多孔隙植生型混凝土基本物理性能研究

馬少華 謝 明*

（1、西京學院 土木工程學院，陜西 西安 710123 2、陜西省混凝土結構安全與耐久性重點實驗室，陜西 西安 710123）

1 概述

多孔隙植生型混凝土在外觀與結構上跟普通混凝土有較大差異，其內部存在許多蜂窩狀空洞，從而導致其具有許多獨特的力學和物理性質。新型混凝土除了要滿足邊坡穩定性所需強度外對植物生長所需空隙也有很高的要求。多孔隙植生型混凝土為了能夠給植物生長有良好的生長環境要求最佳的空隙率保持在20%以上，最佳的抗壓強度保持在10MPa以上，滿足以上這兩個條件就決定了多孔隙植生型混凝土與以往普通無砂大孔徑的混凝土在一些具體特征上有著很大的區別。所以在試驗的基礎上，就多孔隙植生型混凝土獨自擁有的物理力學特征進行了一定最佳范圍內的研究并對試驗結果進行研究和討論。

查閱一些資料可以看出基本的力學性能方面主要是研究多孔隙植生型混凝土的立方體抗壓強度，在物理性能方面分析內部結構的空隙率、透水系數、PH值、容重等重要物理性質來確定混凝土的最佳制備方案。對混凝土試塊通過不同的試驗方案確定影響抗壓強度的不同條件從而確定各項性能的最佳范圍，總結經驗并整理出一套完整的方案。

2 基本物理性能研究

在多孔隙植生型混凝土內，無機粗骨料顆粒主要分布在以泥漿和氣體所組成的物質中。泥漿主要成分包括水泥、礦粉、硅粉和普通自來水等，必要時也加入降堿劑等其他的添加材料。在多孔隙植生型混凝土中，泥漿在混凝土中起到重要的作用一方面可以使無機粗骨料的顆粒相互不在一起從而產生孔隙，另一方面多孔隙植生型混凝土可作為無機粗骨料顆粒之間的潤滑劑，大大提高新制備的多孔隙植生型混凝土產生的塑性變化的能力。所以泥漿和無機粗骨料就是影響新型混凝土物理性能的主要條件。

2.1 容重

密度試驗也就是容重試驗通過稱重透水的方法測定多孔隙植生型混凝土的密度。本試驗主要目的是測試容重本身的改變和檢查多孔隙植生型混凝土組成的均勻性。多孔隙植生型混凝土在一般組成結構上與普通的混凝土有很大的不同，所以容重和普通混凝土也肯定會有不同。在多孔隙植生型混凝土的膠凝材料使用量小，是因為多孔隙植生型混凝土組成中沒有無機細骨料沙子的存在。多孔隙植生型混凝土設計最佳的空隙率對容重的影響也很大，所以很有必要對多孔隙植生型混凝土的容重進行判定，一方面有利于檢查配合比研究程序和步驟，另一方面對多孔隙植生型混凝土的質量管控也有著很重要的意義。

研究多孔隙植生型混凝土的容重的最佳范圍是本試驗的重點，試驗部分要根據參照一般混凝土拌合物堆積密度的試驗來進行，選取同一種配合比不同的空隙率多孔隙植生型混凝土進行容重測定。

2.2 空隙率

空隙率試驗是評判多孔隙植生型混凝土是否滿足植物生長條件性能的重要依據，比普通混凝土有更大的孔隙，而這些孔隙大多是連續的空洞，對于多孔隙植生型混凝土的空隙有兩種不同的看法，一種是完全無效的，另一種是包括全連續的和半連續的。為了多孔隙植生型混凝土滿足植物生長條件，我們應該關注有效空隙的數量，即有效空隙率。確保有效的空隙可以滿足植物生長所需的營養、水和空氣，如果有空間那么植物就有可能在上面生長得更好。因此，有必要通過試驗確定最佳范圍。通過參考國外文獻確定有效空隙率的大致范圍，通過不同的水膠比、不同的膠凝材料摻入量做出不同組對比試驗，并對試驗結果進行了討論，最后將設計空隙率與實際空隙率進行比較。

2.2.1 試驗儀器

為了測試多孔隙植生型混凝土結構內部的有效空隙，經過查閱有關資料采取了一套完整的測試方法。整套測試儀器由有刻度的水桶、大度量的秤兩部分組成，試驗采用了上文所述的此種方法，同時為了降低成本選取了價格很低的的水桶作為刻度桶。

2.2.2 試驗原理

將試塊表面完全倒入水中并使水充分浸透試件表面，這樣試塊內部的連續空隙與半連續空隙即有效空隙就被水完全占據占據，而試塊內部結構的沒有空隙的地方不會被水的填充，所以水填充的體積也就是為多孔隙植生型混凝土上有效的空隙體積。另一種說法也能這樣解釋：也就是說阿基米德的定律，多孔隙植生型混凝土的試件排出水的體積也就是空隙的實際體積，用試件的標準體積減去排開水的體積也就是內部有效空隙體積。

