无砂大孔生态混凝土关键指标评述.pdf

第 4 2卷 第 7期 2 0 1 1年 4月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 4 2， No 7 Ap r ， 201 1 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 7 4 0 3 无砂大孔生态混凝土关键指标 评述 邢 振 贤， 柴 琰 琰 ， 张 艳 鸽 ( 华北水利水 电学院 土木 与交通 学院， 河 南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 为 了研 究无砂 大孔生态混凝土植生性的影响 因素 ， 配制既能提供 草木植被 生长所需条件 又能满足施 工 作业要求的混凝土。通过对 比普通 混凝 土与 土壤 内部 结构、 成 分含量 ， 提 出了无砂 大孔 生态混凝土 的植 生性 控 制指标 ： 连通孔 隙率大于 2 5 、 沉浆 面积率 小于 5 、 抗压 强度 为 51 5 M P a 。进 行 了粗 骨料级 配试验及改 变水灰比优 化试验 ， 研 究结果表明 ， 合理选择水灰 比及 骨料级 配后 ， 无砂大孔生 态混凝土的连通孔 隙率 可以达 到 2 5 ， 沉浆 面积 率可以控 制在 5 以下， 抗 压强度达到 9 MP a 。使混凝土 的绿化 与硬化要 求有机 结合起 来。 关键词 ： 生态混凝 土；抗压强度 ； 连 通孔隙率；沉浆 面积 ； 植 生性 中图法分类号 ： T V 4 3 1 文献标 志码 ： A 混凝土是 目前使用量最大 的建筑材料 ， 然而 ， 由于 混 凝 土材料 结构 的局 限性 ， 在 混 凝 土 表 面 绿 色植 物 无 法生长， 这就大大限制了城镇绿色植被的面积 ， 使得基 本 建设 与生 态环 境 保 护 出 现 矛盾 。 对此 ， 人 们 开始 研 究 在混 凝土 表 面种植 草木 的绿 化 混凝 土 ，由此 产生 了 生 态混 凝土 的概 念 。 要 在混 凝 土表 面成 功 种 植 草 木 ， 就 要使 混 凝 土 接 近土壤的内部结构、 表面状态和成分含量 ， 这样才能使 混凝土适合草木生长， 具有植生性 。表 1 显示 了普通 混凝土与土壤内部结构、 成分含量的对比。 表 1 普通混凝土与土壤的成分对 比 从表 1可以看 出， 普通混凝土的孔 隙率小 ， 有效水 分少 ， p H值高， 成分单一， 不利于植物生长。要想让植 物能够在混凝 土 中生长 ， 应从 以下几个方面考虑 ： 要 在混凝 土 内部创 造 植 物 生 长 和 发芽 所 需 的 空 间 ， 即 增大混凝土的孔隙率 ； 使混凝土具有植物生长所需 的保水孔 隙 、 保水 功 能和排 水结 构 ， 即混凝 土 内部 的孔 隙要相互连通 ； 混凝土内部的孔隙还要与混凝土上 下表 面连通 ， 便 于植 物根 系穿 透混凝 土 ， 扎根 在混凝 土 下面的土壤里 ， 吸收土中水分 与养份 ； 降低混凝土 的 p H值 ， 使之达到适宜植物生长的水平 ； 引入植物 生长所 需 的肥料 。 无 砂 大孔混 凝 土是 一 种 多 孔性 材 料 ， 它有 较 大 的 孔 隙率 和连 续 的孑 L 洞 ， 能为 植物 根 系 的生 长提 供空 间。 在无砂大孔混凝土的表面上种植草木植被 ， 如果植被 根 系能 够通 过孔 洞穿 过 混 凝 土 ， 扎 根 到混 凝 土 下 的 土 壤里 ， 吸收水分与养料 ， 就能够成活生长 ； 或者在混凝 土下 的土壤 里种植 草 木 ， 草 木 的茎 叶 能够 穿 过 孔 洞 到 混 凝土 的表 面 ， 接 受 阳光 空气 水 分 ， 也 能 够 成 活 生存 。 两 种方 法都 可 以绿化 混凝 土 ， 使 混凝 土生 态化 。 针 对上 述情 况 ， 提 出无 砂 大 孔 生 态混 凝 土 的植 生 性控制指标为连通孔隙率 、 沉浆面积率和抗压强度。 1 植生性控制指标 1 1 连通 孔隙率 对于植生性生态混凝 土而言， 透水系数必须达到 1 m m s 以上 ， 这样 才能 够提 供植 物根 部生 长所 必 需 的 收 稿 日期 ： 2 01 00 71 0 基金项 目： 水利部堤 防安全与病 害防治工程技术研 究中心 开放课题 基金项 目“ 无砂 大孔生 态混凝 土在堤 防护岸 工程 中的应用 研究” ( 2 0 0 9 0 2 ) 作者简介 ： 邢振 贤， 男， 副院长 ， 教授 ， 主要从事 高性能生态混凝土研 究。Em a i l ： x z x n c w u e d u c n 第 7期 邢振 贤， 等 ： 无砂大孔生态混凝土关键指标评述 7 5 水 分 、 养分 和保 水排 水 透 气 功 能 。而 混 凝 土 的 透 水 系数取决于混凝土材料 内部 的孔隙大小 、 孔隙数量 以 及孔隙的连通情况 。