框架式植被混凝土的配制與應(yīng)用

徐新，朱燕妮，李雪

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

框架式植被混凝土的配制與應(yīng)用

徐新，朱燕妮，李雪

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

本文總結(jié)了傳統(tǒng)植被混凝土的施工工藝，結(jié)合結(jié)構(gòu)混凝土和透水混凝土的理念，對(duì)框架式植被混凝土配比進(jìn)行了多次研究及技術(shù)改進(jìn)，基本解決傳統(tǒng)植被混凝土的缺陷，施工簡單、效率高，混凝土強(qiáng)度高，對(duì)于大于 60°的高陡邊坡、困難復(fù)雜地形都可以施工。

框架式；植被混凝土；配制；應(yīng)用

0 前言

在九十年代以前，對(duì)于巖石邊坡和地質(zhì)災(zāi)害形成的邊坡，工程師們優(yōu)先考慮的是安全和穩(wěn)定。對(duì)于安全系數(shù)低的部分往往采用混凝土砌筑和護(hù)面進(jìn)行全封閉式的加強(qiáng)防護(hù)。但也同時(shí)帶來了視覺污染和生態(tài)失衡，久而久之形成了嚴(yán)重的環(huán)境惡化問題。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，越來越意識(shí)到綠化環(huán)境的重要性，因此植被混凝土應(yīng)運(yùn)而生。人們對(duì)植被混凝土的定義，一般都是用于江河堤壩處，以及對(duì)坡面或邊坡等處的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)和美化，是一種綠化環(huán)境的新技術(shù)[1]。

現(xiàn)在的植被混凝土技術(shù)多數(shù)還是停留在傳統(tǒng)工藝上，過程繁瑣、耗時(shí)耗力，更重要的是傳統(tǒng)的植被混凝土強(qiáng)度和耐久性較差。框架式植被混凝土的設(shè)計(jì)思路是基于結(jié)構(gòu)混凝土和透水混凝土的基礎(chǔ)上總結(jié)而來的。在擁有結(jié)構(gòu)框架的堅(jiān)固性和耐久性的同時(shí)，留有足夠的空隙讓植被生長，并且還要保留傳統(tǒng)植被混凝土植生土的可噴播性或流動(dòng)性，使施工程序化繁為簡。

1 試驗(yàn)原材料

水泥：淮海中聯(lián) P·O42.5 水泥。28d 強(qiáng)度為 49.5MPa；

粉煤灰：國華 II 級(jí)粉煤灰，需水量比為 98%；

細(xì)骨料：III 區(qū)細(xì)沙，細(xì)度模數(shù) 1.8；

碎石：采用粒徑在 31.5～40mm 單級(jí)配多棱角碎石；

減水劑：江蘇蘇博特 JM-10，減水率 18%；

植生土：經(jīng)過曬干、粉碎，粒徑小于 2.5mm 的施工地的原有表層土，如土壤不好，可按一定比例混合鋸末、磨碎的稻殼等新鮮有機(jī)物，并進(jìn)行發(fā)酵處理；

種子：選用普通耐鹽堿草坪草；

保水劑：聚羧酸鹽保水劑。

2 配合比的設(shè)計(jì)及確定

2.1 骨料用量的確定

本配合比依據(jù)混凝土的配合比設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)，設(shè)定 1m3的混凝土其表觀體積就是由骨料堆積而成，選擇 31.5～40mm單級(jí)配粒徑可以制造大量空隙。經(jīng)實(shí)測(cè)，緊密堆積密度為1523kg/m3，表觀密度為 2718kg/m3。考慮到大面積施工時(shí)，原料的粒徑會(huì)有波動(dòng)，對(duì)堆積密度有影響，所以要加入修正系數(shù)，此修正系數(shù)應(yīng)根據(jù)各產(chǎn)地的不同，經(jīng)多次試驗(yàn)自行確定。本次試配骨料取緊密堆積密度為 1500kg/m3，表觀密度為2700kg/m3。

