植生型多孔混凝土的制备和性能试验研究

植生型多孔混凝土的制备和性能试验研究 2006年第12期(总第206期) Number12in2006(TotalNo.206) 混凝土 Concrete 理论研究 THEORE11CALRESEARCH 植生型多孔混凝土的制备和性能试验研究 徐荣进'.刘荣桂'.颜庭成z (1.江苏大学土木工程系,江苏镇江212013;2.江苏华东建设基础工程总公司,江苏 南京210007) 【摘要1确定多孔混凝土的原材料的选择及其配合比,并进行了相关试验.结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:采用p-O42.5水泥,5~13mm碎石,江砂,sR一3外 加剂等原材料配制的植生型多孔混凝土,在强度,pH值,孔隙率以及透水系数等方 面均可满足植物生长的要求,可以进行应用 和推广. 【关键词1多孔混凝土;植生;强度;pH值;孔隙率;透水系数 【中图分类号1TU528.2【文献标志码1A【文章编号11002— 3550-(2006)12-0018-03 Studyonpreparationandtestsofpropertiesofporousconcreteusedforplant-growing XURong-jin,LIURong-gui,YANTing-chen~ (1.CivilEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China; 2.JiangsuEastofChinaFoundationEngineeringConstructionCORP,Nanjing210007,Chin a) Nas~mctInthispaper,thechoiceofmaterialingredientanditsproportionofporousconcreteh asbeendiscussedandcorrespondingtests hasbeendone.Theresultsofthestudyshowsthattheporousconcre~usedforplant-growingw ithP'O42.5cement,5,13mmstoDe,sand,SR-3 canmeetthedemandofplantsgrowthinstrength,pHvalue,porosityandpermeabilitycoeffici entandhasverygoodapplicationvalue. Keywords:porousconcrete;plant-growing;strength;pHvalue;porosity;permeabilitycoeff icient 0前言 多孔混凝土(PorousConcrete),简称POC,是指具有连续孔 隙结构的混凝土.一般情况下,它只有粗骨料,没有细骨料或者 只有少量细骨料,直接用水泥或水泥砂浆作为粘结剂连接粗骨 料,从而获得连续的孔隙结构.因此具有良好的透水和透气性, 能为动植物提高栖息空间,也可以起到净化水质,吸音和隔音 以及降低环境负荷的作用,是一种新型的环保材料【l1. 在国家863"十五"重大科技专项"镇江城市水环境质量改 善与生态修复技术研究与示范"总课题的第三分项——"生态 堤一滨江带一湿地系统的修复和污染控制技术研究及示范"中 的生态堤,采用文中提出的多孔混凝土进行了现场浇筑.结果表 明该多孔混凝土除了起到护堤作用外,还由于自身的多孔性和 良好透气透水性,能实现植物和水中生物的生长,起到净化水 质,改善景观性和完善生态系统的多重功能.目前此种技术已在 ? 18? 镇江世业洲沿岸的某湿地进行了应用推广,如图1所示. 