大掺量粉煤灰植生混凝土制作与性能试验.pdf

2 0 1 6年 第 3 期 (总 第 3 1 7期 ) N u mb e r 3 i n 2 0 1 6( T o t a l No 3 1 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 6 0 3 0 3 8 大掺量粉煤灰植生混凝土制作与性能试验 梁慷 ( 南京工业职业技术学院， 江苏 南京 2 1 0 0 2 3 ) 摘要： 植生混凝土在环境与生态方面均具有一定的优势， 粉煤灰的加入不仅可以充分利用工业废料， 还有助于降低植生混凝 土的碱度， 使之更适宜特定植物生长。 对影响掺粉煤灰植生混凝土性能的四个关键 因素， 水胶 比、 粉煤灰替代量、 灰骨 比和基质 掺量， 采用正交试验法进行试验研究。 结果表明 ， 当水胶 比为0 4 0 、 粉煤灰替代量为4 5 、 灰骨 比为 0 1 9和基质掺量为 1 0 时， 植 生混凝土的孔隙率在 3 5 左右 ， p H值小于9 ， 抗压强度大于5 MP a ， 能满足护坡等工程需要， 也能满足特定植物生长要求。 植物种 植试验显示 ， 狗牙根更适合在植生混凝土中使用。 关键词 ： 植生混凝土； 正交试验法； ? 昆 凝土配合比 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 1 5 1 0 4 Ma n u f a c t u r e a n d c a p a b i l i t y t e s t s o f hi g h f ly a s h c o n t e n t p l a n t i n g e c oc on c r e t e LI ANG Ka n g ( N a n j i n g I n s ti t u t e o f I n d u s t r y T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： P l a nti n g e c oc o n c r e t e h a v e ma n y a dv a n t a g e s i n e c o l o g y a nd t h e e n v i r o n me n t ， a n d a d d fly a s h o n e c oc o n c r e t e， n o t o nl y c a n ma ke f u l l u s e o f t h e i n d u s t r i a l wa s t e， b u t c a n a l s o he l p r e d u c e the a l ka l i n i t y o f t he e c oc o n c r e t e， ma k i n g i t mo r e s u i t a b l e f o r g r o w i n g c e r t a i n p l a n t s By u s i n g o r t h o g o nal t e s t s， wi t h f o u r k e y f a c t o r s t h a t i n flu e n c e o n p r o p e r t i e s o f e c oc o n c r e t e a r e wa t e rb i n d e r r a tio， fly a s h c on t e n t ， c e me n t a g g r e g a t e r a t i o a n d s u bs t r a t e mi x i n g a mo u n t ， t o d o t h e ma n uf a c t u r e a n d c a p a b i l i t y t e s t s o f h i g h fly a s h c o nt e n t p l a n t i n g C C Oc o n c r e t e Te s t r e s u l t s s h o w tha t wh e n wi t h wa t e rb i n d e r r a t i o o f 0 4 0 f l y a s h c o n t e n t o f4 5 c e me n ta g g r e ga t e r a t i o o f 0 1 9 a n d s u bs t r a t e mi x i n g a mo un t o f 1 0 c a n ma k e t h e p l a n t i n g e c oc o n c r e t e a t the p o r o s i t y r a t e a b o u t 3 5 ， p H v a l u e l e s s tha n 9 a n d p r e s s u r e s t r e n g t h u p 5 MP a T h e s e p r o p e r t i e s c a n me e t t h e c i v i