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０引言

生態(tài)混凝土是將傳統(tǒng)混凝土與現(xiàn)代生態(tài)環(huán)保理念二者相結(jié)合而成的新型混凝土，主要作用是促進(jìn)人類與大自然的和諧共存，這一概念最早由日本學(xué)者提出。從和諧共存的理念出發(fā)，就需要改變混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是增大混凝土內(nèi)部孔隙率，并且合理設(shè)置保水結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)植物的良好生長［１］。近年來，隨著國內(nèi)外學(xué)者和專家對(duì)生態(tài)混凝土的持續(xù)研究，生態(tài)混凝土取得了廣泛應(yīng)用，尤其是在河道整治工程領(lǐng)域。例如，２００３年上海嘉定區(qū)的河道整治工程采用了從上海引進(jìn)的植生生態(tài)混凝土技術(shù)，應(yīng)用效果良好。伴隨著我國學(xué)者對(duì)植生生態(tài)混凝土的研究逐漸深入，通過開展工程試驗(yàn)和理論研究積攢了大量工程經(jīng)驗(yàn)，并且對(duì)護(hù)坡植生生態(tài)混凝土的制備方法及物理力學(xué)性能取得持續(xù)性進(jìn)展，然而在原材料選取、配合比設(shè)計(jì)及混凝土制備領(lǐng)域仍存在不足。因此，本文從河道整治工程的基本特征出發(fā)，通過采用試驗(yàn)研究的方法對(duì)植生生態(tài)混凝土的最佳配合比開展研究，從而為類似工程提供借鑒。

１工程概況某河道整治工程

植生生態(tài)混凝土設(shè)置于常水位以上，邊坡坡度為１︰０．７，采用Ｃ２５混凝土框格內(nèi)填生態(tài)混凝土，格埂斷面尺寸一般為０．２５ｍ×０．４ｍ（寬×高），為減小土體的不均沉降，框格單塊面積設(shè)置為６ｍ２，土體滲透系數(shù)不小于１×１０－１ｃｍ／ｓ，且具有反濾性。為提高河道兩側(cè)邊坡的抗浮穩(wěn)定性，護(hù)坡厚度設(shè)置為０．１２ｍ，護(hù)坡下應(yīng)設(shè)置３ｃｍ砂墊層或碎石墊層，避免混凝土護(hù)坡及格埂開裂。為促進(jìn)草皮和灌木的良好生長，生態(tài)混凝土前需要一定的覆土厚度保證生長所需的水分和營養(yǎng)，覆土厚度設(shè)置為７ｃｍ。

２植生生態(tài)混凝土簡介

植生生態(tài)混凝土以多孔混凝土為骨架，孔隙率在２０％左右，內(nèi)部孔徑較大。在工程實(shí)踐中，一般會(huì)在大空隙中填充植物生長所需養(yǎng)分，植物根系發(fā)育至混凝土內(nèi)部乃至穿透混凝土到達(dá)下部土壤，這種混凝土被稱為植生生態(tài)混凝土。利用植生生態(tài)混凝土的這一特征，可以種植灌木類植物，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受污染河道的修復(fù)及綠化，達(dá)到河道加固和生態(tài)環(huán)保的雙重效果。圖１為植生生態(tài)混凝土用于河道整治工程。由上可知，將植生生態(tài)混凝土用于河道整治工程具有顯著的環(huán)保價(jià)值，不僅可以美化河道環(huán)境，減輕河流污染，避免水土流失進(jìn)一步加劇。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可知植生生態(tài)混凝土具有以下優(yōu)勢(shì)：強(qiáng)度高，耐久性能良好；降低土體發(fā)生管涌現(xiàn)象的可能性；改善河道整體的生態(tài)環(huán)境，提升水源質(zhì)量；促進(jìn)河道整體生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生［２］。

３植生生態(tài)混凝土原材料及其基本性能研究

植生生態(tài)混凝土的主體結(jié)構(gòu)是多孔混凝土，利用膠凝材料的膠結(jié)作用可以將粗顆粒骨架形成整體，從而為植物根系發(fā)展提供有利條件。這意味著植生生態(tài)混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)大小等與各組分的含量密切相關(guān)。而實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)連續(xù)空隙的根源在于配合比設(shè)計(jì)，因此通過試驗(yàn)研究確定原材料的選用和混凝土的最佳配合比，從而提高混凝土強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)植生生態(tài)混凝土應(yīng)用價(jià)值［３］。