同时， 为了给植被根系提供足 够 的生长空 间 ， 也需 要 混 凝 土有 足 够 多 和 足 够 大 的 连 通孔 隙 。当然 ， 让 混凝 土像 土壤 那 样 具有 5 0 的孔 隙 率 是非 常 困难 的。但 是 ， 通 过控 制 骨料 质量 、 选择 合 理 的骨料级配来 确保混凝土具有 连续 的孔隙和孔 隙直 径 ， 使其连通孔 隙率达到 2 5 还是 可能的， 这样就 能 保 证植 物生 长对孔 隙方 面 的要 求 。通 常 ， 骨料 的粒 径 越大 ， 拌制 的混凝 土孔 隙直 径 也 就 越 大 ， 但 是 ， 骨 料 粒 径太 大 ， 混 凝土 的强 度难 以满 足施 工作 业要 求 ， 作者 的试验 结果 表 明 ， 无砂 大孔 生 态 混 凝 土 的 骨料 粒 径 不 宜 大于 4 0 mm 。 1 2沉浆面积率 沉浆 ， 就是 混凝 土拌 合物 中富余 的水 泥浆 ， 在施 工 过程 中从骨 料表 面滑 落 ， 沉积 到混 凝土 底部 ， 硬化 后 在 混凝 土底 面形成 的水 泥 浆 层 。沉 浆 硬 化 后 ， 会 阻 断 植 物根系与土壤的联系， 严重影响甚至阻止植物的生长。 无 砂 大孔生 态混 凝 土拌 合 物 沉 浆 厚 度 和沉 浆 面积 ， 直 接影响到将来植物根系的生长发育 。因此 ， 在进行配 合 比设 计 时 ， 沉浆 厚 度 和 沉浆 面积 是 主 要 的 考 虑 因 素 之 一 。 图 1是混 凝土 拌 合 物沉 浆 厚 度 ， 也 就是 指 从 试 件 侧面量取的水泥浆层 的高度。图 2是沉浆面积 ， 是指 从试 件底 面量 取 并 计 算 的水 泥 浆层 的 面积 。 图 2( a ) 中试 件为 边长 为 1 0 0 mm 的 立 方 体 ， 其 沉 浆 面 积 也 达 到 了 1 0 0 0 0 m m ， 也 就是 说沉 浆 面 积 占混凝 土 底 面 积 的 比例 沉浆 面 积 率 达 到 了 1 0 0 ， 这 意 味 着 混 凝 土底 面全部 被水 泥浆 填 满 ， 将 来 植 被 根 系 无 法 穿 透 混 凝 土 。图 2 ( b ) 中试 件 沉 浆 面 积 率 大 约 为 5 0 ， 这 就 意味着将 来植 被根 系有 一部 分 无 法穿 透 混 凝 土 。 图 2 ( C ) 中混凝 土试 件 底 部 没 有 沉 浆 ， 意 味 着 将 来 植 被 根 系完全可 以穿透混凝土 ， 有利于植被生长。对此， 从作 物生 长 的角度 考虑 ， 建议 沉浆 面积 率控 制在 5 以下 。 图 1 混凝土 拌合 物沉浆厚度 图 2 混 凝 土拌 合物 沉 浆 面 积 1 3 抗 压 强 度 无砂 大孔 生态 混凝 土 一般 用作 解决 河岸 、 边 坡 、 路 面 、 地 坪 的硬 化 和防 冲刷 问题 ， 混凝 土 的强度 只要 能满 足工 人在 混凝 土表 面 进 行 植 被 作 业 即 可 ， 这 时 混凝 土 的强度 要求 不是 很 高 ， 根 据 混凝 土应 用部 位 的不 同 ， 建 议 无砂 大孔 生 态混 凝土 的抗 压强 度 为 51 5 MP a 。 2 配合比试验 本文采用 4 2 5普通硅酸盐水泥作胶凝材料 ， 自来 水 作混凝 土拌 和与 养护用 水 。采 用 了卵石 和碎 石两 种 石子作粗骨料 ， 骨料最大粒径 1 5 mm， 骨料级配 51 5 m m， 配 制 了 1 6组 混凝 土试 样 ， 测试 无 砂大 孔生 态 混凝 土 的植生 性质 ， 通 过优 化 ， 推荐 了两 组配 合 比供工 程使 用时参 考 ( 表 2 ) 。 表 2无 砂 大 孔 生 态 混 凝 土 配 合 比与 植 生 性 质 配合 比 骨料 品 种 碎石 卵 石 骨料用量 ( k gn l 。 ) 水泥用量 ( k gin。 ) 水 灰 比 O 3 5 O 3 5 抗 压 强度 MPa 9 连通 孔 隙 家 2 5 2 4 沉 浆 面积 昌 医 O 1 5 7 5 2 0 0 1 5 4 9 2 0 0 3 结 语 为 了使 无砂 大 孔生 态混 凝 土在 工程 实践 中得 到应 用 ， 应该根据具体工程情况 ， 综合考虑抗压强度 、 连通 孔 隙率 、 沉 浆面 积率 等指 标要 求 ， 进行 混凝 土 配合 比优 化设 计 。 同时 ， 还 应 研 究 降 低 混 凝 土 p H值 的 方 法 和 添加合适肥料 的措施 ， 最终使得无砂大孑 L 生态混凝土 成为既能满足工程功能要求 ， 又能满足植物生长需求 的新型生态混凝土 。将这种混凝土用于水利护坡工程 建设和道路工程边坡硬化 ， 不仅可以解决护岸、 护坡的 防冲 刷 问题 ， 还 可 以使 河 道 两 岸 、 道路 两 旁 得 到 绿 化 ， 恢 复生 态景 观 ； 将其 用 到城 市 园林 道 路 、 公 园地 坪建 设 中 ， 不 仅可 以硬 化路 面 、 地 坪 ， 还 可 以增 加城 市 绿 化 面 积 ， 提高花草的耐践踏性 ； 另外 ， 将 它用 到沙漠地 区防 7 6 人 民 长 江 2 0 1 1篮 风 固沙 工程 ， 可 以减少 水 土流失 ， 阻 止沙 漠化 的进一 步 扩大 ， 为沙漠改造开辟新的工程途径 。 