l e n g i n e e r i n g p r o j e c t s n e e d s a n d r e q u i r e me n t o f the p l a n t g r o wth P l a n t c u l t i v a t i o n t r i a l s h a v e s h o wn t h e Be r m u d a g r a s s i s mo r e s u i t a b l e f o r u s e i n p l a nti n g e c o c o n c r e t e Ke y wo r d s： p l a n ti n g e c oc o n c r e t e ； o r t h o g o n a l t e s t ； c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n 0 引言 植生混凝 土是以多孔混凝土为骨架 ， 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 制得的轻质混凝土。 植生混凝土多采用无砂大孔混凝 土技 术制备 ， 与普通混凝土相 比， 它因含有连续孔隙 ， 所 以具有 的较大孔隙率 ， 这不 仅为植 物提供 了生 长空 间 ， 也为植物 生长所必需的养分提供 了存储空 间， 因此植物根系能够通 过该混凝土伸人土体 ， 起到稳岸 固坡 等效果。目前 ， 植生混 凝土可大量用于高速公路的护坡、 江河的护堤， 城市休闲 绿地、 停车场、 屋顶花 园等处 ， 对调节生态平 衡 ， 美 化环境 景观 ， 实现人类与 自然 的协调具有积极作用 。 植生混凝土 较之普通混凝土在环境与生态方面均具有一定 的优势 ， 也 随着植生混凝土在示范工程上的成功应用 ， 和绿色中国理 念的深入人心， 植生混凝土的研究越来越引起人们的重 视 ， 已成为混凝土研究的热点之一 。 众所周知 ， 矿物掺 合料 ( 如粉煤灰 ) 的加入能替代部分水泥 ， 不仅可以充分利 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 3 1 5 基金项 目： 南京工业职业技术学院院级重大项目( Y K 1 3 0 5 0 2 ) 用工业废料， 还有助于提高混凝土的诸多性能( 如降低碱度) ， 但 目前鲜见对多孔混凝土合适的矿物掺加量的报道 。 水胶 比、 粉煤灰替代 量、 灰骨 比和基 质掺量是影 响掺 粉煤灰植生混凝土性能的关键因素 ， 笔者对这 四个影响因 素又各选择三个不 同变量 ， 运用正交试验法对该植生混凝 土的强度 、 碱度 、 孔 隙率和种植情况进行了试验研究 。 1 材料和 方法 1 1 试验材料 试验使用 P 0 4 2 5级水泥和 I 级粉煤灰作为胶凝材 料 ； 粗骨料为粒径 1 0 2 0 m m 的级配碎石 ； 基质 ( 蛭 石： 泥 炭土： 珍珠岩 = 1 ： 1 ： 1 ) 作填充料并 为植物 的发芽提供 初始 环境 ； 拌和与养护用水为 自来 水 ； 种植 草种分别选择属 于 暖季型草坪草种 的狗牙根 和属 于冷 季型草坪草种 的高羊 茅新品种猎狗 5 号 。 1 2试验方法与步骤 植生混凝土是 由粗骨料 、 水泥 、 粉煤灰 和水拌制而成 ， 1 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 其结构是由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互黏结而形成 孔穴均匀分布的蜂窝状结构 ， 因此属无砂大孔混凝土 。 1 2 1 试验方案 试验采用正交设计 ， 选择 的因素包括 水胶 比、 粉煤灰 替代量 、 灰骨比和基质掺量( 考虑到基质的吸水作用 ， 所 以 在试验前测定了基质 的吸水率为 2 8 ， 因此在各试验配合 比 中还应 根 据基 质 的掺 量 ， 需 增 加相 应 的用 水量 ) ， 按 L q ( 3 ) 正交试验表成型 9组试件进行试验 ， 以确定最佳 的 配合 比方案 。 正交试验方案见表 1 。 表 1 植生混凝土正交试验因素 一 水平表 注： ( 1 ) 粉煤灰替代量指其替代水泥的用量； ( 2 ) 基质掺量以胶 凝材料( 水泥和粉煤灰之和) 为基准。 1 2 2 拌和步骤及注意事项 植生混凝土不含细骨料 ， 为保证水泥浆能充分均匀地 包裹粗骨料颗粒 ， 最好采用强制式搅拌机搅拌 。 拌和时 ， 应 先用部分水 ( 约为加水量 的 5 0 ) 使骨料 湿润 ， 再加入水 泥 ， 然后连续加水搅拌至全部骨料被均匀包裹一层水泥浆 时止 。 搅拌时间一般为 3 5 m i n 。 植生混凝 土中的水泥量有限 ， 水泥浆 只能包裹骨料颗 粒 ， 因此在成型试模 时不宜强烈振捣 ， 应用插钎沿试模壁 和拐角等处轻轻插捣。 植 生混凝 土的黏结 性较差 ， 成 型后必须进行 充分养 护 ， 待水泥浆达到一 定强度 ， 骨料颗粒 已黏结在一起 时方 可拆模 ， 一般应保 持 7 d左右 。 拆模 时应避免和减少混凝 土受震。 