３．１膠凝材料

膠凝材料分為無機(jī)類和有機(jī)類兩種。對(duì)無機(jī)類膠凝材料而言，應(yīng)用范圍最廣的是水泥材料。水泥材料中一類是普通硅酸鹽水泥基膠凝材料，在設(shè)計(jì)中一般通過改變其組分和含量實(shí)現(xiàn)使用功能；另一類是無機(jī)膠凝材料，通過改性措施實(shí)現(xiàn)對(duì)材料酸堿度的調(diào)整，從而滿足植物生長。基于可操作性，多數(shù)試驗(yàn)人員采用的是第一類措施實(shí)現(xiàn)膠凝材料體系的調(diào)整。本次選用的水泥為４２．５級(jí)普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能見表１所示。

３．２粗集料

植物根系的良好生長與孔隙率密不可分，植生生態(tài)混凝土的孔隙率與骨料種類、粒徑及級(jí)配情況緊密相關(guān)。在集料選擇過程中，應(yīng)盡量選擇高強(qiáng)度的碎石，若工程實(shí)際對(duì)集料要求不高時(shí)，可選擇建筑廢料，如磚塊或混凝土等等，提高工程經(jīng)濟(jì)合理性［４］。粒徑及級(jí)配區(qū)間不同的粗集料的孔隙率均在較大差異，一般而言，粒徑大且級(jí)配變化范圍小的粗集料孔隙率較大。因此，在植生生態(tài)混凝土中多選擇粒徑大級(jí)配單一粗集料或者按一定比例混合的粗集料。本次試驗(yàn)中采用的粗集料粒徑分為兩種，一種為１６．５～１９．５ｍｍ，另一種為１９．５～２７．０ｍｍ。兩種粗集料的基本性能試驗(yàn)指標(biāo)見表２。

３．３外加劑及拌和水

為了滿足植生生態(tài)混凝土的強(qiáng)度需求，達(dá)到植物生長所需的酸堿度，本次采用的減水劑為聚羧酸高效減水劑，其參數(shù)如表３所示，采用的拌合水為自來水。

４植生生態(tài)混凝土最佳配合比研究

綠色生態(tài)混凝土內(nèi)部骨架由多孔混凝土構(gòu)成，為滿足使用條件，其標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于２０ＭＰａ，孔隙率不小于２０％。因此，生態(tài)混凝土的配合比與混凝土強(qiáng)度和孔隙率相關(guān)。在工程實(shí)踐中為滿足植物生長，對(duì)混凝土的酸堿度有一定要求，即呈堿性，且ｐＨ小于１０。同時(shí)，考慮到水泥等膠凝材料的流變性與礦物摻和料相關(guān)。綜合考慮上述因素，試驗(yàn)過程中在水泥等膠凝材料中添加礦渣等礦物，在此基礎(chǔ)上配制植生生態(tài)混凝土，并研究混凝土的抗壓強(qiáng)度和孔隙率的變化規(guī)律，由此得到植生生態(tài)混凝土的配合比參數(shù)［５］。影響植生生態(tài)混凝土配合比參數(shù)的因素多種多樣，主要包括水膠比、粗集料、膠凝材料組分及含量。在本次試驗(yàn)中，上述各因素的參數(shù)如表４所示。