参 考文 献 ： 1 刘永军， 刘学功 ， 程庆 臣， 等 环保 型绿 色植被 混凝土 的开发与应 用 J 水利水 电技术 ， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 1 ) ： 8 58 6 2 赵铁 军 混凝土渗透性 M 北京 ： 科 学出版社 。 2 0 0 5 3 姚 武 绿 色混凝土 M 北京： 化学工业出版社 2 0 0 6 4 邢振 贤， 王静 无砂大孔生态混凝 土配合技术 试验研 究 J 人 民 5 6】 7 黄 河 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 1 2 ) ： 7 17 2 邢振 贤 ， 王静 正交法分析 无砂大孔 生态混凝土 的应用性 能 J 人 民 长 江 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 1 ) ： 4 8 4 9 刘荣桂 ， 昊智仁 ， 陆纯华， 等 护堤植 生型 生态混凝 土性能指标及 耐久性概述 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ， ( 2 ) ： 1 6一l 9 中国建 筑材料科 学研 究院 绿 色材料与建材绿 色化 M 北京 ： 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 3 ( 编辑 ： 郑 毅 ) Re v i e w o f k e y i n di c a t o r s f o r l a r g e - po r o u s e c o l o g i c a l n o n fine s c o nc r e t e XI NG Z he n x i a n， CHAI Ya n y a n， ZHANG Ya n g e ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d C o m mu n i c a t i o n ，T h e N o r t h C h i n a I n s t i t u t e of W a t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o e l e c t r i c P o w e r ， Zh e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ，C h i n a) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e f a c t o r s t h a t a f f e c t t h e c ha r a c t e r i s t i c s o f pl a n t -g r o wi n g o f l a r g e -p o r o u s e c o l o g i c a l no n - fin e s c o nc r e t e，we p r e p a r e a t y pe o f c o nc r e t e t h a t i s n o t o n l y be n e f i c i a l t o p l a n t g r o wi n g b u t a l s o me e t t h e s t r e ng t h r e q ui r e me n t W e pu t f o r wa r d t he c o n t r o l l i n g i nd i c a t o r s o f p l a ntg r o wi n g o f e c o l o g i c a l c o nc r e t e b y c o mpa r i n g t h e i n t e r na l s t r u c t u r e a nd c o mp o s i t i o n o f no r ma l c o n c r e t e a n d s o i l ：p o r e c o n n e c t i v i t y l a r g e r t h a n 2 5 ，de po s i t i o n p a s t e a r e a r a t i o l e s s t h a n 5 a n d c omp r e s s i v e s t r e ng t h o f 5 1 