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０引言

生態混凝土是將傳統混凝土與現代生態環保理念二者相結合而成的新型混凝土，主要作用是促進人類與大自然的和諧共存，這一概念最早由日本學者提出。從和諧共存的理念出發，就需要改變混凝土內部結構，特別是增大混凝土內部孔隙率，并且合理設置保水結構，從而促進植物的良好生長［１］。近年來，隨著國內外學者和專家對生態混凝土的持續研究，生態混凝土取得了廣泛應用，尤其是在河道整治工程領域。例如，２００３年上海嘉定區的河道整治工程采用了從上海引進的植生生態混凝土技術，應用效果良好。伴隨著我國學者對植生生態混凝土的研究逐漸深入，通過開展工程試驗和理論研究積攢了大量工程經驗，并且對護坡植生生態混凝土的制備方法及物理力學性能取得持續性進展，然而在原材料選取、配合比設計及混凝土制備領域仍存在不足。因此，本文從河道整治工程的基本特征出發，通過采用試驗研究的方法對植生生態混凝土的最佳配合比開展研究，從而為類似工程提供借鑒。

１工程概況某河道整治工程

植生生態混凝土設置于常水位以上，邊坡坡度為１︰０．７，采用Ｃ２５混凝土框格內填生態混凝土，格埂斷面尺寸一般為０．２５ｍ×０．４ｍ（寬×高），為減小土體的不均沉降，框格單塊面積設置為６ｍ２，土體滲透系數不小于１×１０－１ｃｍ／ｓ，且具有反濾性。為提高河道兩側邊坡的抗浮穩定性，護坡厚度設置為０．１２ｍ，護坡下應設置３ｃｍ砂墊層或碎石墊層，避免混凝土護坡及格埂開裂。為促進草皮和灌木的良好生長，生態混凝土前需要一定的覆土厚度保證生長所需的水分和營養，覆土厚度設置為７ｃｍ。

２植生生態混凝土簡介

植生生態混凝土以多孔混凝土為骨架，孔隙率在２０％左右，內部孔徑較大。在工程實踐中，一般會在大空隙中填充植物生長所需養分，植物根系發育至混凝土內部乃至穿透混凝土到達下部土壤，這種混凝土被稱為植生生態混凝土。利用植生生態混凝土的這一特征，可以種植灌木類植物，從而實現對受污染河道的修復及綠化，達到河道加固和生態環保的雙重效果。圖１為植生生態混凝土用于河道整治工程。由上可知，將植生生態混凝土用于河道整治工程具有顯著的環保價值，不僅可以美化河道環境，減輕河流污染，避免水土流失進一步加劇。根據工程實踐經驗，可知植生生態混凝土具有以下優勢：強度高，耐久性能良好；降低土體發生管涌現象的可能性；改善河道整體的生態環境，提升水源質量；促進河道整體生態系統的發展，實現人與自然的和諧共生［２］。

３植生生態混凝土原材料及其基本性能研究

植生生態混凝土的主體結構是多孔混凝土，利用膠凝材料的膠結作用可以將粗顆粒骨架形成整體，從而為植物根系發展提供有利條件。這意味著植生生態混凝土的孔隙結構大小等與各組分的含量密切相關。而實現混凝土內連續空隙的根源在于配合比設計，因此通過試驗研究確定原材料的選用和混凝土的最佳配合比，從而提高混凝土強度，實現植生生態混凝土應用價值［３］。

３．１膠凝材料

膠凝材料分為無機類和有機類兩種。對無機類膠凝材料而言，應用范圍最廣的是水泥材料。水泥材料中一類是普通硅酸鹽水泥基膠凝材料，在設計中一般通過改變其組分和含量實現使用功能；另一類是無機膠凝材料，通過改性措施實現對材料酸堿度的調整，從而滿足植物生長。基于可操作性，多數試驗人員采用的是第一類措施實現膠凝材料體系的調整。本次選用的水泥為４２．５級普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能見表１所示。

３．２粗集料

植物根系的良好生長與孔隙率密不可分，植生生態混凝土的孔隙率與骨料種類、粒徑及級配情況緊密相關。在集料選擇過程中，應盡量選擇高強度的碎石，若工程實際對集料要求不高時，可選擇建筑廢料，如磚塊或混凝土等等，提高工程經濟合理性［４］。粒徑及級配區間不同的粗集料的孔隙率均在較大差異，一般而言，粒徑大且級配變化范圍小的粗集料孔隙率較大。因此，在植生生態混凝土中多選擇粒徑大級配單一粗集料或者按一定比例混合的粗集料。本次試驗中采用的粗集料粒徑分為兩種，一種為１６．５～１９．５ｍｍ，另一種為１９．５～２７．０ｍｍ。兩種粗集料的基本性能試驗指標見表２。