对于以植生为主要目的的多孔混凝土,其评价指标一般为 混凝土的强度,酸碱性,孔隙率以及透水性等.本文就这几个方 面进行了相关试验,同时对SR.3无机质混合材料的添加对混 凝土各方面性能的影响进行了分析. 1多孔混凝土原材料的选择 1.1水泥 不同品种的水泥,其性能不同,如强度,耐久性等在相当大 的程度上影响着混凝土的性能.对于多孔混凝土,水泥可以使 用普通的波特兰水泥,高炉水泥B种,C种(CB),烟灰水泥等. 但若多孔混凝土为生物适用型的情况下,则必须控制游离石灰 的溶出,使之不对动植物造成影响,且不会降低耐久性圆.因此, 最好是使用CS含量少的水泥或掺入了火山灰材料的水泥.在 实际工程中,有时为了取材的经济,方便,选用普通硅酸盐水泥 (a)浇筑好的植生型多孔混凝土护坡(b)实现绿化功能后的植生型多孔混凝土 图1镇江世业洲护堤植生型多孔生态混凝土 同样可以满足条件.本文提出的多孔混凝土采用的是镇江嘉新 水泥厂生产的P?O42.5普通硅酸盐水泥. 1.2骨料 粗骨料的品质是多孔混凝土力学性能的主要影响因素之 一 ,与新拌混凝土工作性要求相反,多孔混凝土强度要求粗骨 料表面粗糙,从而可以增大与水泥浆体的粘结力.对有耐磨要 求的坡面,路面用多孔混凝土,水泥浆体的强度和粗骨料与浆 体间的粘结力比粗骨料的硬度更为重要.粗骨料的表面粗糙程 度,弹性模量及其最大粒径都能影响粗骨料与水泥浆体的机械 粗骨料应具备适当的粗糙度,较高的弹性模量及较小粒径.另 外,骨料中掺入的有机杂质,粘土等会阻碍水化反应,削弱水泥 浆的粘结力,所以要使用清洁的集料配制多孔性生态混凝土. 另外,由于种植植物种类的不同,则需要选择不同粒径的骨料 以保证达到相应的孔隙率和孔隙直径,本文试验采用的是 5,l3mm碎石.同时,为了使混凝土达到一定的强度,试验中掺 加了少量细骨料——河砂,中砂细度模数为2.6. 1.3植生材料 植生材料:包括植生母体材料的选择及配方(如种子,有机 粘结力,从而影响多孔混凝土的强度.因此良好的多孔混凝土缓效性肥料,有机营 养材料,纤维类材料等),见表l. 表1植生材料标准配方表 1.4SR一3外加剂 SR一3是由镇江某生态材料有限公司引进日本的先进技术, 并加以开发研制的一种生态混凝土外加剂,密度为1.044g/mL. 它是一种以碳酸钙,硅石粉为主要成分的橘黄色无机质悬浮 液,其标准掺量为水泥质量的15%,它的作用是使生态混凝土 实现所需的各项物理性能(孔隙率,透水性,pH植等),力学性 能(抗压强度,耐久性等)指标. 2西己合比 2.1配合比的初步确定 具有植生功能的多孔性生态混凝土的组成 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 应同时满 足孔隙率,酸碱性及强度等几方面的要求.目前,多孔性生态混 凝土的配合比设计还没有比较成熟的计算方法.根据多孔混凝 土所要求的孔隙率以及其结构特征,可以认为l混凝土的外 观体积由骨料堆积而成.因此,配合比设计的原则是水泥砂浆 能够将粗骨料颗粒互相粘结起来,形成一个整体,具有一定的 强度,而且不需要将骨料之间的孔隙填充密实.lm多孔混凝土 的质量应为紧密堆积的骨料和水泥用量及水用量之和,大约在 1600,2100kg的范围内.根据这个原则,可以初步确定多孔混 凝土的配合比.表2是上文提及的生态堤中所使用的多孔混凝 土的配合比. 表2生态混凝土配合比 碎石/kg江砂/kg水泥/kgSR一3/L水灰Lt(SR一3+w)水,L l40030025037.50.42,O.4667.5,77.5 2.2水灰比的确定 水灰比的设计是多孔混凝土制作过程中需要重点考虑的一 个因素,因为它既影响到混凝土的强度,也影响到混凝土的孔隙率 和透水性.一般情况下,对于某一给定的骨料,具有一个最佳水灰 比.