高立新

(岫巖滿族自治縣水利事務(wù)中心,遼寧 鞍山 114300)

河岸帶是組成河流和生態(tài)環(huán)境的重要部分,也是水陸系統(tǒng)發(fā)生能量、物質(zhì)交換的紐帶,其生態(tài)條件直接關(guān)系著河流環(huán)境狀況。受降雨沖刷、水流淘刷和波浪浪蝕等不利因素影響,部分抗沖刷能力較弱的河岸帶極易出現(xiàn)水土流失、崩塌等險(xiǎn)情,必須采取工程防護(hù)措施整治河岸帶險(xiǎn)工段[1]。對(duì)河岸帶防護(hù)時(shí)必須統(tǒng)籌考慮生態(tài)修復(fù)與工程規(guī)范要求,既要維護(hù)河岸帶整體穩(wěn)定,保護(hù)岸坡免受降雨沖刷、波浪浪蝕及水流淘刷等侵蝕作用,還要修復(fù)河岸帶已破壞的生態(tài)環(huán)境,促使周邊環(huán)境與坡面景觀相融合,尋求自然環(huán)境與工程措施的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

目前,植被護(hù)坡、孔洞型材料護(hù)坡以及混凝土類材料護(hù)坡等是河道岸坡廣泛應(yīng)用的防護(hù)技術(shù),其中傳統(tǒng)的護(hù)坡材料一般具有強(qiáng)度低、抗沖刷能力弱以及綠化率低等缺點(diǎn)。因此,有必要研究一種能夠?qū)⒅参锱c工程防護(hù)相結(jié)合,兼顧生態(tài)修復(fù)與技術(shù)規(guī)范要求的新型護(hù)坡材料。1995年生態(tài)混凝土的概念被首次提出,隨后多孔植生混凝土護(hù)坡技術(shù)被廣泛應(yīng)用于數(shù)百個(gè)工程實(shí)例中,主要涉及河道岸坡生態(tài)整治、市政公路邊坡防護(hù)以及堤壩邊坡防護(hù)等工程,實(shí)際生態(tài)修復(fù)效果較好。對(duì)于多孔植生混凝土,我國(guó)相關(guān)研究尚處于起始階段,研究?jī)?nèi)容大多側(cè)重于如何提高多孔混凝土有效孔隙率與強(qiáng)度、規(guī)范制備工藝及配合比設(shè)計(jì)方法等,研究植生型多孔混凝土性能的還少有報(bào)道。鑒于此,文章結(jié)合河岸帶特點(diǎn)和有關(guān)研究經(jīng)驗(yàn),探究不同攪拌工藝、養(yǎng)護(hù)方法以及配合比設(shè)計(jì)等因素對(duì)多孔植生混凝土性能的影響,以期為多孔植生混凝土的廣泛應(yīng)用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥:沈陽(yáng)冀東水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5級(jí)水泥,其主要性能指標(biāo)如表1所示。硅灰:沈陽(yáng)恒泰萊科技有限公司提供的硅灰,比表面積16000m2/kg,粒徑范圍0.1～0.2μm,SiO2含量達(dá)到99.5%,同時(shí)含少量其它化合物。碎石:大連產(chǎn)單級(jí)配15.0～26.5mm石灰?guī)r碎石,針片狀含量較少。外加劑:蘇博特PCA?-9聚羧酸高效減水劑,液體,減水率22%～25%,固含量18.5%。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

1.2 測(cè)試方法

1)孔隙率測(cè)試。多孔植生混凝土孔隙率擬利用容量器進(jìn)行測(cè)定,最小刻度0.1ml,主要流程如下:將尺寸150mm×150mm×150mm的混凝土試塊完全浸入水中使其充分吸水飽和,然后自然風(fēng)干至試塊表面達(dá)到潮而無(wú)水狀態(tài),之后立即浸入容器測(cè)定水的體積差[8]。依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù),采用下式計(jì)算孔隙率R:

△V=V初+V試塊-V末

(1)

R=△V/V試塊

(2)

式中:V初、V末、△V為容器中的初始水體積、放入試塊后的水體積和放置試塊前后變化的水體積;R為混凝土孔隙率。

2)強(qiáng)度測(cè)試。依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測(cè)定各組試塊的抗壓強(qiáng)度,考慮到用膠結(jié)材料黏結(jié)骨料制成的多孔植生混凝土表面平整度較差的情況,對(duì)外觀狀態(tài)較差試件進(jìn)行抗壓測(cè)試時(shí),必須先利用水泥砂漿、硫磺膠泥或高強(qiáng)石膏做補(bǔ)平處理再測(cè)試相應(yīng)的強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)與分析

