黃亞梅，王立華

(1.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510635；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635； 3.廣東省水利新材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，廣州 510635)

0 引 言

綠化混凝土是一種主要由粗集料及水泥基膠結(jié)料經(jīng)拌和、澆筑或預(yù)制成型，具有連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)、良好透氣和透水性能，可以改善周圍生態(tài)環(huán)境和營(yíng)造生物多樣性的混凝土或混凝土制品，具有河流護(hù)岸所需的力學(xué)性能、穩(wěn)定性和耐久性，同時(shí)又具有適合動(dòng)植物和微生物生存，能兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康性與可持續(xù)性需求。它以碎石和水泥為主要原材料，依靠天然成孔或人工預(yù)留孔洞的方法，得到的一種孔隙大、透水性能好的混凝土，通過在孔隙中充填腐殖土或河底污泥、種子、肥料等，創(chuàng)造適合植物生長(zhǎng)的環(huán)境，種子發(fā)芽生長(zhǎng)形成植被，成為水土相連的開放式生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)；同時(shí)天然形成或人工預(yù)留的較大的孔洞，適合作為魚類和兩棲類等動(dòng)物的巢穴和產(chǎn)卵的場(chǎng)所，水體環(huán)境為綠化植物提供養(yǎng)分，綠化植物成為水生動(dòng)物的食物來源，同時(shí)可凈化水質(zhì)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到河岸是河流自然生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，它形成了從河道水流環(huán)境到陸地環(huán)境的一種過渡[1,2]。選擇護(hù)岸型式及材料時(shí)應(yīng)考慮有效性、環(huán)境因素及經(jīng)濟(jì)因素。河道不僅僅具有防洪、航運(yùn)等基本功能，還應(yīng)具有生物棲息地和人文景觀等功能。為了適應(yīng)這種需要，河道綜合整治工程的護(hù)岸技術(shù)由以固土護(hù)岸安全為目標(biāo)的傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)逐步向多目標(biāo)生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)轉(zhuǎn)變[3]。新型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)要求既可固岸護(hù)堤，也可削污凈水，改善河岸帶生態(tài)，還可以綠化造景，美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)河道流暢、水清、岸綠、景美的治理目標(biāo)[4]。綠化混凝土作為一種近年發(fā)展起來的新型河流生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，結(jié)合了混凝土護(hù)岸和植物護(hù)岸的特性和優(yōu)點(diǎn)，既具有混凝土護(hù)岸的力學(xué)穩(wěn)定性、抗沖耐磨的耐久性，又具有植物護(hù)岸的滲透性、生物適應(yīng)性、削污能力、生態(tài)保障、景觀和休閑娛樂等特性和功能[5,6]。綠化混凝土護(hù)岸技術(shù)一經(jīng)提出，迅速成為學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)，并迅速在河道綜合治理的工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用[7-9]。與普通混凝土相比，綠化混凝土材料組成上最大的特點(diǎn)是沒有細(xì)骨料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)上多孔隙，性能上也存在顯著差異，但是，目前綠化混凝土配合比設(shè)計(jì)方法沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以依循，也沒有文獻(xiàn)報(bào)道可供參考。

綠化混凝土配合比設(shè)計(jì)主要是確定綠化混凝土中各組成材料的用量，即1 m3綠化混凝土中各組分的質(zhì)量，以單位kg/m3表示。本文主要結(jié)合綠化混凝土的特性，通過試驗(yàn)研究，提出了綠化混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法和有關(guān)參數(shù)取值。

1 原材料要求

根據(jù)綠化混凝土的技術(shù)特點(diǎn)，原材料應(yīng)滿足如下要求：

(1)水泥可以是普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于42.5和42.5R；

(2)骨料應(yīng)是質(zhì)地堅(jiān)硬的單粒級(jí)碎石骨料。連續(xù)粒級(jí)會(huì)降低“綠化”混凝土的孔隙率和滲透性，不建議采用連續(xù)粒級(jí)骨料。卵石表面光滑，對(duì)骨料顆粒間的黏結(jié)不利，不建議采用。

(3)根據(jù)綠化混凝土強(qiáng)度等級(jí)及施工需要可添加硅粉、礦渣粉、粉煤灰等摻合料，以及減水劑等。

2 配制強(qiáng)度

河流生態(tài)護(hù)岸“綠化”混凝土屬于水工混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按設(shè)計(jì)齡期立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分，目前主要包括C5和C10兩級(jí)。配制強(qiáng)度fcu,0按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：fcu,0為“綠化”混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu,k為“綠化”混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；t為概率度系數(shù)，由給定的保證率P選定，其值按表1選用，通常設(shè)計(jì)齡期為28 d，保證率95%，概率度系數(shù)取1.645；Cv為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)，MPa。

混凝土抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)Cv，宜按相同強(qiáng)度等級(jí)“綠化”混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)資料確定。當(dāng)無統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，建議按0.20取值。