5 M Pa W e c o n du c t e d t e s t s o f a g g r e g a t e g r a d a t i o n a n d wa t e r c e me n t r a t i o o pt i m i z a t i o n；a n d i t i s s ho wn t h a t by o pt i mi z i n g t h e a g g r e g a t e g r a d a t i on a n d wa t e r c e me n t r a t i o，t h e p o r e c o n n e c t i v i t y o f l a r g ep o r o u s e c o l o g i c a l n o nfin e s c o nc r e t e c o ul d r e a c h 2 5 ，d e p o s i t i o n p a s t e a r e a r a t i o c o u l d b e c o n t r o l l e d u n d e r 5 a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h c o u l d r e a c h 9 MP a T h e n e w t y p e o f e c o l o g i c a l c o n c r e t e i s a n o r g a n i c i n t e g r a t i o n o f g r e e n i ng a n d g r o un d ha r d e n i n g Ke y wo r ds： e c o l o g i c a l c o nc r e t e；c o mpr e s s i v e s t r e n g t h； p o r e c o nn e c t i v i t y；de po s i t i o n p a s t e a r e a；c h a r a c t e ris t i c s o f p l a nt g r o wi ng ( 上接第 6 6页 ) 4 】 胡清玲 ， 蔺秋生 ， 高海静 ， 等 河道 管理 范围 内修 建码 头工程 的防 洪影响评价 J 人民长江， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 1 0 ) ： 2 3 2 5 5 尚志宏 ， 王智 ， 鞠晔 河道管理不 同类型建设 项 目防洪评价 J 东 北水利水 电， 2 0 0 9， ( 1 O ) ： 3 7 3 8 6 王宏伟 ， 余建星 跨 河道桥 工程 防 洪风 险管理体 系研 究 J 自然 灾害学报 ， 2 0 0 7 。 ( 3 ) ： u4一l l 7 7 夏继红 ， 严忠民 ， 蒋传丰 河岸带生 态系统综合评价指标 体 系研 究 8 9 1 O J 水科 学进展 ， 2 0 0 5， ( 3 ) ： 3 4 5 3 4 8 耿雷华 ， 刘恒 ， 钟 华平 ， 等 健康 河流的评价 指标和 评价标 准 J 水利学报 ， 2 0 0 6 。 ( 3) ： 3 4 53 4 8 孙雪 岚 ， 胡春 宏河流健 康 评 价 指标 体 系初探 J 泥 沙研 究， 2 0 0 7 ， ( 4) ： 2 l 一2 7 郭建威 ， 黄薇 健 康长 江评 价 方法初 探 J 长江 科 学院 院报 ， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： l 一4 ( 编辑 ： 李 慧) Pr e l i mi n a r y s t u d y o n i n d e x s y s t e m o f fl o o d c o n t r o l s a f e t y e v a l u a t i o n o f r i v e r p r o j e c t s Z HAN G Xi b i n g ， L U J i n y o u ， L I N Qi u s h e n g ， ( 1 D e p a r t m e n t ofR i v e r R e s e a r c h ， C h a n g j i a n g R i v e r S c i e n t c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ，C h i n a ； 2 S c h o o l o f W a t e r R e s o u r c e s a n d Hy d r o e l e c t r i c E n g i n e e r i n g。