2.1 試驗(yàn)配合比確定

試驗(yàn)選用比表面積法初步設(shè)計(jì)多孔植生混凝土配合比,該方法主要是利用單位體積所用集料內(nèi)表面積計(jì)算試驗(yàn)所用膠結(jié)漿體量,然后考慮膠結(jié)漿體和集料體積計(jì)算出該集料適用于多大孔隙率混凝土的制備。采用比表面積法確定多孔混凝土配合比的主要步驟如下:

步驟1:考慮多孔混凝土孔隙率區(qū)間P1%～P2%和成型工藝確定膠結(jié)漿體密度及水膠比,成型工藝不同所確定的漿體水膠比不同,一般用流動(dòng)度來(lái)表征。采用振動(dòng)成型時(shí)應(yīng)控制漿體流動(dòng)度處于140～200mm范圍,采用壓制成型時(shí)應(yīng)控制漿體流動(dòng)度處于160～220mm范圍。

步驟2:計(jì)算集料的空隙率、堆積密度、表觀密度以及膠結(jié)漿體包裹集料的厚度,包裹厚度處于0.5～2.0mm范圍。本試驗(yàn)利用骨料比表面積系數(shù)與對(duì)應(yīng)各篩余百分率的乘積之和計(jì)算所用集料單位體積表面積,不同篩孔的比表面積系數(shù)取值如表2所示。

表2 集料比表面積系數(shù)

步驟3:根據(jù)膠結(jié)漿體包裹厚度與碎石表面積的乘積計(jì)算膠結(jié)漿體體積,然后用1減去集料和膠結(jié)漿體確定相應(yīng)的孔隙率,通過(guò)膠結(jié)漿體的密度與體積乘積計(jì)算單位體積膠結(jié)漿體用量。

步驟4:結(jié)合上述計(jì)算數(shù)據(jù),用比表面積法確定孔隙率處于28%～30%范圍內(nèi)的配合比,如表3所示。

表3 不同攪拌方式配制的混凝土性能

表3 配合比計(jì)算結(jié)果 kg/m3

2.2 不同攪拌工藝分析

多孔植生混凝土是一種由集料黏結(jié)膠結(jié)漿體而組成的多孔無(wú)砂混凝土,為使原材料能夠均勻混合,保證混凝土孔隙率和強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,必須選擇合適的攪拌工藝。對(duì)于不使用細(xì)集料配制成的多孔植生混凝土,在粗集料與粉料之間缺少細(xì)集料的過(guò)度,必須通過(guò)攪拌使膠結(jié)漿體更加均勻地包裹集料。充分?jǐn)嚢枘z結(jié)漿體保證多孔植生混凝土符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度、稠度和流動(dòng)度要求,并進(jìn)一步滿足對(duì)集料的黏結(jié)強(qiáng)度、均勻包裹和穩(wěn)定性要求;水泥漿體能夠均勻地包裹碎石,這也是保證集料間接觸點(diǎn)形成接觸面以及多孔混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)連通孔隙率、耐久性、強(qiáng)度的重要基礎(chǔ)。

根據(jù)充分?jǐn)嚢韬团浜媳仍O(shè)計(jì)要求,新拌多孔植生混凝土必須使充分?jǐn)嚢璧奶囟ǔ矶饶z結(jié)漿體能夠均勻包裹集料表面。因此,經(jīng)多次試配調(diào)整最終選用裹漿攪拌方法,其主要流程為:將水、外加劑與水泥混合攪拌,待拌合均勻后倒入粗骨料,持續(xù)攪拌至粗骨料表面均勻地包裹上稠度適宜的膠結(jié)漿體。試驗(yàn)表明,在制備多孔植生混凝土?xí)r裹漿法表現(xiàn)出較好的適用性,采用該方法配制的膠結(jié)漿體能夠穩(wěn)定、均勻地包裹在集料表面,拌合物無(wú)泌漿,呈玻璃光澤狀,工作性能良好。多孔植生混凝土性能受不同攪拌方式的影響如表4所示,結(jié)果表明裹漿法與常規(guī)法攪拌配制的混凝土實(shí)測(cè)孔隙率均與設(shè)計(jì)值接近,但前者相比于后者的強(qiáng)度明顯較高。

這是由于多孔植生混凝土孔隙率主要受集料堆積密度的影響,攪拌方式、膠結(jié)漿體包裹厚度及成型工藝等因素也會(huì)在一定程度上影響其大小。對(duì)于主要物理性能參數(shù)相近的集料,多孔植生混凝土孔隙率受不同攪拌方式的影響相對(duì)較低;然而,多孔混凝土強(qiáng)度主要受集料強(qiáng)度、集料接觸面積大小、膠結(jié)漿體強(qiáng)度、集料接觸面處膠結(jié)漿體厚度和集料緊密堆積密度等因素的,攪拌方式不同對(duì)膠結(jié)漿體包裹集料的效果、膠結(jié)漿體狀態(tài)等影響顯著,采用裹漿攪拌法能夠配制出稠度適中、攪拌均勻的膠結(jié)漿體,從而均勻包裹住集料;采用常規(guī)攪拌法配制的膠結(jié)材料無(wú)法對(duì)集料均勻地包裹,試驗(yàn)時(shí)攪拌也不夠均勻。因此,采用裹漿法相比于常規(guī)法配制的多孔植生混凝土強(qiáng)度更高。

