土工格柵對透水混凝土基本性能的影響研究

黃佳斌，王麗梅，邢振賢，宋 兵，劉宇航

華北水利水電大學，河南 鄭州 450045

0 前言

在河岸的護坡上，常年河水沖刷經常造成河堤毀壞、水土流失、生態破壞。使混凝土生態化是解決這些問題的有效方法。引入土工格柵，來防止嚴重滑移的發生，增強護坡整體性，謀求在個別區塊混凝土力學等性能失效的前提下而不影響總體的基本性能，需要初步探究在透水混凝土中加入土工格柵對其力學性能，植生性能等基本性能的影響。透水混凝土主要由水泥、粗骨料、水和外加劑等組成，主要利用水泥的聚合性將骨料粘結成型，并形成一定比例的連通孔隙［1］。從蔣正武的研究課看出其透水效能很高，已知應用于路面、綠化、污水凈化及吸聲材料等領域［2］。參考王正宏的工程應用試驗，格柵的加入能夠較好地應對普通土的非聚合性，使之一體化更好［3］。

1 試驗原材料

1.1 水泥

42.5級普通硅酸鹽水泥基本性能見表1。

表1 水泥基本性能

1.2 粗骨料

粒徑為5～10mm，10～15mm，15～20 mm的碎石，粗骨料材料性能試驗結果見表2

表2 粗骨料材料性能

1.3 土工格柵

孔隙長寬為1.5cm，原材料為玻璃纖維雙向經編土工格柵（以下統稱GSJ25/GE），其每延米縱橫極限拉力為25KN，其斷裂伸長率與老化時間呈反比，經過一定老化時間后趨于穩定值;

孔隙長寬為3.5cm，原材料為聚乙烯的雙向拉伸土工格柵（以下統稱GSL20/PE），其每延米縱橫極限拉力為20KN，屈服伸長率只有4%～10%，是理想的合成材料。

2 試驗設計

按照《水工混凝土試驗規程》設計試驗選取水灰比0.3，設5-10級骨料試件中不加格柵為組1，加GSJ25/GE格柵為組2，加GSL20/PE格柵為組3；10～20級骨料試件中不加格柵為組4，加GSJ25/GE格柵為組5，加GSL20/PE格柵為組6。試件制成100mm×100mm×100mm與100mm×100mm×300mm試塊在水中養護28 d后分別進行抗壓、抗折、劈裂抗拉強度試驗、孔隙率測定試驗。

3 試驗結果與分析

其各性能方面的結果見表3

表3 試件力學性能與孔隙率

3.1 力學性能分析

對比表3的數據可知，5～10級骨料級配試件的力學性能普遍優于10～20級骨料級配試件。這是由于級配低的試件在搗實過程中其孔隙更容易被填充，更密實，而級配高的試件孔隙較大。格柵對試件的抗壓強度無明顯影響。添加格柵后抗折強度明顯提高，加GSL20/PE格柵的試件強度提高得更多。這是由于塑料格柵材質更堅硬，韌性大有利于形變抗折；添加塑料格柵的試件在格柵兩邊的混凝土聯結一體的表面積更大更有利于抗折。添加格柵比不加格柵的試件劈裂抗拉強度明顯提高，其中加GSJ25/GE格柵的試件強度提高得更多。這是由于玻璃纖維土工格柵具有抗拉強度大、彈性模量高、延伸率低等優點，加入試件中更有利于劈裂抗拉。

3.2 孔隙率分析

連通孔隙率是植生性的重要指標。

20%左右的連通孔隙率較有利于在混凝土中種植植物。

添加格柵的試件連通孔隙率明顯高于無格柵的試件，分析是由于格柵的加入使混凝土兩邊聯結不致密，產生孔隙。其中添加GSL20/PE格柵的試件孔隙率更大，因為塑料格柵硬度大，韌性強在墊入難以避免凹凸的試件中時，不可避免地產生了向外的相對擠壓，從而使得孔隙率增大。

3.3 沉漿量分析

在澆筑混凝土時，會有骨料表面的水泥漿緩緩淌下，沉積至底部成型后形成封底沉漿。觀察發現，未加格柵的試件的沉漿面積在75%～80%不利于種植植物生長。觀察發現，加GSJ25/GE格柵的試件沉漿面積在20%～25%比較適合植物生長。其材質致密，相對柔軟兩邊混凝土能更好結合，格柵也能阻擋相當部分水泥漿下沉，沉漿面積適中。

加GSL20/PE格柵的試件沉漿在40%～45%對于植物生長較為不利。塑料材質堅硬孔大使得試件孔隙率高對于水泥漿下沉較為方便，沉漿面積相對較高。

4 結論

（1）土工格柵對混凝土抗壓強度無提高作用。在應用于劈裂抗拉的地方建議采用GSJ25/GE格柵，應用于抗折方面建議采用GSL20/PE格柵。

（2）格柵的添加有利于提升混凝土的孔隙率，GSL20/PE格柵混凝土孔隙率較高，沉漿量較高，植生性效果略差于GSJ25/GE格柵。

（3）加GSJ25/GE格柵的基本性能普遍較好，建議優先采用。