植生混凝土试验研究及工程试用.pdf

2 0 1 2 年 第 8 期 (总 第2 7 4 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACT 1 CAL TECHNOL OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 3 8 植生混凝土试验研究及工程试用 张少彪 。石云兴 z ，屈铁军 ，张燕刚2 y刘伟 ，王珂 ( 1 北方工业大学 建筑工程学院 ，北京 1 0 0 1 4 4；2 中国建筑技术 中心 ，北京 1 0 1 3 0 0 ) 摘要： 对植生混凝土的水胶比、 目标孔隙率与抗压强度 、 抗折强度和实测孑 L 隙率的关系进行试验研究， 制备出孑 L 隙率大于 2 0 、 2 8 d 抗压强度大于 i 0 MP a 的植生混凝土； 并对其植物生长性能进行了工程中试， 取得了一系列详实的资料。 研究制备的植生混凝土及其生长 基料对植物的生长有良好的适应性， 生长一个月后的植物， 其根系穿透了 1 0 c m的植生混凝土层进入土体， 根系的生长情况良好。 关键词： 植生混凝土； 水胶比； 孔隙率；抗压强度；植物生长基料 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 2 ) 0 8 0 1 2 5 - 0 4 E x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n g r e e n - g r o wi n g c o n c r e t e a n d i t s a p p l i c a t i o n Z HA NGS h a o b i a o ， S H I Yu n x i n g ， QUT i e -j u n ， Z H ANGY a h - g a n g 2 , L I UWe i ， WANGKe ( 1 A r c h i t e c t u r e a n d Ci v i l E n g i n e e ri n gC o l l e g e o f No r t hC h i n aU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， B e ij i n g1 0 0 1 4 4 ， C h i n a 2 C h i n a S t a t e C o n s t r u c t i o n E n g r g C o ， L t d ， T e c hni c a l C e n t e r ， B e ij i n g 1 0 1 3 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h i s e x p e r i me n t a l r e s e a r c ho ng r e e n g r o w i n g c o n c r e w a s c o n d u c t e d ， t o c l a n f yt h e r e l i o n b e t w e e nme a s u r e dp o r o s i ty， s e n g t h a n d wa t e r b i n d e r r a t i o ， t a r g e t p o r o s i ty T h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a t 2 8 d o f t h e c o n c r e t e wi t h p o r o s i ty a b o v e 2 0 r e a c h e d 1 0 MP a ， Was s a t i s f a c t o r y f o r s l o p e p r o t e c t i o n a n d p l an t g r o wi ng Th e s u b s t r a t e p r e p are d i n t h e e x p e rime n t wa s a l s o a v a i l a bl e f o r pl a n t s t o g r o wOn e mo n t h a ft e r g r o wn， r o o t o f t h e p l a n t pa s s e d t h r o u g h t h e c o n c r e t e l a y e r t o 1 0 c m a n d gr e w we l 1 Ke y w o r d s ： gre e n - g r o wi n g c o n c r e t e ； wa t e r b i n d e r r a t i o ； p o r o s i ty； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； gre e n -gro wi n g s u b s t r a t e 0 引 言 植生混凝土是一种多孔混凝土， 但较通常的透水混凝土有 较大的孔隙率， 一般贯通孔隙率要超过 2 0 ， 而且孔径也较大， 借此可以渗透植物所需的营养， 生长植物根系。 