植生混凝土用多孔混凝土的制备技术研究.pdf

2 0 1 3 年 第 3 期 (总 第 2 8 1 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 RE ADY M Dr E D CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 3 0 2 6 植生混凝土用多孔混凝土的制备技术研究 王桂玲 ，王龙 志 ，张海霞 ，崔鑫 z 。宋生辉 z ( 1 中建八局 技术中心 ，上海 2 0 0 1 2 0 ；2 山东建泽混凝土有限公司 ，山东 济南 2 5 0 1 0 1 ) 摘要： 多孑 L 混凝土作为植生混凝土的骨架 ， 是制备植生混凝土的关键一步 ， 为此从配合 比设计 、 搅拌工艺 、 养护工艺等方面开 展了对植生混凝土用多孑 L 混凝土的研究 。 经大量试验， 确定了使用 比表面积法设计植生混凝土用多孔混凝土的配合比。 通过对原 材料投料顺序 、 搅拌时间、 投料量等搅拌工艺的研究， 确定了裹浆法为多孔混凝土的搅拌方法。 夏季多孑 L 混凝土浇筑后 ， 可采用薄 膜覆盖方式进行养护， 但要注意洒水时间和洒水方式 ， 冬季养护要注意保温。 关键词 ： 植生混凝土 ；多孑 L 混凝土；比表面积法 ；配合 比；搅拌 ；养护 ；制备 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 9 6 0 3 R e s e a r c h o n p r e p a r a t i on t e c h n o l og y o f p o r ou s c o n c r e t e f o r p l a n t i n g e c o - c o n c r e t e WANG Gu i - l i n g ， WANGLo n g- z h i 2 , ZHANGHa l - x i a ， CUIXi n ， S ONG S he n g- hu i ( 1 T e c h n o l o g yC e n t e r o f CS CE S， S h a n g h a i 2 0 0 1 2 0， C h i n a ； 2 S h and o n g J i a n z eC o n c r e t eL i mi t e dC o mp any ， J i n an 2 5 0 1 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： P o r o u s c o n c r e t e a s t h e s k e l e t o n o f p l an t in g e c o c o n c r e t e wa s a k e y s t e p f o r p r e p a r i n g p l an t i n g e c o - c o n c r e t e S o c a r r i e d o u t r e s e arc hi n g o n t h e po r o us c o nc r e t e for pl a n t i ng e c o - c o nc r e t e f r o m t he a s pe c t s o fthe mi x d e s i g n， mi xi n g t e c hn o l o gy ， c u r i ng p r o c e s s Ov e r a l a r g e n u mb e r o f t e s t s ， s pe c i fic s u r f a c e are a me tho d wa s i de n t i fie d for mi xt u r e d e s i gn o fp o r o us c o nc r e t e for p l a n t i ng e c o c o n c r e t e Ba s e d o n the r e s e arc h