2.1 修复型多孔混凝土制备的配比设计_河湖岸线多孔混凝土特定生境生态修复技术与实践-QQ阅读男生历史网

书名：河湖岸线多孔混凝土特定生境生态修复技术与实践
作者名：吴义锋吕锡武
本章字数：3798字
更新时间：2021-10-29 23:25:08

2.1 修复型多孔混凝土制备的配比设计

河湖岸线生态修复或生态建设的主要目标是为植物和微生物提供生存、繁衍的空间。河湖的天然土质由于水力冲蚀、风化、雨水冲沟等因素容易被侵蚀和崩塌，并带来一定生态健康和环境安全的风险，而河湖岸线的硬质保护措施却剥夺了生态系统中生命要素的生存空间，生态系统遭到破坏。因此，河道生态堤岸建设的新型材料是具有一定力学强度、内部具有连续贯通孔隙的天然土质替代产品，为植物和微生物提供栖息繁衍空间。河湖岸线生态修复的新型材料应取材方便，具有较好的经济性能，易于现场化和工程化。多孔混凝土具有透水性和透气性，其基本组成材料与普通混凝土材料没有本质区别，所不同的是普通混凝土总是想方设法减小孔隙率，以使其密实，达到高强度及高耐久性的目的，而多孔混凝土通过选择特殊级配的集料和胶凝材料，在力学性能满足工程使用要求的同时，仍能实现其结构多孔且连续的特点，使其具有良好的透水性。在集中降雨的时候，雨水可以通过连通孔隙及时渗入地下，达到迅速排水及补充地下水资源的目的。同时通过多孔混凝土的构型优化设计，创造植物在多孔混凝土介质中生长的立地条件，从而营造生物多样性的环境，恢复河湖水生生态系统。

2.1.1 多孔混凝土制备原料

多孔混凝土主要由粗骨料、细骨料、水泥、矿物掺合料和外加剂等组分按一定配比，再与水按一定程序混合搅拌而成。多孔混凝土的制备过程和性能要求较普通混凝土严格，可调范围小，所以对原材料的指标要求普遍高于普通混凝土的制备原料。多孔混凝土制备材料配合比通过试件试验和理论计算，提出抗压强度不小于10MPa、孔隙率15%～25%的岸线生境修复型多孔混凝土的最优材料比，同时测试材料的孔隙率、抗压性能、孔隙水环境pH值、渗透系数等性能指标，增强其河湖岸线生态建设适用性。

2.1.1.1 骨料

制备多孔混凝土使用粗、细两种骨料类型。

粗骨料为多孔混凝土的结构骨架，以单粒级配的饱满砾石为主，粒径范围为15～25mm，堆积孔隙率为35%～45%，砾石压碎指标宜小于15%，不宜使用表面光滑的鹅卵石。粗骨料中的粉尘、黏土和泥块含量应小于0.5%，针片状颗粒的比例应小于10%，卵石率应小于14%。粗骨料应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）的规定，进场骨料应提供检验报告、出厂合格证等资料。进场后骨料应按照上述方法标准中的规定复验合格后才能使用。

细骨料一般为中砂，掺加细骨料可控制浆体收缩，其质量应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定。细骨料一般选择级配良好的中砂，材料可为河砂、人工砂或工业废渣，其含泥量不大于1.5%，泥块含量不大于1.0%。

2.1.1.2 水泥

多孔混凝土制备原料中水泥的活性、品种、数量是影响多孔混凝土强度的关键因素之一，水泥强度等级要求较高。选用符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）质量要求的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5及其以上。当采用其他品种的水泥时，其性能指标必须符合相应标准的要求。水泥浆的最佳用量是刚好能够完全包裹骨料，形成均匀的水泥浆膜为适度，并以采用最小水泥用量为原则。

2.1.1.3 胶结材料

矿物掺合料也称矿物外加剂，可选用硅灰、磨细矿渣粉和粉煤灰等，或者多种外加剂的混合物。制备多孔混凝土材料所选用矿物外加剂应符合《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18736—2002）中规定的质量要求。矿物外加剂可替代部分水泥用量，应用粉煤灰时，应选用Ⅰ级粉煤灰，掺合量一般不超过15%。使用的磨细矿渣粉（矿渣微粉）一般为S-95型，其用量按多孔混凝土抗压强度要求适配。

增强胶结材也称外加剂，是为提高水泥浆与骨料间的黏结强度，可采用少量树脂配合无机胶材使用，常用树脂有水溶性环氧树脂、丙烯酸树脂和苯丙共聚物树脂等，一般用量控制在4%以下，主要作为无机胶结材的改性剂。

选用的化学外加剂必须符合《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T 8077—2012）和《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119—2013）的规定。

2.1.1.4 减水剂

为改善多孔混凝土成型时的和易性并提高强度，可加入一定量的减水剂，一般可选用粉剂或水剂萘系减水剂、多聚羧酸高效减水剂等，使用中应注意不同类型减水剂与水泥、有机胶结材料的适用性。