2.3 養(yǎng)護(hù)工藝分析

多孔植生混凝土的表面積較大,孔隙結(jié)果較多,在成型養(yǎng)護(hù)過(guò)程中其水分散失速度較快。由于膠結(jié)材料和緊密堆積密度是多孔植生混凝土強(qiáng)度的主要來(lái)源,混凝土成型后的緊密堆積程度一般不會(huì)發(fā)生改變,為增強(qiáng)和改善混凝土性能必須保證膠結(jié)材料水化充分。在多孔植生混凝土施工現(xiàn)場(chǎng),夏季高溫應(yīng)避免水分快速散失,冬季寒冷應(yīng)采取保溫防凍措施?？紤]到該試驗(yàn)是在夏季溫度較高時(shí)進(jìn)行的,為了降低澆筑后多孔植生混凝土內(nèi)部水分散失速度,采取草杉或塑料薄膜進(jìn)行覆蓋,并在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后定期灑水保濕養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)、自然、薄膜3種養(yǎng)護(hù)方式及其對(duì)多孔植生混凝土強(qiáng)度的影響如表5所示。

表5 不同養(yǎng)護(hù)方法下的強(qiáng)度值

由表5可知,自然養(yǎng)護(hù)條件下的多孔植生混凝土7d、28d抗壓強(qiáng)度較低,說(shuō)明這種養(yǎng)護(hù)方式不利于混凝土強(qiáng)度發(fā)展,為保證膠結(jié)漿體強(qiáng)度發(fā)展必須選擇適宜的養(yǎng)護(hù)方式,有效降低強(qiáng)度損失。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與薄膜灑水養(yǎng)護(hù)效果相差不大,這是因?yàn)楸∧ゐB(yǎng)護(hù)為膠結(jié)漿體充分水化提供了充足的水分,保證了多孔植生混凝土強(qiáng)度的順利發(fā)展。因此,在夏季澆筑施工時(shí)多孔植生混凝土宜選用覆蓋薄膜灑水養(yǎng)護(hù)方式。

實(shí)際工程中主要有預(yù)制鋪裝和現(xiàn)狀澆筑兩種方式,現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)必須考慮天氣條件選擇合適的養(yǎng)護(hù)方式,遇大風(fēng)或烈日天氣時(shí)要注意灑水保濕,在加蓋塑料薄膜、草杉的同時(shí)定期對(duì)混凝土表面灑水養(yǎng)護(hù),灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)不宜用水直射,以防集料表面包裹的膠結(jié)漿體被水流沖刷破壞。若遇強(qiáng)降雨天氣,多孔植生混凝土表面受雨水沖刷極易受損,從而使混凝土強(qiáng)度下降,早期養(yǎng)護(hù)時(shí)必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。對(duì)于尺寸適中的預(yù)制多孔混凝土,一般在成型后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),標(biāo)養(yǎng)環(huán)境溫度為(20±2)℃,相對(duì)濕度95%以上,在達(dá)到規(guī)定齡期后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋪裝。冬季低溫澆筑施工時(shí),應(yīng)注意對(duì)混凝土采取保溫措施。

3 結(jié) 論

1)比表面積法主要是利用單位體積所用集料內(nèi)表面積計(jì)算試驗(yàn)所用膠結(jié)漿體量,然后考慮單位體積內(nèi)的膠結(jié)漿體和集料體積計(jì)算出該集料適用于多大孔隙率多孔混凝土的制備,對(duì)于多孔植生混凝土配合比設(shè)計(jì)該方法具有較強(qiáng)適用性。

2)在制備多孔植生混凝土?xí)r裹漿法表現(xiàn)出較好的適用性,采用該方法配制的膠結(jié)漿體能夠穩(wěn)定、均勻地包裹在集料表面,拌合物無(wú)泌漿,呈玻璃光澤狀,工作性能良好,相比于常規(guī)法配制的多孔植生混凝土強(qiáng)度更高。

3)薄膜養(yǎng)護(hù)為膠結(jié)漿體充分水化提供了充足的水分,保證了多孔植生混凝土強(qiáng)度的順利發(fā)展,在夏季澆筑施工時(shí)宜選用覆蓋薄膜灑水養(yǎng)護(hù)方式,冬季澆筑時(shí)要采取保溫措施。