当水灰比小于这一最佳值时,水泥砂浆难以包裹所有的骨料颗 粒,混凝土因干燥不易达到均匀,达不到适当的密实度,不利于强 度的提高.反之,如果水灰比过大,水泥砂浆可能把孔隙部分全部 堵死,使得孔隙率降低,不利于透水,透气,影响植物的生长.一般 需要设计正交试验来调整水灰比,使其达到强度和孔隙率所要求 的最佳配合比【】l.多孔混凝土的水灰比一般介于0.4-0.6之间,在实 际工程中常常根据经验来判断水灰比是否合适. 3抗压强度 2002 试件尺寸为150mmxl50mmx150ram,按照GBS0081—《普通混凝土力学性能试验方法标准》,成型后24h拆模,在标 准条件下自然养护7d以及自然养护28d进行试验. 4孔隙率 由于该混凝土表面如米花糖状,空隙较多,因此其孔隙率 的测定是采用特殊手法来进行的.也有相关研究先测定试件在 空气中的质量,然后再测定其在水中的质量,最后求得该试件 的孔隙率[31.具体步骤如下:体积为',的试件自然养护7d,烘干 称得干重D,然后在(20+3)?的水中浸泡41d,测得试件在水中 的质量S.由公式P=(D-S)/V求得各个试件的孔隙率P,取其平 均值即为该多孔混凝土的空隙率. 5pH值 采用取出固液萃取的方法来制备溶液测定多孔混凝土的 pH值.具体步骤如下:将生态混凝土试块破碎,充分研磨,过筛 (用0.08mm方孔筛),称取10g,然后加入l0倍重量的蒸馏水 中,用橡皮塞塞紧以防碳化,每隔约5min震动均匀一次,2h后 过滤,使用滤液的pH值. 6透水系数 目前,国内还没有制定测定这种多孔混凝土透水性的标准 方法,本文参照《日本混凝土协会多孔性混凝土施工指南》所规 定的试验方法和试验仪器来测定该生态混凝土的透水系数.透 水试验装置示意图如图2【4】.试验时将养护至龄期的混凝土试件 置于透水圆筒中,同时采用一定的胶结材料保证试件和透水圆 筒套壁密封不透水.然后从透水圆筒套的上部注水,水通过混 1.透水圆筒套2.溢水管3.定位水桶4.透水圆筒5.大孔混凝土 6.出水管7.量筒 图2透水试验装置示意图 ? 19? 凝土进入定位水桶,从出水管排出,注水时多余的水从溢水管 溢出.当注入的水量与从出水管排出的水量和从溢水管溢出的 水量取得平衡时,启动秒表,同时计量从出水管排出的水量p, 并测量当时的水温,即可通过公式(1)计算出混凝土的透水系 数. 多孔性生态混凝土透水性的透水系数测定为:在一定的水 头下,单位时间内透过混凝土的水量与混凝土透水面积成正 比,与混凝土透水厚度成反比[Sl. K 式中:广水温T?时的透水系数(cm/s); 一 从时间t.到t透过混凝土的水量(em,); 一 大孔混凝土试件的厚度(cm); 一 大孔混凝土试件的面积(cm); 日一水头(cm); (t2-t.)一测定时间(s). 7试验结果与分析 7.1试验结果 对多孔混凝土强度,pH值,孔隙率,透水性试验结果如表3 所示. 表3强度,pH值,孔隙率,透水性试验结果 7.2抗压强度结果分析 参见表3,此多孔性生态混凝土自然养护7d的标准立方体 试块的抗压强度在20~22MPa之间,相对于一般混凝土需要养 护28d后强度才能达到要求.在多孔性生态混凝土的配方中加 入SR-3无机质混合材料可以加快水泥的水化反应,相当于早强 剂的作用;在减少水泥用量的同时,加入SR-3与水泥反应生成 新的水化产物,增强了混凝土的强度.因此此种混凝土可以称得 上是一种早强混凝土,养护28d后其强度能够达到17MPa以上, 可以满足植生要求[61. 水灰比 围3强度与水灰比的关系 7.3pH值的测定结果分析 从pH值测定结果可以得到,多孔性生态混凝土的pH值 维持在10左右这样低碱性有利于植物和水中生物的生长,普 通混凝土由于其组成材料之一的水泥在水化时,将产生占水泥 石体积20%-~30%的Ca(OH)使得混凝土呈强碱性,pH值高达 12,13同,这种碱性对于钢筋混凝土结构来说是有利的,能够保护 ? 