Wu h a n U n i v e r s i t y，Wu h a n 4 3 0 0 7 2； 3 S t a t e K e y L a b o r a t o r y of Hy d r o s c i e n c e a n d E n g i - n e e r i n g，T s i n g h u a U n i v e r s i t y，Be ij i n g 1 0 0 0 8 4，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ai mi n g t o t h e s t a n d a r d i z a t i o n，q u a n t i fi c a t i o n a n d n o r ma l i z a t i o n o f fl o o d c o n t r o l s a f e t y e v a l u a t i o n，o n t h e b a s i s o f t h e e x i s t i n g s i t ua t i o n o f t h e e x p l o i t a t i o n a n d ma n a g e me n t o f r i v e r s ho r e l i ne a n d ma s s i v e a s s e s s me n t s o n flo od c o nt r o l i n flu e nc e，d i vi d i n g i n t o 3 l a y e r s( t a r g e t l a y e r ，c r i t e ri a l a y e r a n d i n d e x l a y e r )，w e e s t a b l i s h a fl o o d c o n t r o l s a f e t y e v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m o f r i v e r p r o j e c t s ，i n c l u d i n g 2 1 i n d e x e s o f 6 a s p e c t s s u c h a s r i v e r r e g i me s t a b i l i t y ，fl o o d d i s c h a r g e， fl o o d c o n t r o l p r o j e c t s afe t y ，fl o o d c o n t r o l s t a n d a r d，wa t e r r e s o u r c e s p l a n ni n g a n d o t h e r i n flu e nc e s An d t h e v a l u a t i o n s t a n d a r d o f t h e i n de x e s i s g i v e n a c c o r d i n g l yW i t h t h e c o mb i n a t i o n o f f u z z y s yn t he s i s e v a l u a t i o n me t ho d a n d t he a na l y t i c a l h i e r a r c h y p r o c e d ur e，a h i e r a r c h i c a l s t ru c t u r a l mo de l o f flo o d c o n t r o l i nd e x e s i s e s t a bl i s h e dTh e r e f o r e，we c a n o b t a i n t h e c o mp r e h e ns i v e e v a l u a t i o n i n d e x e s o f t h e flo o d c o n t r o l s a f e t y d e g r e e o f r i v e r p r o j e c t s ，a n d t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e s y s t e m h a s b e e n v e r i fi e d w i t h p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g e x a m p l e s Ke y wo r d s ： r i v e r p r o j e c t ； r i v e r ma n a g e me n t ； fl o o d c o n t r o l s a f e t y ；e v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m