of r a w ma t e r i a l f e e d i n g s e q u e n c e ， mi x i ng t i me， f e e d i n g a mo u n t ， c oa t mo r t a r me t h od wa s the mi x i ng me tho d f or p o r o us c o n c r e t e Af t e r p o r o u s c o nc r e t e p o u r i n g o n s u mme r ， p o r o us c o n c r e t e wa s c ur e d b y the fil m ， bu t pa y e d a t t e n t i o n t o wa t e r i n g t i me and wa y an d pa y e d a tte n t i o n t o i ns ul a t i o n o n wi n t e r K e yw o r d s ： p l an t i n g e c o c o n c r e t e ； p o r o u s c o n c r e t e ； s p e c i fic s u r f a c eare ame tho d； mi x t u r e ； mi x； c u rin g ； p r e p a r a t i o n 0 引 言 植 生混凝土是 指 以一定孔 径 、 一定 孔隙率 的多孔混 凝 土为骨架 ， 在 多孔 混凝土孔 隙内充 填植物生 长所需 的 物 质 ， 植物根 系生长于孔 隙内或穿 透多孔混凝 土生长 于 下层土壤 中的一类混凝土或混凝土制品 1 。 此类 混凝土或 混凝 土制 品是植物与混凝土通过混凝 土孔隙内的植物生 长基 有机结合 而成 的新型混凝 土。 植生混凝 土用多孔混 凝土为植生混凝 土的重要组成部分 ， 其与传统多孔混凝 土 在孔径 、 孔 隙率 、 力学性能 、 耐久性能等方面都 有所不 同。 为此 ， 成 功的制备符合技术指 标要求 的多孔 混凝土是 制 备植生混凝 土的前提 。 笔者在植生混凝 土用 多孑 L 混凝 土 的配合 比设 计 、 搅拌工艺 、 养护工艺等方 面进行 了大量 、 长期试验 ， 以促进植生混凝 土研究 的进一步深入 ， 促进人 与 自然 的和谐发展 。 1 原材料及检 测方法 1 1 原材料 1 1 1 水泥 山东水泥厂有限公司产 P O 4 2 5 级水 泥 ， 水泥化学组 成如表 1 所示 ， 水泥物理性能指标如表 2 所示 。 表 1 水泥化学组成 表 2 水泥物理性能指标 1 1 2 硅灰 上海天恺微硅灰材料有限公司产硅灰 ， 二氧化硅含量为 9 9 9 0 0 ， 颗粒粒径 0 1 0 2 m， 比表面积约为 1 5 0 0 0 m 2 k g ， 主 收稿 日期：2 0 1 2 - 0 9 1 7 9 6 要成分是无定型的涪I生 二氧化硅 ， 还含有少量的其他化合物。 1 1 _ 3 碎石 济南章 丘地 区石灰岩 ， 针片状含量少 ， 优选单级配碎 石 ( 1 9 0 2 6 5 mm) 。 1 1 4 外加剂 上海巴斯夫外加剂公司研制开发 的聚羧酸 高效减水 剂 R 5 1 1 0 ， 棕黄色 液体 ， 含 固量 2 0 ， 减 水率达 到 3 0 以 上 ， p H值 为 6 5 。 1 2 检测方法 1 2 1 孔 隙率 采用 1 5 0 mmx l 5 0 m mx l 5 0 m i l l 试块 ， 用最小刻度为毫 升的容器测定孔隙率 。 先将待测试块在水 中充分 浸润 ， 取 出试块后风 干至表 面潮 而无水 ， 然 后浸没于容器 中， 测得 容器内水 的体积差 。 计算公式为圆 ： 2 X V = V初+ 试 块 一 末 ( 1 ) 式中 ： 初 容器中初始水体积 ； 束 置入试块后容器 内水体积 ； 试块置人前后水体积 的变化。 R= AV V试 块 ( 2 ) 式中 ： 试件的孔隙率。 