20? 钢筋不被腐蚀.但是对于生态混凝土来说,这种强碱性不利于植 物和水中生物的生长.但是在多孔性生态混凝土的配合比中加 入SR-3无机质混合材料,除了起到早强剂和增强混凝土强度的 作用外,还同时减少水泥的用量.单位体积的混凝土中水泥用量 的减少,对降低生态混凝土的pH值是有利的.另外,随着时间 的推移,空气中的CO进一步中和水泥砂浆中的Ca(OH),pH 值进一步的降低,更加接近中性,从而达到植物和水中生物生长 的要求. 7.4孔隙率的测定结果分析 表示空隙比例的孔隙率,对多孔混凝土的各种力学性能影 响很大,特别是对混凝土的强度.与普通混凝土相类似,由于为 了满足植物生长的需要,多孔混凝土必须增加其孔隙率和孔隙 直径,这样必然造成其强度的降低,但是由于此种混凝土中添加 了SR-3无机质混合材料,使其强度满足了植物生长的需求.同 时,选择5-13mm的集料,水灰比在0.40--41.45时,孔隙率可以达 到18%以上(如图4所示),能够使根系在混凝土中生长茂盛目. 7.5透水性系数测定结果分析 透水性是多孔混凝土的一个重要指标之一,它的大小随基 础材料的颗粒组成不同而有些差异,但是对于植生型为主要功 能的生态混凝土,其透水系数必须达到1mm/s以上.本文添加 了SR-3无机质混合材料的多孔混凝土,水灰比为0.40-4).60 时,其透水性都可达到7mm/s以上(图5所示),透水性良好,满 足植物生长的要求. 蓄 水灰比 图4孔隙率与水灰比的关系 水灰比 图5透水系数与水灰比的关系 8结论 (1)植生型多孔混凝土通过添加SR-3无机质混合材料,解 决了多孔混凝土本身存在的强度与孔隙率的矛盾,改善了混凝 土孔隙内部的碱环境,使它达到植生的功能,同时还可起到护 堤,改善景观性和完善生态系统的多重功能. (2)试验结果表明,选取5-13mm的集料,水灰比在0.42左 右时,添加了SR-3无机质混合材料的植生型多孔混凝土在强 度方面可以达到22.30MPa,pH值为10.5,孔隙率达到18.3%, 透水系数达到8.66minis,可以适应一般植物的生长,实现植生, ?加加mO ?皇,巡骶 护坡等多项功能. (3)多孔生态混凝土在我国的研究时间并不长,其相应的应 用主要以透水性为主要目的,以植生为主要目的的研究相对比 较少.因此对植生型多孔混凝土的力学,耐久性等方面的研究, 为其开发,应用和推广提供了科学依据,具有一定的实用价值. 【参考文献】 【1]姚武.绿色混凝土【M]-]E京:化学工业出版社.2005,9. 【2】【日]玉井元治.绿化匕3夕lJ—(3,/夕lJ—材料),3二/夕lJ— 工学,1994,32(11):64—69. 【3]吴智仁,陆春华,刘荣桂,等.护堤植生型生态混凝土性能指标及耐 久性能[J1.江苏大学(自然科学版),2005,26(5):380—383. [4]【日]冈本享久,安田登.增井直树c王加,术于3,/夕IJ制造'物 性?试验方法.3,/夕lJ工学,1998,(3):52—62. 【5]陈志山.大孔混凝土的透水性及其测定方法【JJ.混凝土与水泥制品. 2001,(1):l9—2O. [6]蒋彬.生态混凝土护坡在水源保护区生态修复工程中的应用[J】.净水 技术.2004,24(4):47—49. [7]王顺强,张红娟.生态混凝土[J】.混凝土,2006,(1):12—14. 【8]孙永军,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,2004,35(1):85—86. [作者简介】 【单位地址】 【联系电话】 【基金项目】 【收稿日期】 徐荣进(1981一),男,江苏大学助教,硕士,主要从事混凝土 耐久性研究. 