2.1.1.5 拌和用水

制备多孔混凝土所用拌和用水应符合国家现行标准《混凝土用水标准》（JGJ 63—2006）的有关规定。

2.1.2 多孔混凝土的配合比设计

多孔混凝土是由粗细骨料、胶结材、水、添加剂等混合而成的多组分体系，其配合比设计是把各原材料的体积与孔隙体积之和作为混凝土的体积来计算。公式为

式中 m_g、m_c、m_f、m_w、m_s、m_a——单位体积混凝土中粗骨料、水泥、矿物掺合料、水、细骨料、外加剂的用量，kg/m³；

ρ_g、ρ_c、ρ_f、ρ_w、ρ_s、ρ_a——粗骨料、水泥、矿物掺合料、水、细骨料、外加剂的表观密度，kg/m³；

P——设计孔隙率。

多孔混凝土的制备原料中，外加剂的使用量一般很少，因此，式中的可忽略不计。

修复型多孔混凝土配合比目标孔隙率为20%，工程使用时多孔混凝土的孔隙率与抗压强度等性能相关，其孔隙率应为15%～25%。

2.1.3 多孔混凝土参数设计

2.1.3.1 水灰（胶）比

水灰（胶）比不仅影响多孔混凝土的强度特性，还是影响多孔混凝土透水性以及预制构型制备的关键工艺参数。对特定的某一单粒径级配骨料和胶结材组分及掺量，存在一个最佳水灰（胶）比范围，当水灰（胶）比小于这一范围值时，多孔混凝土因浆体过干拌料不易均匀，达不到适当的密实度，不利于强度的提高；反之，如果水灰（胶）比过大，胶结材浆体会造成透水孔隙部分或全部堵塞，这样既不利于透水透气，也不利于强度的提高。但是在保证胶结材浆体流动度在有效范围之内，大的水灰（胶）比利于多孔混凝土强度的提高，这是由于同种组成的胶结材浆体，水灰（胶）比越大其流动性越好，越有利于充分均匀包裹粗集料表面，从而提高力学强度。多孔混凝土无细骨料或少量骨料填充，结构上的特殊性使得其拌和方法和普通混凝土不太一样。多孔混凝土的水灰（胶）比设计为0.20～0.26，现场施工时，应根据当地粗细骨料的含水率情况适当调整水灰（胶）比。

2.1.3.2 用水量

多孔混凝土的用水量与骨料性能、胶结材用量及水胶比有关。水胶比和胶结材的组成有很大的关系，而胶结材浆体的用量又与目标孔隙率密切相关。目标孔隙率高胶结材用量就少，用水量也相应减少；目标孔隙率低胶结材用量就大，用水量就会增大。因此对特定的单一级颗粒级配（10～20mm）的玄武岩碎石骨料来说，多孔混凝土用水量一般为50～120kg/m³。

2.1.3.3 工作性

多孔混凝土的工作性是指混合料在运输和成型过程中，胶结材能保持均匀地包裹在集料表面的性能。在振动等外力作用下，集料表面的胶结材能一定程度的液化，以确保集料之间的黏结，过度的液化将导致胶结材从集料表面坠落聚集，从而影响连续孔隙的形成，如图2.1所示。截至目前，尚没有适宜的试验方法直接评价多孔混凝土的工作性。采用控制胶结材流动度的方法能够实现对多孔混凝土的工作性进行控制，胶结材的流动度控制在180～210mm，可获得良好的工作性。实际应用中，目测集料表面是否形成均匀平滑的包裹层对判定多孔混凝土的工作性虽不十分科学，但非常有效。多孔混凝土混合料的搅拌方式对工作性有很大影响，一般情况下滚筒式搅拌机的搅拌效果优于强制式搅拌机。

图2.1 多孔混凝土浆体流动度对孔隙结构的影响

2.1.3.4 灰骨比

增大灰骨比，即增加胶凝材料用量，从而增加骨料周围所包覆的胶结材薄膜厚度，增大黏结面，可有效提高生态型多孔混凝土的强度。但是同时由于黏结面增大，会降低多孔混凝土的孔隙率，降低其透水透气性。因此，在保持多孔混凝土所要求孔隙率的前提下，应尽可能提高胶凝材料的用量，合理地选定灰骨比。另外应该说明的是，小粒径骨料较大粒径骨料具有较大比表面，为保持胶结材浆膜的合理厚度，使用小粒径骨料的多孔混凝土制备时，灰骨比应适当提高；骨料粒径大时，灰骨比适当减小。

2.1.3.5 孔隙率

土壤中的孔隙率为40%～60%，而普通混凝土的孔隙率只有4%左右。对多孔混凝土来说，孔隙率的设计依据是既能使植物生长，又能保证其一定的力学强度。国外的相关文献提出应用于生态修复领域的多孔混凝土孔隙率一般要在15%～25%。实验研究认为，随着种植植物和实际应用的不同，多孔混凝土的设计孔隙率可在10%～25%。孔隙率过小不利于植物根系的发展，过大又会影响多孔混凝土的强度。因此，应用于河湖岸坡生态修复的多孔混凝土材料应具备一定的力学强度，同时作为绿色植物生长载体，载体内部应具有一定的孔隙率，该情况下多孔混凝土的设计目标孔隙率为20%。