1 2 - 2 力学性能 参照相关标准进行多孔混凝 土的抗 压强度试验l 3 j 。 但 由于植生混凝土用多孔混凝 土是 由胶结材黏结骨料而成 ， 所以其表面平整度差 。 而对于进行抗压试验试件 的外观状 态较差时 ， 要求采用高强石膏 、 硫磺胶泥 或水 泥砂 浆补平 后再进行抗压试验 1 1 。 2 试验与讨i e 配合 比是制备多孔混凝土 的前提 ， 在确定 了多孔混凝 土配合 比的基础上 ， 对多孔混凝土 的搅拌 工艺 、 养护工艺 进行 了研究。 2 1 多孔混凝土配合 比的确定 经大量试验研究 ， 确定 了植生混凝 土用多孔混凝 土 的配合 比设计方法 比表面积法 。 比表面积法 的原理是 由所用集料单位体积内表面积计算单位体积多孔混凝土 所用胶结浆体 的量 ， 根据单位体积 内集料 的体积和胶结浆 体 的体积 ， 算出此集料适合 于制备多大孔隙率 的多孔混凝 土。 比表面积法 的具体 实施步骤为 ： ( 1 ) 确定需制备多孔混凝土的孑 L 隙率范围 P 1 P 2 。 ( 2 ) 根据成型工艺确定胶结浆体水胶 比及胶结浆体密 度 ， 胶结浆体 的水胶 比由成型工艺决定 ， 用胶结浆体 流动 度表示 。 使用振动成型， 胶结浆体流动度在 1 3 0 1 9 0 ra i n之 间 ； 使用压制成型 ， 胶结浆体 流动度在 1 6 0 2 1 0 m m之间。 ( 3 ) 确定胶结浆体对集料 的包裹厚度 ， 胶结浆体对 骨 料 的包裹厚度在 0 5 2 0 m i n之间。 ( 4 ) 计算集料的表观密度 、 堆积密度 、 空隙率 。 ( 5 ) 确定所用集料 的单位体积表 面积 ， 计算方法 为各 筛余 百分率与对应 比表面积系数乘积之 和即为此种骨 料 的比表面积系数 ， 单位体积内骨料的总质量 与此种骨料的 比表面积系数乘积为单位体积此种集料的表面积 ， 比表面 积系数如表 3 阿 。 ( 6 ) 计算 胶结 浆体体积 ， 单位体积胶结浆体 体积 =单 表 3筛孑 L 边长对应的集料比表面积系数 筛孑 L 边长 m m 对应比表面积系数 ( m2 k g ) 3 7 5 31 5 2 6 5 l 90 1 6O 9 5 00 00 3 6 00 00 4 3 00 0 0 5 6 0 0 0 0 7 4 0 0 0 0 9 0 O O 01 8 9 位体积石子表面积X 胶结浆体包裹厚度 。 ( 7 ) 计算 由此集料制备的多孔混凝 土孔 隙率 ， 多孔混 凝土孑 L 隙率 = 1 一 单位体积胶结浆体体 积一 单位体积内集料 体积 。 ( 8 ) 计算 单位体积 内胶结浆体用量 ， 单 位体积胶结浆 体用量 =胶结浆体体积 胶结浆体密度 。 ( 9 ) 试拌 ， 微调 。 根据 比表面积法 ， 确定 了要求孔隙率在 2 9 3 1 之间 的多孔混凝土配合 比 ， 如表 4 所示 。 表 4多孑 L 混凝土配合比 2 2 搅 拌 工 艺 的确 定 植生混凝土用多孔混凝 土是 由胶结浆 体黏结集料而 形成的具有孔洞结构的特殊无砂多孔混凝土 。 为了生产多 孔混凝 土 ， 同样 需对多孔混凝 土的原材进行搅拌 ， 而搅拌 多孔混凝土原材的 目的 ， 也是为了使原材料混合均匀。 但 由 于多孔混凝土没有细集料 ， 即没有细集料在粉料与粗集料 间进行过度 ， 多孔混凝土搅拌 的 目的就升华为使胶结浆体 搅拌充分 ， 并均匀的对集料进行包裹 。 只有胶结浆体搅拌充 分 ， 它才具 有要 求的流动度 、 要求的调度 、 要求 的强度 ， 进 而达 到对集料 的稳定 、 均匀包裹和黏结强度 ； 只有胶结浆 体对集料包裹均匀 ， 才能使制备的多孔混凝土达到设计 的 连通孑 L 隙率 、 使 集料间接触点形成接触面 ， 进而使多孔混 凝土达到设计的强度要求 、 孑 L 隙率 、 耐久性等 。 根据多孔混凝土 的配合 比设计要求及 多孔 混凝土 的 搅拌 目的要 求 ， 新拌多孔混凝土应是特定稠度 的、 搅拌充 分 的胶结浆体 均匀包裹 在集料表 面所 形成 的混凝 土 。 