巖質邊坡綠色高性能再生混凝土配合比設計

甘靜艷 甘靜宇

（1.浙江工業職業技術學院，浙江 紹興 312000；2.廣西建設職業技術學院，廣西 南寧 530000）

1 前言

綠色高性能再生混凝土具備綠色環保、可再生等特點，適于動植物生長，具有美化環境景觀、調節生態平衡的功能。因此，綜合分析巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土的配比設計，具有重要的現實意義。

2 巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土的主要類型

2.1 巖質邊坡透水類型混凝土

巖質邊坡透水類型混凝土屬于大孔、多連通孔隙的一種混凝土，內含外加劑、粗骨料、膠凝材料等，參照相應比例經拌和制備完成。巖質邊坡透水類型混凝土的配比設計，應結合大孔混凝土配比設計手段。在水泥材料方面，為滿足混凝土自身強度的需求，應選擇強度等級在42.5MPa以上的水泥材料，以確保維持最佳用水量。適當增加水泥用量，可確保增加骨料周邊水泥的漿膜層實際厚度及稠度，提升混凝土自身的強度。但過多使用水泥材料，隨著漿體增加會降低孔隙率及透水特性。所以，巖質邊坡透水類型混凝土的配比設計中，水泥用量應以320～460kg/m3為宜。在減水劑及石子材料方面，巖質邊坡透水類型混凝土所用的減水劑，應優選樹脂系的減水劑；石子應選擇10～20ml或者是5～10ml碎石。在水灰比方面，巖質邊坡透水類型混凝土透水系數通常要比巖質邊坡植被綠化類型混凝土高一些，水灰比通常設定在0.25～4.45之間。確定巖質邊坡透水類型混凝土配比設計方案期間，應著重考慮巖質邊坡透水類型混凝土會受強度與透水系數雙向影響，增加透水系數，強度必然下降，增加強度，透水系數必然縮小。對此，在巖質邊坡透水類型混凝土配比設計期間，務必確保其透水性與強度性維持統一狀態。經反復試驗研究確定，巖質邊坡透水類型混凝土配比為：10～12kg減水劑、115～135kg水、400～430kg水泥、1 975～2 127kg/m3密度、＞ 50 抗凍融的循環次數、≥24%孔隙率、≥4.0mm/s透水系數。巖質邊坡透水類型混凝土，適用于巖質護岸、護堤等邊坡工程項目，可以讓雨水快速滲透至地表中，并還原為地下水，及時補充地下水，維持土壤的濕度，為巖質邊坡周邊土壤的微生物及地表植物提供優質生存環境，擴大透氣、透水面積，緩解降雨時對巖質邊坡造成排水負擔，維持生態與地下水位的平衡狀態，其護坡效果較為突出。