1 2 3 测试方法 ( 1 ) 抗压强度 试件成 型后 ， 放 入标 准养护 室养护 ， 至龄期 2 8 d和 6 0 d ， 按 G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 1 标 准的规定 分别测定其 立方体 抗压强度 。 ( 2 ) 孔隙率 采用排水法测定孔隙率 。 即首先用游标卡尺量取混凝 土试块 的长 、 宽和高 ， 求 出混凝土试块体积 ； 再用量筒量 取放置试块容 器在盛满水 时的体积 ； 将试块放 入空容 器 ， 用量筒向容器内加水 ， 记录每次加水量 ， 当水面漫过试 块时可暂停加水 ， 静置 3 0 m i n后最后一次加水至溢 出临 界位置 ， 累计 总加水体积 。 孔 隙率采用 e =1 一( 一 ) 进行计算 。 每组试验 取 3个试样 的平均值作 为该龄期该 配合 比混凝土 的孔 隙 率。 为避免混凝土内部孔 隙含水对孔 隙率的影响 ， 又因为 混凝土龄期对孔 隙率 的影 响可忽略不计 ， 因此 ， 采取将混 凝土试件标准养护 2 8 d后取 出， 在 自然状态下干燥至 6 0 d 1 5 2 龄期时测定孔 隙率。 ( 3 ) 碱度 试件抗压强度 ( 2 8 、 6 0 d ) 试验后 ， 在混凝土试 件上取 一 定量硬化水泥浆体 ， 破 碎并充分研 磨后过 0 0 8 m m 的 筛 ， 称取 1 0 g ， 试样 ， 加入 1 0 0 g蒸馏水 ， 容器 口用橡皮塞塞 紧防止碳化 ， 每隔 1 2 m i n震荡 3 m i n ， 2 h后用酸度计测定 p H值 ， 与试验前测定 的蒸馏水 p H之差即为该混凝土的碱 度值。 每组试验取 3个试样 的平均值作为该龄期该 配合 比 混凝土的碱度值 。 ( 4 ) 种植效果 种植试验采用感官定性 的方法， 即将各配合 比的混凝 土置于不同的一次性饭盒中 ( 饭盒容量为 7 5 0 m L) ， 并在 混凝土的上部 、 下部和孑 L 隙铺设 和填充混合土 ( 普通 山地 黏土与进 口草泥 炭土 P i n d s t r u p S u b s a t e的混合 比例为 1 ： 0 5 ) ， 每种配合比的混凝土饭盒容器 中均分别均匀播种 3 g ( 约 1 3 0 0粒) 狗牙根和高羊茅两类草种 ， 以作对 比。 通过观察各 自的发芽率 ( 成活率指标 ) 和草长到 5 c r n 高度所需时间( 生长速度指标 ) 来判断植物的适应性。 2 试验 结果与分析 2 1 抗 压 强 度 标准养护 2 8 、 6 0 d 后 ， 立方体试件抗压强度见表 2 。 表 2植生混凝土立方体试件抗压强度 为更直观分 析各 因素水 平的变化对植生型混凝土抗 压强度的影响关系 ， 并推荐最优配合 比， 分别绘制标准养 护 2 8 、 6 0 d后 ， 立方体试件抗压强度正交分析点图， 如图 1 和图 2 。 从图 1 、 2可 以看出： ( 1 ) 由于掺人了较大 比例 的粉煤灰 ， 2 8 d龄期后 ， 各配 合 比的植生混凝土强度均有一定增长 。 影 响植生混凝土抗 压强度 的因素 的 主次顺 序依 次 是 ： D A c B， 即基 质一水胶 比一灰骨 比一粉煤灰替代量 ； ( 2 ) 当水胶 比为 0 4时， 植 生混凝 土的抗压强度有较 显著地增加 ； ( 3 ) 当灰骨 比在 0 1 9时 ， 植生混凝土抗压强度最大； ( 4 ) 基质掺量为 l O l g ， 植生混凝土抗压强度最 大， 当 掺量增大或减少时强度降低 ； ( 5 ) 粉煤灰替代量越少 ， 植生混凝土强度越高。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 植生 混凝 土 2 8 d抗 压 强度正 交分 析点 2 2孔 隙率和碱 度 试验测定的孔隙率与碱度值见表 3 。 图 2 植 生混凝 土 6 0 d抗压 强度 正交分 析点 表 3 植 生混 凝土 孑 L 隙率 与碱 度值 从表 3 可 以看出 ： ( 1 ) 当灰骨 比在 0 1 5 0 1 9时 ， 植 生混凝土 的孔 隙率 均在 3 5 左右 ； ( 2 ) 6 0 d龄期后 ， 植生 昆 凝土的 p H值大多小于 9 。 2 3植 物 生 长 适 应 性 总体来看 ， 无论是发芽率 还是生长速度 ， 狗牙根均 大 大好于猎狗 5 号 ， 差别在一倍左右 。 狗牙根在植生混凝 土 中的生长情况见表 4 。 从表 4可以看出 ： ( 1 ) 暖季型草坪草种 的狗牙根较冷季型草坪草种高羊 茅更适合在南京地区的植生混凝土 中使用 ； ( 2 ) 狗牙根一般在一周左右 即可发芽 ， 两周后就可 以 生长到 5 c m 以上。 2 4植生混凝土生长照片 各组植生混凝土样品 7 、 1 2 d 生长情况见图3 、 4 ， 7 号植生 混凝土 1 2 d生长及根系发育情况见图5 和图6 。 1 53 B d 暇出 B d 骥蹬 B d 疆 日 骥 B d 善 雠骥 耀 骥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m