为 此 ， 经多次试 验 ， 决定采用裹浆法进行多孔混凝土的拌制 ， 即先对粉料 、 水 、 外加剂等进行搅拌 ， 当胶结浆体搅拌均匀 后再加入集料 ， 使搅拌充分 、 稠度适宜 的胶结浆体均匀包 裹于集料表面 。 图 1 为使用裹浆法搅拌多孔混凝土 。 图 2为裹浆法与 常规方法 ( 一次 投料 ) 生产的多孔混凝土胶结浆体对集料 的包裹状态。 图 3 是使用裹浆法和常规方法生产的多孔混 凝土所成型试件 。 由图 2 、 3可见 ， 采用裹浆法生产 的新拌多 孔混凝 土表面具有玻璃光泽 ， 胶结浆体均匀 、 稳定 的包裹 于集料表面， 多孔混凝土工作性能优 良。 表 5 为裹浆法搅拌方式对多孔混凝土性 能的影 响。 由 表 5 可知 ， 两种搅拌方式生产的多孔混凝土孔隙率与 目标 孔隙率相差不大6 1 。 但 裹浆法生产的多孔混凝土强度要明 97 能达到 C 3 0 7 昆 凝土要求 ， 粉煤灰与矿渣粉最佳组合为 2 ： 2 ， 其 2 8 d 强度为 4 0 7 MP a ， 比基准混凝 土低 5 1 ； 其 6 0 d 强 度为 5 0 2 MP a ， 高于基准混凝土 5 0 。 掺合料总量为 5 0 时 ， 粉煤灰掺量在 1 0 2 0 时 ， 混凝土 2 8 d 强度满足 C 3 0 要求 ， 粉煤灰 与矿渣粉的最佳组合为 2 ： 3 ， 其 2 8 d强度为 3 8 8 MP a ， 比基准混凝 土低 9 6 ， 其 6 0 d强度高 于基准混 凝土 3 3 。 掺合 料总量为 6 0 时 ， 粉煤灰与矿渣粉最佳组 合为 2 ： 4 ， 其 2 8 d 强度为 3 4 2 V I P a ， 比基准混凝土低2 0 3 ， 其 6 0 d 强度低于基准混凝土 4 8 ， 但 9 O d 及以后强度高 于基准混凝土 。 即粉煤灰与矿渣粉复掺时 ， 就立方体抗压 强度而言 ， 粉煤灰掺量为 2 0 时性能最优 。 当掺合料总量 一 定时 ， 调整粉煤灰 和矿渣粉掺量 的比例 ， 随着粉煤灰的 增加 ， 混凝土前期强度 降低 ， 后期强度逐渐接近甚 至超过 ， 后期强度发展速度加快 ， 是由于二者发挥了强度互补效应 ， 矿粉发挥了早期“ 火山灰效应” ， 改善了混凝土 中水泥浆体 和骨料的界 面结构 ， 填补 了粉煤灰火山灰效应滞后而引起 的早期强度 降低。 发挥粉煤灰的火 山灰效应所带来 的孔径 细化作用 以及未反应的粉煤灰颗粒 的“ 内核作用” ， 使混凝 土后期强度持续得到提高。 混凝土的轴心抗压强度 、 劈裂抗拉强度 和弹性模量变 化规律类似。 加掺合料后 ， 混凝土的电通量大大降低 ， 干缩 值减小 。 综合 比较各项性能指标 ， 可得出配合比 F 3 K 2 性能最优， 即水泥用量 1 8 0 k g m ， 粉煤灰 1 0 8 k g m ， 矿渣粉 7 2 k g m ， 水 1 6 0 k g m ， g 7 5 1 6 1T I 1 T I 粗 集 料 5 4 6 k g m ， 1 6 3 1 5 m m 粗集料 5 4 6 k g m ， 细集料 7 8 6 k g m ， 外加剂 3 6 k g m 。 4结 论 ( 1 ) 锚碇防渗大体积混凝土配合 比设计需同时考虑水 化热温升的高低 和抗压强度 ， 从有利于“ 温控” 角度出发 ， 防止混凝土产生温度裂缝 ， 影响结构的耐久性 。 上接第 9 8页 预制多孔混凝 土 ， 由于一般尺寸适 中 ， 可 以在成型后采用 标准养护 ， 当达 到设定龄期后再进行铺装施工 即可 。 冬季 多孑 L 混凝土的现浇施工应注意保温。 3结论 由上述试验 ， 得 出如下结论 ： ( 1 ) 比表 面积法是配制植生混凝土用多孑 L 混凝 土配合 比的有效方法 。 ( 2 ) 裹浆法可使胶结浆体搅拌充分 ， 并使搅拌充分 的 胶结浆体均匀包裹于集料表面 ， 制备 出备有玻璃光泽 、 无泌 浆 的多孔混凝土。 ( 3 ) 薄膜养护在多孔混凝土施工中可对多孔混凝土进 行有效 的养护 ， 使多孔混凝土胶结材料强度顺利发展 ， 但要 注意洒水时机和冬季保温 。 