2.2 巖質邊坡植被綠化類型混凝土

巖質邊坡植被綠化類型混凝土設計的水泥層面，將硫鋁酸鹽低堿度、火山灰、礦渣、硅酸鹽及普通硅酸鹽等水泥混合在一起，制成1∶10水泥漿，以廣泛試紙測定pH值，測定結果顯示為：硫鋁酸鹽低堿度類型水泥pH值=8.9～10、火山灰類型水泥pH值=10.3～11.3、礦渣類型水泥pH值=11.2～12.3、硅酸鹽類型水泥pH值=13～14.3、普通硅酸鹽類型水泥pH值=12.5～13.4,故硫鋁酸鹽低堿度為首選水泥材料類型。以保證強度條件為基礎，盡可能減少水泥實際用量，因為，水泥用量越大，pH值越大，摻入粉煤灰可以減少水泥用量。試驗分析表明，粉煤灰實際摻合量在65%～70%作用的混凝土，28dpH值能夠降低到11.50，90dpH值能夠降低至9.0～10.5，能夠滿足多孔和低堿度方面的要求。巖質邊坡植被綠化類型混凝土設計的石子層面，單一粒徑與人工碎石有較大石子孔隙率，對透水十分有利，邊坡防護作用較為突出。在強度方面，粗骨料因互相接觸形成雙凹的粘結面，水泥漿越厚，黏結點越多，黏結越牢固，強度越高。因巖質邊坡植被綠化類型混凝土在強度方面無特殊的要求，所以，只需與透水性維持統一。經多次試驗得出，10～20mm、5～10mm為碎石最佳級配，可滿足于巖質邊坡植被綠化類型混凝土配比對透水性與強度維持統一的要求。巖質邊坡植被綠化類型混凝土自身透水系數和強度的關系曲線示意圖，如圖1所示。在減水劑層面：巖質邊坡植被綠化類型混凝土中，減水劑的作用表現為對混凝土凝結時的調整作用。處于同等孔隙率條件時，減少用水量，以提升混凝土強度。JHJ11減水劑用量，以骨料與水泥不離析、水泥可包裹好骨料的狀態為佳。樹脂類型減水劑為20%～33%減少率、蔡系的減水劑為11%～22%減少率、木質系的減水劑為8%～12%減少率。綜合考量分析后，決定選用樹脂類型的減水劑。關于水灰比，一定程度上會對混凝土自身強度和透水性產生直接影響。水灰比過小，漿體過稠，水泥漿無法均勻包裹骨料顆粒，難以實現正常成型，混凝土自身強度難以得到保證；水泥漿過厚，孔洞會產生堵塞現象，透水性會下降；水灰比過大，則漿體過稀，流動性較大，水泥漿自骨料顆粒滴落，以至于黏結水泥量減少，骨料相互間的黏結面積縮小，缺少均勻的混凝土組織，影響混凝土自身強度與透水性，不利于邊坡防護。通常情況下，巖質邊坡植被綠化類型混凝土水灰比是0.2～0.4。具體配比設計中，要根據以往實踐經驗，判斷和分析該水灰比是否適宜。水泥漿均勻包裹骨料顆粒的表面，無水泥漿時，顆粒可維持光澤性，表明此水灰比實用；反之，需及時調整。經試驗最終確定巖質邊坡植被綠化類型混凝土配比設計方案為：8～10kg減水劑、90～132kg水、330～400kg水泥、1 828～2 040kg/m3密度、＞ 50抗凍融的循環次數、21%～28%孔隙率、31～50mm/s透水系數。巖質邊坡植被綠化類型混凝土屬于固堤、固土、固沙類材料，適用于巖質邊坡兩側護坡，不僅護坡效果相對良好，還可以對周邊生態環境起到良好的平衡作用。

圖1 巖質邊坡植被綠化類型混凝土自身透水系數與強度的關系曲線示意圖

3 配比設計實踐

3.1 材料選定

巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土配比設計當中，水泥選擇加勒比生產廠家生產的42.5水泥材料，礦粉為S95，砂為Ⅱ類機制河砂材料，碎石為5～25mm和25mm再生碎石。水選擇當地河水，經檢測符合相關標準，外加劑選擇聚羧酸SIKI 10J40減水劑。

3.2 配比設計

巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土配比設計需滿足混凝土的耐久性、強度、和易性等相關標準。在水膠比層面，選擇容重2 250kg/m3，水泥材料為礦粉60%∶40%；機制砂為50%∶50%河砂；再生骨料為465∶465，實際用水量為190kg/m3；外加劑的摻合料約為2.6%。試驗水膠的比例為0.36、0.40、0.44、0.48、0.52、0.60期間混凝土狀態及強度。若再生的粗骨料及水量一定，則強度會伴隨水膠比的降低而逐漸升高，相較于普通混凝土，其強度增長的規律幾乎一致。伴隨水膠比逐漸縮小，混凝土工作性能相對良好。由于膠凝材料逐漸增多，極易黏附于骨料的表面，再生骨料短時間內吸水率會逐漸減小，提高混凝土自身工作性能。集漿比小幅度變化，集料表面潤滑作用會較為明顯，漿體逐漸增多，提升混凝土自身各項特性。在不同再生的粗骨料代替量層面，選擇400kg/m3膠凝材料，水泥材料為礦粉60%∶40%；機制砂為50%∶50%河砂；再生骨料為465∶465，實際用水量為190kg/m3；外加劑的摻合料約為2.8%。天然及再生的粗骨料之間比例分別為：0%∶100%、20%∶80%、40%∶60%、50%∶50%、60%∶40%、80%∶20%、100%∶0%，進行試拌。巖質邊坡地帶綠色高性能再生粗骨料代替率分別為100%、80%、60%、50%、40%、20%、0% 時， 再生混凝土28d強度參數分別是46.8MPa、45.3MPa、44.7MPa、44.4MPa、44MPa、43.2MPa、43.3MPa。

4 結語

總之，巖質邊坡透水類型混凝土、巖質邊坡植被綠化類型混凝土是巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土的主要類型。對于巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土的配比設計，需要廣大設計研究人員結合項目具體情況和要求周密分析，設定巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土最佳配比，以確保巖質邊坡地帶綠色高性能再生混凝土在護坡工程中有效發揮作用。