４．１水膠比變化對(duì)抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著水膠比的逐漸增大，不同膠凝材料組成（分別為１００％水泥凈漿、８０％水泥凈漿２０％粉煤灰、７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣）的植生生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度不同，其中８０％水泥凈漿２０％粉煤灰隨著水膠比的變化幅度最大；當(dāng)水膠比為０．２８時(shí)，７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣的膠凝材料的混凝土抗壓強(qiáng)度最大值為１０．５ＭＰａ；當(dāng)水膠比為０．３０時(shí)，８０％水泥凈漿２０％粉煤灰的膠凝材料的混凝土抗壓強(qiáng)度最小值為６．８ＭＰａ。植生生態(tài)混凝土的水膠比較小，當(dāng)膠凝材料含量不變時(shí)，隨著用水量增大，膠凝材料和水的接觸面積增加，隨著水泥水化作用的持續(xù)進(jìn)行，混凝土強(qiáng)度得到提升。在試驗(yàn)過程中，隨著水膠比的增大，膠凝材料的流動(dòng)性能得以提升，粘結(jié)性降低，使得混凝土抗壓強(qiáng)度降低，強(qiáng)度增長效應(yīng)弱與強(qiáng)度減小作用，混凝土的最終表現(xiàn)特征是抗壓強(qiáng)度降低。對(duì)７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣的混凝土而言，其抗壓強(qiáng)度隨著水膠比增大先升高后降低，這是由于混凝土內(nèi)部的強(qiáng)度增長作用優(yōu)于強(qiáng)度減小作用，由于植生生態(tài)混凝土的內(nèi)部多孔隙結(jié)構(gòu)同粉煤灰和礦渣的混合作用對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有一定影響，該機(jī)制有待進(jìn)一步研究。當(dāng)水膠比為０．２８和０．３０時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大的為７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣的植生生態(tài)混凝土。隨著水膠比由０．２８變化到０．３０，膠凝材料組成為８０％水泥凈漿２０％粉煤灰時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度變化率較大，這是由于隨著水化反應(yīng)充分進(jìn)行，混凝土土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸均勻，孔隙率增大，隨著水膠比的增大，膠凝材料的流動(dòng)程度進(jìn)一步增大，粗集料外側(cè)的漿液厚度減小，從而使得混凝土孔隙率減小。

４．２水膠比變化對(duì)孔隙率試驗(yàn)結(jié)果分析

隨著膠凝材料的增大，不同粒徑粗集料的植生生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度均增大，增長幅度為２５％和１２．３％；隨著水膠比減小，混凝土孔隙率減小幅度為４％左右。這是因?yàn)椋z比恒定時(shí)，膠凝材料水化作用隨著膠凝材料增加逐漸增強(qiáng)，使得混凝土強(qiáng)度得到進(jìn)一步提升，包裹于粗集料表面的漿液含量進(jìn)一步減少，混凝土內(nèi)部孔隙率減小。通過對(duì)抗壓強(qiáng)度和孔隙率的變化結(jié)果可知，膠凝材料含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響程度顯著，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為植生生態(tài)混凝土提供工程借鑒，植生生態(tài)混凝土的最佳配合比為水灰比０．３０、粗集料含量２２０ｋｇ／ｍ３、８０％水泥凈漿２０％粉煤灰的膠凝材料組成。

５結(jié)語

（１）隨著水膠比逐漸增大，不同膠凝材料組成的植生生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度不同，其中８０％水泥凈漿２０％粉煤灰隨著水膠比的變化幅度最大；

（２）隨著水膠比由０．２８變化到０．３０，膠凝材料組成為８０％水泥凈漿２０％粉煤灰時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度變化率較大，這是由于隨著水化反應(yīng)充分進(jìn)行；

（３）植生生態(tài)混凝土具有顯著的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，目前尚處于初步發(fā)展階段，對(duì)今后的的進(jìn)一步研究而言，可重點(diǎn)研究植生生態(tài)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及不同材料間反應(yīng)機(jī)制對(duì)混凝土強(qiáng)度等參數(shù)的影響。

參考文獻(xiàn)

［１］陳鋒．綠色生態(tài)混凝土的施工流程及其工程應(yīng)用［Ｊ］．建筑節(jié)能．２０１１（５）：４９－５１．

［２］董建偉，裴宇波，王麗秋．環(huán)保型綠化混凝土的研究與實(shí)踐［Ｊ］．吉林水利．２００２（２）：１－４．

［３］董建偉．綠化混凝土上草坪植物所需營養(yǎng)元素及供給［Ｊ］．吉林水利．２００４（２）：１－５．

［４］王桂玲，王龍志，張海霞，等．植生混凝土的配合比設(shè)計(jì)、堿度控制、植生土及植物選擇［Ｊ］．混凝土．２０１３（２）：１０２－１０６．

［５］鄭玉．集料比表面積計(jì)算方法探討［Ｊ］．交通標(biāo)準(zhǔn)化．２００８（１１）：９５－９７.

作者:吳蒙 單位:高郵市水利局