３．３外加劑及拌和水

為了滿足植生生態混凝土的強度需求，達到植物生長所需的酸堿度，本次采用的減水劑為聚羧酸高效減水劑，其參數如表３所示，采用的拌合水為自來水。

４植生生態混凝土最佳配合比研究

綠色生態混凝土內部骨架由多孔混凝土構成，為滿足使用條件，其標準抗壓強度應大于２０ＭＰａ，孔隙率不小于２０％。因此，生態混凝土的配合比與混凝土強度和孔隙率相關。在工程實踐中為滿足植物生長，對混凝土的酸堿度有一定要求，即呈堿性，且ｐＨ小于１０。同時，考慮到水泥等膠凝材料的流變性與礦物摻和料相關。綜合考慮上述因素，試驗過程中在水泥等膠凝材料中添加礦渣等礦物，在此基礎上配制植生生態混凝土，并研究混凝土的抗壓強度和孔隙率的變化規律，由此得到植生生態混凝土的配合比參數［５］。影響植生生態混凝土配合比參數的因素多種多樣，主要包括水膠比、粗集料、膠凝材料組分及含量。在本次試驗中，上述各因素的參數如表４所示。

４．１水膠比變化對抗壓強度

試驗結果分析根據試驗結果可知，隨著水膠比的逐漸增大，不同膠凝材料組成（分別為１００％水泥凈漿、８０％水泥凈漿２０％粉煤灰、７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣）的植生生態混凝土的抗壓強度不同，其中８０％水泥凈漿２０％粉煤灰隨著水膠比的變化幅度最大；當水膠比為０．２８時，７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣的膠凝材料的混凝土抗壓強度最大值為１０．５ＭＰａ；當水膠比為０．３０時，８０％水泥凈漿２０％粉煤灰的膠凝材料的混凝土抗壓強度最小值為６．８ＭＰａ。植生生態混凝土的水膠比較小，當膠凝材料含量不變時，隨著用水量增大，膠凝材料和水的接觸面積增加，隨著水泥水化作用的持續進行，混凝土強度得到提升。在試驗過程中，隨著水膠比的增大，膠凝材料的流動性能得以提升，粘結性降低，使得混凝土抗壓強度降低，強度增長效應弱與強度減小作用，混凝土的最終表現特征是抗壓強度降低。對７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣的混凝土而言，其抗壓強度隨著水膠比增大先升高后降低，這是由于混凝土內部的強度增長作用優于強度減小作用，由于植生生態混凝土的內部多孔隙結構同粉煤灰和礦渣的混合作用對混凝土抗壓強度有一定影響，該機制有待進一步研究。當水膠比為０．２８和０．３０時，抗壓強度最大的為７０％水泥凈漿１０％粉煤灰２０％礦渣的植生生態混凝土。隨著水膠比由０．２８變化到０．３０，膠凝材料組成為８０％水泥凈漿２０％粉煤灰時的混凝土抗壓強度變化率較大，這是由于隨著水化反應充分進行，混凝土土內部結構逐漸均勻，孔隙率增大，隨著水膠比的增大，膠凝材料的流動程度進一步增大，粗集料外側的漿液厚度減小，從而使得混凝土孔隙率減小。

４．２水膠比變化對孔隙率試驗結果分析

隨著膠凝材料的增大，不同粒徑粗集料的植生生態混凝土抗壓強度均增大，增長幅度為２５％和１２．３％；隨著水膠比減小，混凝土孔隙率減小幅度為４％左右。這是因為，水膠比恒定時，膠凝材料水化作用隨著膠凝材料增加逐漸增強，使得混凝土強度得到進一步提升，包裹于粗集料表面的漿液含量進一步減少，混凝土內部孔隙率減小。通過對抗壓強度和孔隙率的變化結果可知，膠凝材料含量對抗壓強度的影響程度顯著，這一實驗結果可為植生生態混凝土提供工程借鑒，植生生態混凝土的最佳配合比為水灰比０．３０、粗集料含量２２０ｋｇ／ｍ３、８０％水泥凈漿２０％粉煤灰的膠凝材料組成。

５結語

（１）隨著水膠比逐漸增大，不同膠凝材料組成的植生生態混凝土的抗壓強度不同，其中８０％水泥凈漿２０％粉煤灰隨著水膠比的變化幅度最大；

（２）隨著水膠比由０．２８變化到０．３０，膠凝材料組成為８０％水泥凈漿２０％粉煤灰時的混凝土抗壓強度變化率較大，這是由于隨著水化反應充分進行；

（３）植生生態混凝土具有顯著的生態價值和經濟效益，目前尚處于初步發展階段，對今后的的進一步研究而言，可重點研究植生生態混凝土內部結構及不同材料間反應機制對混凝土強度等參數的影響。

參考文獻

［１］陳鋒．綠色生態混凝土的施工流程及其工程應用［Ｊ］．建筑節能．２０１１（５）：４９－５１．

［２］董建偉，裴宇波，王麗秋．環保型綠化混凝土的研究與實踐［Ｊ］．吉林水利．２００２（２）：１－４．

［３］董建偉．綠化混凝土上草坪植物所需營養元素及供給［Ｊ］．吉林水利．２００４（２）：１－５．

［４］王桂玲，王龍志，張海霞，等．植生混凝土的配合比設計、堿度控制、植生土及植物選擇［Ｊ］．混凝土．２０１３（２）：１０２－１０６．

［５］鄭玉．集料比表面積計算方法探討［Ｊ］．交通標準化．２００８（１１）：９５－９７.

作者:吳蒙 單位:高郵市水利局