利用这一特点， 可以种植花草 、 低的灌木等植物 ， 用于河堤、 路坡或屋顶的绿 化 ， 达到 固坡和维护环境生态 的双重效果 。 近年来 ， 随着我国对生态环境的建设越来越重视， 植生 昆 凝土的研究和开发已有比较快的进展， 同时也积极引进国外新 技术， 例如， 2 0 0 3 年上海引进了日本的植生 昆 凝土技术， 并在嘉 定 区西虬 江的河道整治 工程 中选 择 5 0 0 m长河 道进行 了工程 应用， 取得了良好的效果。 但总的来看， 我国的研发和应用尚处 于初级阶段， 要达到和我国社会和经济发展相适应的水平， 还有 很 长的路要走 。 研究了用于护坡的植生混凝土 ， 对混凝土的配合比、 制备 方法、 物理力学性能进行了试验研究 ， 并利用 自行配制的植物 生长基料 ， 进行了植物生长适应性的中试。 1 试验思路、 原材料与试验方法 1 1 试验 思路 用于堤岸 、 护坡等土体固定和绿化的植生混凝土， 不设计 行驶车辆荷载， 但是需满足人群荷载的要求。 根据具体情况， 一 般只考虑行人荷载情况下可选择 5 1 0 MP a的混凝土； 设计车 辆荷载的， 可选择 1 0 MP a以上的混凝土。 日本清水建设株式会 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 2 3 0 社应用的植生混凝土孔隙率 2 0 时， 抗压强度在 2 0 MP a 左右； 孔隙率 3 0 时， 抗压强度 1 0 MP a 左右。 本试验参照 日本植生混凝土制备的技术条件设计配合比， 以水胶比、 设计 目标孔隙率和胶结材用量为变化因素， 探讨各 参数的相关性 ； 并研究制备了具有可施工性、 植物生长适应性 的生长基料。 1 2 试验用原材料 ( 1 ) 水泥 ： 钻牌早强型 P C 4 2 5 R级水泥 ， 堆积密度为 1 5 03kg m 。 ( 2 ) 粗骨料 ： 粒径为 2 0 3 1 5 m l T l 的石灰岩碎石 ， 堆积密度 为 1 6 1 8 k g m ， 表观密度为 2 8 0 5 k g m3 。 ( 3 ) 矿渣微粉： 堆积密度为 1 1 6 5 k g m， ， $ 9 5级。 ( 4 ) 硅灰： 堆积密度为 3 4 9 k g m3 ； 表观密度为 2 2 0 0 k g m3 。 ( 5 ) 添加剂： 中建技术中心研制的混凝土添加剂， 粉剂。 ( 6 ) 减水剂： 液体多聚羧酸减水剂。 ( 7 ) 粉煤灰： I I 级粉煤灰。 1 3 试 验 方法 ( 1 ) 混凝土的搅拌。 采用横轴卧式搅拌机 ， 投料后分次加 水， 搅拌时间约 1 mi n ， 坍落度控制在 3 0 8 0 mm。 ( 2 ) 抗压强度的测定。 植生混凝土抗压强度的测定采用普 通混凝土的测定方法， 按照 GB 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 的规定执行。 强度试验采用 1 0 0 t 伺服液 压机， 试块为 1 5 0 mmx l 5 0 m mx l 5 0 mm的标准试块 ， 加荷速度 为 0 4MP a s 。 t 25 ( 3 ) 孔隙率的测定。 植生混凝土孔隙的测定方法等同于透 水混凝土的测定方法， 可采用质量法测定。 质量法对孔隙率的 测定是使用电子天平 ， 分别称量试件烘干后的质量和在水中的 质量 ， 两者之差即为试件因孔隙被水所填充而实际受到的浮 力 ， 假定试件无孔隙， 用理论上所应收到的浮力减去实际受到 的浮力就可得到孔隙率 P的公式了， 如式( 1 ) 所示 ， 此孔隙率包 括连通孑 L 隙和试件每个表面的半连通孔隙， 不包括封闭孔隙。 f 1 - 7,2- 77,1 1 1 0 0 ( 1 ) V 式中： 孔隙率， ； m。试件在水中的质量 ， k g ； m 广2 8 d试件在烘箱中烘 2 4 h后的质量， ； 试件体积 ， c m 。 2 配合 比设计 土壤的p H值一般在 3 。 5 9 5 之间； 而混凝土呈碱性， 其 p H值 在 l 2 1 3 之间， 不利于植物的生长， 掺入硅灰、 粉煤灰和矿粉能 降低混凝土的 p H值， 尤以前两者效果好； 硅灰还可以增加混凝 土混合料稠度和提高混凝土强度的作用。 本试验采用硅灰和矿粉作为混凝土的掺合料， 采用粉煤灰 作为生长基料的组分， 以达到适合植物生长碱度条件。 由中建技 术中心研制的混凝土添加剂能调整混凝土的稠度和凝结时间， 使混凝土具有可施工性能。 制备出的新拌混凝土。 具体配合比 见表 1 。 表 1 混凝土配合 比 组 别 水 胶 比 耋 3 试验 结果与分析讨论 3 1 抗 压强度 与 水胶 比的关 系 由图 l 、 2 可知 ， 混凝土抗压强度与水胶比的相关性不像普 通混凝土那样简单， 当填充率大( 即孔隙率小 ， 孔隙率 2 1 和 2 3 曲线) 时， 随水胶比增大， 强度减小趋势明显； 这时因为包裹 层较厚， 混凝土强度主要取决于胶结材浆体的强度， 而胶结材 强度依赖于水胶 比； 当填充率小( 即孔隙率大 ， 孔隙率 2 5 曲 1 2 6 黑 1 8 1 7 1 6 罢1 5 蓄 1 4 1 3 1 2 篙 I 1 1 O 3 水胶 比 图 1 7 d抗压强度一 水胶 比 水胶 比 图 2 2 8 d抗压强度一 水胶比 线) 时 ， 强度随水胶 比的改变而变化的趋势趋缓， 这是因为这时 包裹层较薄， 混凝土强度主要取决于其骨料自身的强度， 试验 结果 与文献 1 的论述一致 。 