2.2.3 試驗方法

將成型好的且有很高強度的試件放上秤稱重，然后將桶去皮且一直往桶中加入大量的水，一直到水從桶中溢出來，記錄數據，然后將試件放入桶中，這時桶會排除一大部分水，繼續往桶中加水，直到水從桶中溢出來。

2.2.4 結果計算

（桶＋水＋試件）重量－試件質量－（桶＋水）質量＝理論質量（空隙水）

理論質量（空隙水）÷水的密度＝理論體積（空隙體積）

【實際體積（15cm×15cm×15cm）－理論體積】÷實際體積＝空隙率。

2.2 .5 試驗結果與分析圖1）

圖1 不同水膠比的空隙率折線圖

本文選取了三組不同水膠比的設計空隙率樣品，對有效空隙率進行了測試，分析了設計空隙率與效果的關系，比較了水膠比不同的空隙率，從試驗數據可以清楚地看出，多孔隙植生型混凝土的有效空隙率小于設計多孔混凝土的有效空隙率且易于實現。因為在模塑過程中，不能保證所有的空隙都可以成為連續的或半連續的有效空隙，并且一些間隙被完全堵塞。通過試驗數據可以看出多孔隙植生型混凝土的有效空隙率與成型過程中的壓力與石料粒徑有關，尤其是當石料粒徑較小時。本試驗采用單級配粒徑為10 mm～20 mm，有效空隙率和設計空隙率不太大。這是因為與5mm-10mm的小石頭相比，大粒徑多孔隙植生型混凝土的密實度遠低于用小粒徑石料制備的多孔隙植生型混凝土。也可以看到隨著設計空隙率的增加，實測有效空隙率與設計值越來越接近，說明設計預留間隙越大，有效空隙率與實際空隙率數值越接近。當多孔隙植生型混凝土受到外力擠壓時，為多孔混凝土混合物預留的空間越大，包裹的石頭移動的空間就越大。在膠凝漿料中，越難形成完全封閉的空隙。因此，更有效的空隙率測量更接近設計空隙率。隨著膠凝材料的摻入，空隙率呈開口向下的二次曲線變化，在相同的水膠比下隨著膠凝材料的加入空隙率會達到一個峰值。因此，最佳空隙率范圍與膠凝材料摻入量、水膠比有重要聯系。通過以上分析，我們可以得出結論：第一，隨著設計空隙率的增加，多孔隙植生型混凝土形成連續或半連續有效的可能性越大；第二，在相同設計空隙率下，石料粒徑越大，多孔隙植生型混凝土的有效空隙率越接近其設計空隙率；第三，在相同的水膠比下，隨著膠凝材料摻入量增加空隙率會發生先增大后減小的變化，所以膠凝材料摻入量影響空隙率的變化，因此通過試驗確定最佳空隙率范圍。

3 結論

3.1 多孔隙植生型混凝土是一種基材，通過多項實驗研究直接用于混凝土內部結構可防止坡面和植被恢復。同時，它還可以帶來植物生長的環境。這種多孔隙植生型混凝土基本上適用于建筑物表面的修復和保護，城市道路工程的邊坡穩定保護和河道兩側的邊坡防護。

3.2 多孔隙植生型混凝土是通過在泥漿中加入添加劑，然后完全包裹無機粗骨料的表面而制成的。無機粗骨料之間的接觸可以產生穩定的結構并構成連續空隙的內部。多孔隙植生型混凝土的內部結構空洞分為三個不同的空隙。第一個是連續的間隙，第二個是半連續的空隙，第三，是一個封閉的空隙，其中連續的空隙和半連續的空隙它們被稱為有效的空隙，具有良好的透水性和透氣性。

3.3 多孔隙植生型混凝土是一種由多種氣體和固體以及相對較少的液體組成的新結構，因此多孔隙植生型混凝土與普通混凝土有很大不同，多孔隙植生型混凝土沒有流動性和一致性。膠凝材料在多孔隙植生型混凝土中起著不同的作用，無機粗骨料的表面通過膠凝材料將粗骨料之間的點粘結起來保證了強度。

3.4 通過多孔隙植生型混凝土的空隙率試驗，得出以下兩個結論：第一，多孔隙植生型混凝土的性能與同一配合下空隙率的增加相似。第二，無機粗骨料的粒徑越大，空隙率越大。多孔隙植生型混凝土設計采用相同的空隙率進行多組測試。在透水性方面，多孔隙植生型混凝土的滲透率也隨著空隙率的增加而增加。多孔隙植生型混凝土的滲透性比一般土壤好得多，因此不必擔心植物是否能夠在滲透方面正常生長。

3.5 添加硅粉末等的混合物有利于降低多孔隙植生型混凝土的冷凝中的內部間隙的pH。降低礦物摻合料pH值的研究順序為硅粉>粉煤灰+礦粉>礦粉。其中，硅粉的影響是明顯的，28天的pH值降低到10以下，這也是合適的，可以用于一些植物的生長。

同時，在自然條件下多孔混凝土碳化后，經過兩周的施工，完全適合某些植物的生長。追蹤深度碳化的時間增長，其內部環境將朝著植物生長的方向發展。