镇江市江苏大学28#(212013) l3952948138 国家863"计划项目镇江水环境处理专项;国家自然科 学基金资助项目(50478089);江苏省自然科学基金资助项 目(BK2003050) 2oo6一O9一l3 中国水电建设集团向家坝砂石系统将刷新世界纪录 10月17日,当中国水电建设集团公司水电八局向家坝项 目部的建设者将重达25吨的1号棒磨机顺利吊装就位,标志 着 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 总价lO.22亿元的世界最大生产能力的向家坝人工砂石 料加工系统土建工程进入尾声,金结制安,设备安装全面铺开. 向家坝人工砂石料加工系统占地面积210万平方米,土石 方开挖220万立方米,混凝土浇筑5万立方米,金属结构制作 安装2132吨,设备安装559台(套).系统建成后,主要为向家 坝水电站提供各种级配人工砂石骨料.计划生产砂石骨料2 680万吨,其中粗骨料1820万吨,细骨料860万吨.计划2007 年3月31日系统正式投产. 向家坝人工砂石料加工系统的建设将创世界5项之最. 1,高强度的生产加工能力.系统毛料储量1586万立方米, 月高峰开采强度42万立方米/月,毛料处理3200吨/小时,成 品砂石料生产能力2600吨/小时,超过了目前世界最大的人 工砂石料加工系统——三峡下岸溪人工砂石料加工系统生产 能力,再次刷新世界纪录. 2,独具特色的输送手段.采用长距离带式输送机输送半成 品骨料,线路总长31.067公里,遂洞总长29.307公里,输送速 度4米/秒,输送能力3000吨/小时,满足混凝土浇筑强度 34.7万立方米/月,为国内乃至世界最长的人工砂石骨料的胶 带输送. 3,料仓蓄量大,吞吐能力强.系统建设了8个巨型半成品, 成品料仓,其中3号半成品料仓蓄存方量45万立方米,为国内 最大的人工砂石骨料仓.半成品料仓和成品料仓总容积90万 立方米,能在山场停止开采的条件下,满足向家坝水电站半月 骨料使用. 4,系统建安期短,工程量大.整个建安工期13个月,单项高 峰月开挖强度30万立方米/月,月混凝土浇筑1.2万立方米/月, 月金结制安1000吨/月,各种大型设备安装数百台(套),为国内 罕见. 5,环保投入大,质量高.系统投入17300万元建设坝高40 米库容200万立方米的尾渣坝,通过管道将生产的废水废渣全 部输送到尾渣坝内进行环保处理,水回收率达到80%,做到废 水废渣零排放. 预拌砂浆政策预计明年上半年出台 今日,商务部,建设部,发改委等部f-l;~n快了推广发展预拌 砂浆的步伐.各部门已达成共识,按照国发21号文件的精神, 进一步加大使用环节发展散装水泥的支持力度.相关政策的出 台工作正紧锣密鼓的进行,目前正拟定政策细节,向纵深完善. 新出台的政策将就推广预拌砂浆的要求,限期禁止现场搅拌砂 浆的城市名单,预拌砂浆和预拌混凝土有关交通,税收等优惠 措施予以明确. 建筑砂浆所用水泥占总量的30%,-40%,如果该领域推广 使用商品化的预拌砂浆,将提升全国水泥散装率的10%-20%, 极大促进"十一五"散装水泥发展目标的实现.同时,预拌砂浆 的推广,是国内继预拌混凝土商品化后建筑材料及 施工工艺 钢筋砼化粪池施工工艺铝模施工工艺免费下载干挂石材施工工艺图解装饰工程施工工艺标准钢结构施工工艺流程 的 又一次革命,对提升建筑质量,提高施工机械化水平和施工效 率,打击盗采天然砂石,减少污染,保护环境,实现节能降耗目 标,建设节约型社会均有积极的推动作用.该政策的出台,也将 极大的推动全国预拌砂浆行业的发展.可以预料,预拌砂浆发 展的春天即将到来. ? 21?