2.2 水灰比的確定

水灰比的大小影響著強(qiáng)度的同時(shí)，還會(huì)影響空隙率。水灰比過大時(shí)，漿體太稀會(huì)導(dǎo)致水泥漿下沉嚴(yán)重，表層強(qiáng)度和底層強(qiáng)度差距大，表層易脫落；水灰比過小時(shí)，漿體粘稠，不易均勻的包裹住骨料表面，形成部分的粘結(jié)點(diǎn)及粘結(jié)面積減少，也會(huì)降低強(qiáng)度。經(jīng)試驗(yàn)后確定，水灰比在 0.2～0.35 時(shí)較理想。由于南北方地質(zhì)問題，生產(chǎn)的水泥成分也有一定的差異，因此，對(duì)于其他地方的水泥性質(zhì)的不同，建議進(jìn)行多次試驗(yàn)，尋找適合自己的水灰比。

2.3 配合比的確定

本文所用骨料的緊密堆積密度 1500kg/m3、表觀密度為2700kg/m3，由此可以得出骨料的孔隙率為 44.4%。在骨料用量 1500kg/m3時(shí)，混凝土的孔隙率可以根據(jù)實(shí)際情況的需要設(shè)定在 20%～30%，本次配合比設(shè)定在 25%，那么漿體體積為44.4%-25%=19.4%，即 194mL。經(jīng)計(jì)算得出表 1。

表1 理論植被混凝土框架配合比 kg/m3

經(jīng)試拌混凝土后發(fā)現(xiàn)，W/C 為 0.20 時(shí)，拌合物較干，會(huì)形成部分水泥水化不充分的現(xiàn)象；W/C 為 0.25 時(shí)的狀態(tài)良好，符合施工要求；W/C 為 0.30 時(shí)，拌合物已有稍許留漿現(xiàn)象；而 W/C 為 0.35 時(shí)，漿體流動(dòng)性偏大，形成漿體沉降，不建議采用。所以此次配合比選取 0.25 的水灰比。

2.4 摻合料的確定

為減少生產(chǎn)成本，同時(shí)達(dá)到低碳環(huán)保的要求，需要進(jìn)行配合比的優(yōu)化。可選擇礦渣粉、粉煤灰、石灰石粉等工業(yè)廢料作為摻合料。此次優(yōu)先選擇礦渣粉和粉煤灰。礦粉取代量分別為 15% 和 18%，粉煤灰的取代量分別為 10% 和 12%，配合比如表 2。

表2 加入摻合料植被混凝土框架配合比 kg/m3

經(jīng)過試配后，當(dāng)?shù)V粉的摻量為 18%、粉煤灰的摻量為10% 時(shí)，混凝土的狀態(tài)最好，并且制作出的試塊經(jīng)過水養(yǎng)，28d 的強(qiáng)度最高，平均強(qiáng)度在 7.6MPa。

2.5 植生土的配制

植生土按照施工處的土壤質(zhì)量進(jìn)行配制，加入聚羧酸鹽保水劑或其他土壤保水劑。保水劑在平時(shí)雨水豐裕時(shí)，可吸收水分，一般的保水劑能迅速吸收 400 倍左右的純水，把蒸發(fā)、滲透及流失掉的水分儲(chǔ)存起來，形成一個(gè)微型的水庫，等到天氣干旱時(shí)再釋放出去，而植物的根系吸水力普遍大于保水劑的保水力，所以水分可以被植物根莖輕易的吸收使用[2]。為了使植生土有較大的流動(dòng)性，可以根據(jù)情況增加特細(xì)砂，或者鐵尾礦渣等工業(yè)廢渣以及粉煤灰混合作為摻合料。植生土的含水量根據(jù)摻合料的摻量會(huì)有部分的浮動(dòng)，一般控制在 25% 左右。在工業(yè)廢渣的選擇上應(yīng)注意 pH 值的波動(dòng)，控制在中性范圍內(nèi)。本文所用植生土的組分如表 3 所示。

表3 植被混凝土植生土配合比 kg/m3

2.6 種子的確定

種子應(yīng)優(yōu)先考慮使用普通耐鹽堿草坪草。在施工前，先對(duì)種子在配制好的植生土里進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。對(duì)于不同種類的草種，要根據(jù)其特性有針對(duì)性的配制植生土，然后分類種植，進(jìn)行密集度及發(fā)芽率的統(tǒng)計(jì)，確定好種子的用量后再大規(guī)模施工。如選擇其他不耐鹽堿的品種，可另外準(zhǔn)備混凝土防水劑。本文經(jīng)過試種，選擇用量為 60kg/m3。試種效果見圖1。

