多孔混凝土配合比與水質(zhì)凈化性能關(guān)系研究

(華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 河北 唐山 063000)

一、引言

近年來(lái)我國(guó)工業(yè)化程度較高的城市中心區(qū)域，礦化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、硫酸鹽和PH值等嚴(yán)重超標(biāo)，此外，我國(guó)湖泊水庫(kù)的氮、磷污染也日趨嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在“富營(yíng)養(yǎng)化”，嚴(yán)重影響了水體的功能以及危害水生生物，而且正在導(dǎo)致湖泊、水庫(kù)本身的消亡。因此，與多外水平還存在差距。在多孔混凝土水質(zhì)凈化方面，同濟(jì)大學(xué)教授陳志山利用了生態(tài)混凝土設(shè)置了一套裝置為材料并研究其污水處理的效果。近年來(lái)東南大學(xué)的高建明教授在應(yīng)用多孔混凝土進(jìn)行江濱治理的研究中也取得了一定成果。本文從多孔混凝土的水質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出多孔混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)公式，并推薦出多孔混凝土配合比的合理范圍。

二、多孔混凝土水質(zhì)凈化性能

多孔混凝土是生態(tài)混凝土的一種類型，也可以叫做無(wú)砂大孔混凝土、透水混凝土，它是由水、水泥、粗骨料、添加劑(礦渣、硅粉等)、減水劑等組成。多孔混凝土內(nèi)部有著連通空隙，水與空氣能夠很容易通過(guò)連通空隙，因此具有良好的滲透性。

三、多孔混凝土水質(zhì)凈化機(jī)制

具體的多孔混凝土水質(zhì)凈化機(jī)理可分為物理作用、化學(xué)作用、生化作用。

(1)物理作用：多孔混凝土的孔徑小，比表面積大，因此具有很好的過(guò)濾和吸附的功能，從而能達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。在用生態(tài)混凝土處理生活污水的研究結(jié)果中表明，多孔混凝土水質(zhì)凈化效果主要與多孔混凝土的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)；

(2)生化作用：多孔混凝土內(nèi)部連續(xù)孔隙為微生物和植物提供了合適的生存環(huán)境，大量好氧性和厭氧性細(xì)菌在多孔混凝土內(nèi)外表面繁衍，使得多孔混凝土在與水體接觸中能充分發(fā)揮生物膜作用，降解水中污染物質(zhì)達(dá)到水質(zhì)凈化的效果。[1]

四、多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)要求

多孔混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是用膠結(jié)材料漿體包裹粗骨料，使粗骨料相互粘結(jié)成一個(gè)整體，粗骨料之間形成的孔隙使多孔混凝土具有滲透性，孔隙中為微生物提供了合適的生存環(huán)境，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。[2]

1.滲透系數(shù)

滲透系數(shù)作為多孔混凝土的排水性能參數(shù)是比較恰當(dāng)?shù)?。有研究得出空隙率和滲透系數(shù)之間的關(guān)系式：

k=0.2η0-2.76(R2=0.86)

(1)

k=0.2ηe-0.73(R2=0.94)

(2)

η0——全空隙率;ηe——連通空隙率；k——滲透系數(shù)。

可以從式(1)、(2)中看出，滲透系數(shù)與空隙率成正比，而且連通空隙率(即有效孔隙率)與滲透系數(shù)的相關(guān)性要優(yōu)于全空隙率與滲透系數(shù)的相關(guān)性，因?yàn)樵谂潘^(guò)程中，只有連通空隙產(chǎn)生作用。因此在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采用連通空隙作為目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)。[3]

2.強(qiáng)度

為了優(yōu)先保證多孔混凝土最主要的水質(zhì)凈化性能，在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該首先要滿足空隙率。在滿足空隙率的前提下，再通過(guò)改變膠結(jié)材料的強(qiáng)度和骨料粒徑來(lái)滿足強(qiáng)度要求。[4]

(二)設(shè)計(jì)方法

1.確定粗骨料用量

確定單位體積多孔混凝土骨料的用量根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算;

Mg=ρg·α

(3)

Mg——單位體積多孔混凝土粗骨料用量，();

ρg——粗骨料的緊密堆積密度，()；

α——折減系數(shù)，碎石取0.98。

2.確定膠結(jié)材料漿體用量

單位體積多孔混凝土是由膠結(jié)材料漿體體積、骨料體積、空隙體積三部分組成，確定膠結(jié)材料漿體體積根據(jù)下式計(jì)算：

Mj=(1-Mg·ρg-RVoid)ρj

(4)

Mj——單位體積多孔混凝土膠結(jié)材料漿體的用量,()；

RVoid——目標(biāo)空隙率；

ρj——是膠結(jié)漿體密度。

多孔混凝土的空隙率并不是越高越好，空隙率過(guò)高會(huì)影響強(qiáng)度，有研究得出多孔混凝土目標(biāo)空隙率合理范圍是20%—30%。

3.確定水灰比

確定一個(gè)合理的水灰比在多孔混凝土制作過(guò)程中至關(guān)重要，水灰比影響膠結(jié)材料漿體的流動(dòng)度在混凝土參考標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》，在對(duì)膠結(jié)材料漿體的流動(dòng)度進(jìn)行測(cè)試中得出，多孔混凝土的合理水灰比范圍是0.33—0.45.[5]

4.確定水泥和水的用量

確定單位體積多孔混凝土中水泥和水的用量根據(jù)下式計(jì)算：

(5)

Mω=Mj-Mc

(6)

Mc——單位體積多孔混凝土的水泥用量，();

Mω——是單位體積多孔混凝土的拌合水用量()；

五、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)多孔混凝土水質(zhì)凈化性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

注意：

(1)多孔混凝土設(shè)計(jì)時(shí)不需考慮砂率問(wèn)題，粗骨料用量基本只要考慮其的緊密堆積密度即可；

(2)在多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先滿足空隙率，并且以連通空隙作為設(shè)計(jì)參數(shù)。[6]

(3)粉煤灰、礦渣、硅粉等摻和料可以提高膠結(jié)材料漿體流動(dòng)度，提高多孔混凝土強(qiáng)度，并且可以在水中溶出,生成Ca(OH)2，有利于水質(zhì)凈化效果。