在本试验 的条件下 ， 当水胶 比大 于 O 2 8时 ， 强度随水胶 比的变化无 明显规律性。 此外， 强度数据的离散也是植生混凝土的另一特点。 所得到的 7 d 抗压强度为 7 1 1 5 3 MP a ， 2 8 d抗压强度为 9 2 1 8 0 MP a 。 除少数离散点外， 各孔隙率下的植生混凝土 2 8 d抗压强度大于 1 1 MP a ， 满足对植生混凝土 2 8 d 抗压强度大于 1 0 MP a的要求。 3 2 实测孔 隙率与胶 结材 用量的 关 系 本试验用质量法实测孔隙率， 测得的孔隙率为 1 7 9 0 0 2 4 4 。 从图 3可看出， 随胶结材用量增加实测孔隙率降低 ， 实测孑 L 隙率表现出随水胶比增加降低的总趋势 ， 但无明显规律性 ； 从 图 3 、 4中可选择适当强度和孔隙率的配合比。 善 慧 +水胶 比0 2 2 +水胶 比0 2 4 +水胶 比0 2 6 +水胶 t L o 2 8 +水胶 比0 3 0 + 一水胶 比0 3 2 水胶 比 图 3实测孔隙率一 胶结材用量 3 3 抗折 强度 与水胶 比的 关 系 抗折试验选孔隙率 2 1 的试验组并分析 7 、 2 8 d抗折强度， 从图 7 可看出： 水胶比增大， 抗折强度减小且 7 d抗折强度减小 幅度明显。 2 8 d 抗折强度变化幅度稍缓， 其范围为 2 4 2 8 MP a 。 3 4 抗 压 强度 与 目标孔 隙率 的关 系 由图 5 、 6知， 目标孑 L 隙率减小， 混凝土 7 、 2 8 d抗压强度值 ：2 M m 9 8 7 O ” 规 加 日 山 、 魁 憩 辐 蝠 爱 蓍 卜 善 黑 餐 篙 水 胶 比 图 4 抗折强度一 水胶 比 +水胶 比0 2 2 +水胶 比0 2 8 +水胶 比0 2 4 +水胶 比0 3 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 目标孔隙率， 图 5 7 d抗压 强度一目标孔隙率 +水胶 比0 2 2 +水 胶 比0 2 8 +水胶 比O 2 4 + - 水 胶 t L o 3 0 抗压强度， 除个别离散点外均大于 1 0MP B , 且最高可达 1 8 MP a 。 3 5 实测孔隙率与 目标孔隙率的关系 在成型振动能一定的前提条件下， 实测孔隙与目标空隙存 在一定的量化关系， 实测孔隙 =目 标孑 L 隙一 封闭孔体积 + 蒸发水 体积一 水化产物净增加体积， 而水化产物净增加体积 = 水化产物 体积一 水泥体积， 从理论上来说， 实测孔隙率总是小于 目标孔隙 率。 图 7实测孔隙率与目标孔隙率相关性的试验结果。 琶 褂 犀 林 +水胶比0 2 2 +水 胶 比0 2 4 +水胶 比O 2 6 +水胶比0 2 8 +水胶比O 3 0 +水 胶 比0 3 2 21 0 2 2 0 2 3 0 2 4 02 5 目标孔隙率 ， 图 7实测孔隙率一目标孔隙率 4 植物 生长研 究 4 1 植物生长环境与草种选择 2 0 1 1 年 7 9 月， 在北京市顺义区李遂镇进行了植生试验， 当 目标 孔 隙率 图 6 2 8 d抗压强度一 目标孔隙率 增加， 当目标孔隙率小于2 3 时， 各水胶比下的7 d 抗压强度值 土内部的贯通孔隙， 通过试验， 选定表 2中 B 3 、 D 2和D3的配 合比。 施工时， 料浆拌好后 ， 将植物种子混入其中并拌匀 ， 随即 将其灌入施工好的混凝土铺装层内， 灌完后应及时用塑料薄 均位于 1 0 MP a 附近； 而孔隙率 2 1 2 5 内的各水胶比下 2 8 d 膜覆盖。 表 2 生长基料试 配表 4 3 植物 生长状况及跟踪养护 灌入植物生长基料和植物种子的植生混凝土， 每天一次用 喷雾器喷洒水雾 ， 遇热天用枯草、 秸秆等覆盖， 每天记录其生长 情况。 图 8 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) 是波斯菊 1 4 、 2 8 、 5 6 d的生长情况。 据跟踪观察， 植物在 7 1 4 d能在混凝土的植物生长基料里 正常发芽， 发芽后可以 1 d浇水一次 ； 2 1 d后 ， 植物从植生混凝 土孔洞长出， 3 d浇水一次 ； 5 0d后， 植物生长茂盛并开花， 一周 浇水一次。 植物生长 3 1 d 后， 查看植生混凝土底部 ， 发现已有根 系穿过 1 0 c m的植生混凝土扎人底层泥土 ， 见图 8 ( f ) ， 达到了 试验的预期效果。 5结论 ( 1 ) 在本试验条件下， 水胶比O 2 4 ,- ,0 2 8 ， 实测孔隙率 2 0 以 上。 制备的植生混凝土 2 8 d 抗压强度大于 1 0 MP a ； 2 8 d抗折强 度大于 2 MP a ； 达到了日本植生混凝土基本技术条件 ， 可以应 用于实际工程。 ( 2 ) 本试验研究的植物营养配合比适合植物生长 ， 灌人植 生混凝土后， 赖其生长的根系发育正常； 经对植物生长状况进 行跟踪观察， 一个月后植物根系已穿透 1 0 c m厚植生混凝土层 深入土体， 能够吸取下层土壤的水分和营养 ， 植物生长良好， 达 】 27 勰” 0 加 n m 0