圖1 種子攪拌在植生土內(nèi) 7d 后發(fā)芽的效果

3 施工流程及注意事項(xiàng)

3.1 搭模

對(duì)于框架式植被混凝土來說，不需要放線、掛網(wǎng)及坡面錨桿的施工等一系列繁瑣步驟，只需要稍微的清理一下坡面，像一般工地上的搭模即可。任何坡度、長度、寬度都可以隨意搭設(shè)。坡度較緩的，只需要搭建四周的擋板。對(duì)于有養(yǎng)護(hù)要求的，可以在搭模的同時(shí)安裝養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)線路。

3.2 澆灌混凝土

將攪拌好的混凝土灌入搭好的框架中，一般環(huán)境下中途無需搗振，澆灌完畢后進(jìn)行整平壓實(shí)。如坡度較陡，帶有上擋板的，可以在中途進(jìn)行人工搗實(shí)。

3.3 澆灌植生土

當(dāng)框架式植被混凝土凝固后，灌入混合種子的植生土。若施工方指定草種不是耐鹽堿性草種，在時(shí)間充裕的時(shí)候，可以經(jīng)常噴水養(yǎng)護(hù)混凝土框架，使其自行泛出鹽堿，28d后堿含量已經(jīng)不足 10%，對(duì)種子影響不大，沖洗干凈后再噴播植生土[3]。在時(shí)間不充裕時(shí)，也可以先使用混凝土防水劑噴淋凝固后的混凝土，使防水劑包裹混凝土，等防水劑干了再噴播植生土。對(duì)于基層較厚的混凝土，可以間隔一段時(shí)間，多次噴淋防水劑。其防水劑的主要目的是為盡可能多地包裹住混凝土，防止鹽堿滲出，保護(hù)草種。

3.4 養(yǎng)護(hù)

經(jīng)過 24h 的帶模養(yǎng)護(hù)，植生土穩(wěn)固后即可脫模。脫模后，可以在表層加蓋無紡布或其他保墑材料，既能起控溫作用，還能提高種子的出芽率和成活率，又能防止飛禽的啄食和破壞。在養(yǎng)護(hù)期間，要關(guān)注出芽是否均勻，對(duì)于不勻稱的部位進(jìn)行補(bǔ)植，未成活的幼苗部分進(jìn)行替換。本文試驗(yàn)成品效果見圖 2 及圖 3。

圖2 植生土灌入框架后 3d 效果

圖3 植生土灌入框架后 7d 效果

4 結(jié)論

（1）框架式植被混凝土可以同時(shí)提供安全保障和綠化環(huán)境，解決混凝土和植物共存的矛盾問題。

（2）其施工方便快捷強(qiáng)度高、施工地理環(huán)境和氣候環(huán)境要求低、保水性優(yōu)于傳統(tǒng)的植被混凝土，同時(shí)擁有成本優(yōu)勢(shì)。

（3）由于骨料框架里的孔隙率較連貫，植草的根系可以輕易穿透混凝土扎入地表，使其不塌方、不脫落、不裂縫、不變形，可以用于加強(qiáng)加固江河堤防，防止水土的流失，恢復(fù)綠化生態(tài)。也可作為綠色裝飾混凝土使用，提高人們生態(tài)意識(shí)，改善城市綠化環(huán)境。

[1] 李繼業(yè)，劉經(jīng)強(qiáng)，徐羽白．特殊材料新型混凝土技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

[2] 吳季懷．高吸水保水材料[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

[3] 史才軍．[美]；史才軍，鄭克仁，編譯．楊南加，審校．堿—激發(fā)水泥和混凝土[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

［通訊地址］徐州市銅山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)第三工業(yè)園盛寶路西首徐州中聯(lián)混凝土有限公司（221100）

徐新（1985―），男，助理工程師，主要從事混凝土設(shè)計(jì)及耐久性研究，特殊混凝土的研發(fā)及應(yīng)用。