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 1 0 2 ( 2 ) 大体积混凝土配合 比设计关键是材料选择 ， 宜优 选低热水泥 ， 当采用普通硅酸盐水泥时 ， 宜采用 缓凝高 效 减水剂 +大掺量粉煤灰 +矿渣粉的“ 三掺 ” 技术来配制 ， 以 降低混凝土的水化热 。 ( 3 ) 建议大体积混凝土以 6 0 d 龄期性能作为控制指标。 ( 4 ) 采用大掺量矿渣 粉和粉煤灰取代水泥 ， 可配制出 工作性 、 强度 、 变形性能、 抗渗性优 良的桥梁锚碇 大体积混 凝土。 ( 5 ) 采用紧密堆积状态密度确定骨料参数和砂率与普 通混凝土配合 比设计方法相结合的设计方法 ， 设计的混凝 土密实度大 ， 抗渗性 、 强度以及耐久性能均得到提高。 参考文献 ： 【 1 】P O WE R S T CS t u d i e s o f t h e p h y s i e a l p r o p e r t i e s o f h a r d e n e d p o rt l a n d c e me n t M P a S t e s P r o c o f A me r i c a n C o n e r e t e I n s t i t u t e， 1 9 4 8 2 R F 弗尔德曼 ， 等著 混凝土科学 n 1 黄土元 ， 等泽 E 京 ： 中国建 筑工业出版社 ， 1 9 8 6 3 龚兴耀， 尹勇 C 4 5大体积混凝土配合比设计及工程应用【 J ； 昆 凝土， 2 0 1 1 ( 3 ) 【 4 】王铁梦 工程结构裂缝控 制【 M 北京 ： 中 国建筑 工业出版社 ， 1 9 9 7 【 5 高翔， 李海， 等 普通硅酸盐水泥在大体积混凝土中的应用 J J _桥 梁建设 ， 2 0 0 4 ( 4 ) 【 6 黄政宇 土木工程材料【 M E 京 ： 高等教育出版社 ， 2 0 0 2 7 J G J T 1 O 一2 0 1 0 ， 混凝土泵送施工技术规程 s 】 北京 ： 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 1 0 8 】朱平华 ， 陈华建 大体积混凝土优化设计的四功能准则【 J 1 混凝 土， 2 0 0 4 ( 1 ) 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 黄维蓉( 1 9 7 o 一 ) ， 女， 教授 ， 硕士 ， 主要从事路基路面材 料和建筑材料方面研究与教学。 重庆市南岸区重庆交通大学土木建筑学院( 4 0 0 0 7 4 ) 1 3 03 8 3 8 0 92 8 究重点f J 1 _混凝土 ， 2 o i 3 ( I ) ： 1 0 5 1 0 9 朱伶俐 ， 何 j 芳 ， 谢玉芬 绿色多孔混凝土的试验研 究I J 1 混凝 土 。 2 0 0 6 ( 7 ) ： 1 1 1 3 3 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 1 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 4 】王桂玲 ， 王龙志 ， 张海霞 ， 等 植生混凝土的配合比设计、 碱度控 制、 植生土及植物选择I J 1 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 0 2 1 0 6 【 5 】郑玉 集料 比表面积计算方法探讨 J 1 _ 交通标 准化 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 9 5 9 7 6 张朝辉 多孔植被混凝土研究【 D 】 重庆： 重庆大学， 2 0 0 6 ( 1 0 ) 作者简介 联系地址： 联 系 电话 ： 王桂玲( 1 9 6 4 一 ) ， 女， 高级工程师， 主要从事混凝土质 量控制与技术研究。 上海市浦东新 区源深路 9 2 2 0 楼下座 中建八局技术 中心( 2 0 o 1 2 0 ) 02 1 -5 8 40 9 76 6