3 水灰比

如圖1所示，綠化混凝土的抗壓強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系，與常態(tài)混凝土一樣，符合“水灰比定則”，即隨著水灰比增大，抗壓強(qiáng)度下降，在一定范圍內(nèi)抗壓強(qiáng)度與灰水比呈線性關(guān)系。這主要是由于水灰比越低，硬化水泥漿體的孔隙率也越低，內(nèi)部越致密，抗壓強(qiáng)度就會(huì)越高。在工程實(shí)踐中，與普通混凝土相同，保持水泥用量不變，采用減水劑減小單位用水量，降低水灰比，是提高綠化混凝土強(qiáng)度最常用的方法。

圖1 28 d抗壓強(qiáng)度-灰水比關(guān)系圖

綠化混凝土的水灰比應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的要求，通過試驗(yàn)確定，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，水灰比可按式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中：αa、αb為回歸系數(shù)；fce為水泥28 d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值， MPa。

回歸系數(shù)αa和αb應(yīng)根據(jù)工程所用水泥、骨料，通過試驗(yàn)建立的28 d“綠化”混凝土抗壓強(qiáng)度-水灰比關(guān)系式確定，當(dāng)不具備試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可按表1采用。

表1 回歸系數(shù)αa和αb選用表

4 單位用水量

綠化混凝土的工作性以水泥在骨料表面包裹均勻，沒有水泥漿下淌，骨料顆粒表面有金屬光澤，無干澀感，同時(shí)在攪拌機(jī)內(nèi)不易結(jié)底為宜。 “綠化”混凝土沒有細(xì)骨料，單位用水量主要由水泥用量和骨料粒級(jí)決定，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。當(dāng)無試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可按表2選用。

表2 單位用水量初選表

5 水泥用量

確定了水灰比和單位用水量，綠化混凝土水泥用量可按照式(3)進(jìn)行計(jì)算。

(3)

式中：mc0為每立方米“綠化”混凝土水泥用量，kg/m3；mw0為每立方米“綠化”混凝土用水量，kg/m3。

6 骨料及其他材料用量

綠化混凝土沒有砂，不依靠砂漿的潤(rùn)滑作用提供工作性，施工時(shí)，依靠錘擊或壓碾使粗骨料顆粒之間緊密接觸，通過骨料接觸處的水泥漿將骨料膠凝成為整體，綠化混凝土的體積與所用粗骨料的體積基本相等，因此，配合比設(shè)計(jì)時(shí)，每立方米綠化混凝土粗骨料用量按緊密堆積密度選用。配合比設(shè)計(jì)骨料以干燥狀態(tài)為基準(zhǔn)。

外加劑摻量按膠凝材料質(zhì)量的百分比計(jì)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定，并符合國(guó)家和行業(yè)線性有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

摻合料的摻量按膠凝材料質(zhì)量的百分比計(jì)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定，并符合國(guó)家和行業(yè)線性有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

7 試配與調(diào)整

綠化混凝土配合比試配時(shí)，應(yīng)采用工程中實(shí)際使用的原材料。攪拌方法宜與生產(chǎn)時(shí)使用的方法相同。綠化混凝土配合比試配時(shí)，粗骨料最大粒徑31.5 mm及以下時(shí)，每盤混凝土的最小攪拌量為15 L；粗骨料最大粒徑40 mm時(shí)，每盤混凝土的最小攪拌量為25 L；當(dāng)采用機(jī)械攪拌時(shí)，其攪拌量不應(yīng)小于攪拌機(jī)額定攪拌量的1/4。

按計(jì)算的配合比進(jìn)行試配時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行試拌，以檢查拌合物的性能。當(dāng)試拌得到的拌合物工作性能不能滿足要求時(shí)，應(yīng)在保證水灰比不變的條件下相應(yīng)調(diào)整用水量，直至符合要求為止。然后提出綠化混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)用的基準(zhǔn)配合比。

綠化混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)至少采用3個(gè)不同的配合比。當(dāng)用3個(gè)不同的配合比時(shí)，其中一個(gè)應(yīng)為基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比，宜較基準(zhǔn)配合比分別增加和減小0.05；用水量與基準(zhǔn)配合比相同。

進(jìn)行綠化混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，每種配合比至少應(yīng)制作一組(三塊)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到28 d齡期試壓。需要時(shí)可同時(shí)制作幾組試件，供較早齡期試壓，以便提前定出配合比供施工使用，但應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d齡期強(qiáng)度的檢驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)調(diào)整配合比。

8 結(jié) 語

綠化混凝土新型河流生態(tài)護(hù)岸技術(shù)結(jié)合了混凝土護(hù)岸和植物護(hù)岸的優(yōu)點(diǎn)，既具有混凝土護(hù)岸的力學(xué)穩(wěn)定性、抗沖耐磨的耐久性，又具有植物護(hù)岸的滲透性、生物適應(yīng)性、削污能力、生態(tài)保障、景觀和休閑娛樂等特性和功能，在河流綜合治理中得到廣泛的應(yīng)用。

綠化混凝土的抗壓強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系符合“水灰比定則”，隨著水灰比增大，抗壓強(qiáng)度下降，在一定范圍內(nèi)抗壓強(qiáng)度與灰水比呈線性關(guān)系。

通過試驗(yàn)研究，提出了綠化混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，明確了配合比參數(shù)的取值，對(duì)綠化混凝土的推廣應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。

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