任 何特殊的压实与振动, 但需要 聚羧酸高效减水剂 、 十二烷基 苯硫酸钠等特殊添加剂 , 因此其制作材料来 源受 限, 应用并 不广泛。一般影响植被生态混凝土性能的因素有振动时间、 成型的压力 、 成型厚度等
22、。 2 3 1 振 动 成型 采用振捣法 , 控制振动时间至关重要。时间过短则混凝 土不易密实 , 影响混凝土强度; 时间过长, 会导致水泥浆从骨 料表面脱落 , 流动富集到混凝土的底部 , 堵塞底部孔隙, 影响 植物生长。颜小波 胡 对此进行 了研究, 试验选取单一粒径 的 粗骨料制备生态混凝土, 搅拌均匀后将试件连通模具放于振 动台上分别振动 0 1 0 S后养护 3 d 、 2 8 d , 分别测试不同振 动时间混凝土的强度和孔隙率, 结果如图 3所示。张朝辉_ 2 做了类似的研究, 结果如图 4 所示。 山 塞 醴 出 振 动时间 s 图 3 振动时 间对 多孔混凝 土性能 的影 响(
23、 颜小波等 ) F i g 3 Ef f e c t o f v i b r a t i o n t i me o n v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l c o n c r e t e( Ya n e t a 1 ) 岂 鼎 图 4 振动时间对多孔混凝土性能的影响( 张朝辉等) Fi g 4 Ef f e c t o f v i b r a t i o n t i me o n v e g e t a t i o n e c o l o g i c a l c o n c r e t e ( Z h a n g e t a 1 ) 从测试结果来看,
24、 随着振动时间的延长 , 混凝土强度先 增后降, 而孔隙率则逐渐降低。对于图 3 试验来讲 , 最佳振 动时间显然是 9 1 0 S , 而图 4试验证实振动时间在 3 s左右 时既能保证强度 , 又能适 当降低孔 隙率 , 同时保证植物正常 生长 。 这种结果是因为随着振动时间的延长粗骨料得到密实, 强度增加 , 孔隙率下降。然而振动时间过长会使粗骨料表面 的胶凝材料振落 , 导致 粗骨料粘结性下降 , 影 响强度 发展。 因此掌握合理的振动时间至关重要 。一般来讲 , 最佳振动时 间与水胶 比和胶凝材料的用量有关 , 不 同的配 比对应不同的 最佳振动时间 , 实际应用中应通过反复试验确定
25、具体配 比下 的最佳振动时间。 2 3 2 压 制成 型 除了振动成型以外, 还可 以采用压制成 型, 颜小波也针 对此种工艺进行了专 门研究。试验所用原材料 、 配比与振动 成型相同, 所使用 的试块截面尺寸 为 1 0 0 mm1 0 0 mm, 试 验中施加 4 0 0 1 0 0 0 N的成型压力, 并保持 5 S , 试验结果如 图 5 所示 。张朝辉做 了类似研究 , 结果如图 6 所示。 成型压 力 图 5 成型压力对生态混凝土的影响 F i g 5 Ef f e c t s o f mo l d i n g p r e s s u r e o n v e g e t a t i
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