椰纖維植被混凝土性能研究

劉光銳，龔明子，劉君秀，陳茜，蘇藝凡

（1. 廈門市建筑科學(xué)研究院股份有限公司，福建 廈門 361100；2. 廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

0 引言

植被混凝土是采用特定的混凝土配方和種子配方，對巖石類邊坡進行防護和綠化的新技術(shù)。該技術(shù)從日本引進后，經(jīng)國內(nèi)技術(shù)人員的研究和改進[1]，已得到迅速的推廣和應(yīng)用。

椰纖維是椰工業(yè)中的一種副產(chǎn)品，是目前自然纖維中強度和柔韌性最理想的材料。用于水土保持工程中的椰纖維產(chǎn)品主要有：椰纖維板磚、椰枕、椰棕墊、椰捆、椰毯。文獻[2]中詳細地介紹了各個產(chǎn)品在水土保持中的作用、機理及應(yīng)用。

有學(xué)者將這種植被混凝土與椰纖維技術(shù)結(jié)合起來，用于邊坡防護和綠化。文獻 [3]中介紹了一種椰纖維網(wǎng)復(fù)合噴射植被混凝土的邊坡綠化方法，具體做法是在噴射完植被混凝土后，在植生基層上鋪掛一層椰纖維網(wǎng)，椰纖維網(wǎng)前期起加固植生基材的作用，后期降解為有機質(zhì)，為植物生長提供養(yǎng)分。

本文在研究噴射植被混凝土基材的過程中，使用椰土作為腐殖質(zhì)，椰土是一種從椰子殼中提取出來的纖維肥料，其中含有 5%（質(zhì)量比）的長短不齊的植物纖維，纖維直徑在0.2mm 左右。以椰土作為腐殖質(zhì)配制的植被混凝土，綜合性能較好，其中椰纖維的作用不可或缺，故本文稱其為椰纖維植被混凝土。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：華潤水泥有限公司生產(chǎn)的潤豐牌 P·O42.5 水泥，3d 抗壓強度為 28.7MPa，28d 抗壓強度為 51.3MPa；

（2）粉煤灰：華陽電業(yè)漳州后石電廠生產(chǎn)的 F 類 Ⅱ級粉煤灰，活性指數(shù)為 70%；

（3）礦粉：市售礦渣粉，7d 活性指數(shù)為 76%，28d 活性指數(shù)為 102%；

（4）砂壤土：普通砂壤土，含砂量小于 10%；

（5）腐殖質(zhì)：蛭石、椰土、泥炭土，均為市售；

（6）復(fù)合肥：農(nóng)用復(fù)合肥；

（7）保水劑：市售花草專用保水劑，高分子吸水樹脂，吸水倍率在 300 以上；

（8）硫酸亞鐵：市售農(nóng)用鐵肥，硫酸亞鐵含量為 90%～93%；

（9）引氣劑：烷基苯磺酸鹽類引氣劑；

（10）草種：選用市售的黑麥草種；

（11）水：自來水。

1.2 試驗方法

1.2.1 強度試驗方法

采用 (100×100×100)mm 試塊進行試驗，每組成型 3 個試塊，試塊成型時，將混凝土一次性裝入鐵模中，振動 2s。試塊成型后置于溫度 (20±5)℃、濕度大于 50% 的環(huán)境中，2d 后拆模，并測試 2d 強度；其他試塊移至溫度 (20±2)℃，濕度大于 95% 的養(yǎng)護室內(nèi)，分別測試 7d、14d 強度。強度測試時采用控制行程的方式[4]，試塊的加載速率為 1mm/min，以峰值強度作為試塊的抗壓強度；強度測試結(jié)果評定可參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》。

1.2.2 植生性能試驗方法

植生試驗采用一次性塑料碗進行，塑料碗底部鉆兩個小孔，孔直徑為 5mm。每次試驗至少應(yīng)設(shè)置一組空白試驗，空白試驗采用普通壤土加少量腐殖質(zhì)作為基材，表層播撒 1g 草種。

試件成型時，將混凝土裝入塑料碗中，在塑料碗底部墊一根直徑 10mm 的金屬棒，沿相互垂直的兩個方向各輕振 5次。在表層 5mm 厚的混凝土中加入 1g 草種，試樣制作完成后，混凝土表面應(yīng)低于塑料碗表面 5mm 左右。用透明塑料薄膜覆蓋試樣表面，將試樣置于室外陽光充足處，注意防止暴曬，根據(jù)混凝土的濕潤程度適量澆水，至混凝土潤濕為宜；待草種發(fā)芽后，取下薄膜，早晚定期澆水，澆水以塑料碗底部有水溢出為宜。分別記錄 7d、14d 試樣的草苗數(shù)量，以草苗數(shù)量表征混凝土的植生性能，單位：棵。

1.2.3 保水性能試驗方法

采用 (100×100×100)mm 試塊進行試驗，每組 3 個試塊，試塊成型時，將混凝土一次性裝入鐵模中，振動 2s。試塊成型后，置于溫度 (20±5)℃、濕度不大于 50% 的環(huán)境中，2d 后拆模，拆模后測試混凝土試塊的質(zhì)量 Mi，之后每隔一天測試一次試塊質(zhì)量，10d 后將試塊放置在溫度 (60±5)℃的烘箱中烘干至恒重，并測試干混凝土的質(zhì)量 M0。

按下式計算混凝土試塊的含水率：

其中：Wi——第 i 天混凝土試塊含水率，%；

Mi——第 i 天濕混凝土試塊的質(zhì)量，g；

在最大功率640 kW、0～120 km/h速度下仿照實際動車組加速的過程，得到DC/DC變換器電池側(cè)電流Ibat和直流側(cè)電壓Udc的仿真波形如圖4所示。

M0——干混凝土試塊的質(zhì)量，g。

試驗中注意輕拿輕放，防止試塊損壞。以三個試塊含水率的平均值作為該組試樣的含水率代表值。

2 試驗配合比

通過大量的嘗試試驗[7-12]，本文得到植被混凝土配比（見表 1）。采用該配比配制的植被混凝土具有良好的植生性能。

表1 植被混凝土配比 kg

3 試驗結(jié)果

3.1 保水性能試驗結(jié)果

試驗中測試了 X1、Y1、Z1 組植被混凝土的保水性能，試驗結(jié)果見圖 1。

圖1 植被混凝土含水率與時間的關(guān)系

從圖 1 可以看出，隨著時間的推移，混凝土的含水率呈下降趨勢，Z1 組混凝土的含水率的下降速度高于其他兩組，即 Z1 組混凝土的保水性能最差，混凝土的保水性能大小為：X1＞Y1＞Z1。

植被混凝土的保水性能除了與保水劑有關(guān)，還受腐殖質(zhì)的影響。蛭石為顆粒狀礦物，吸水能力一般、保水能力不好，故配制的混凝土保水性能不好；泥炭土是山谷中分解不充分的植物殘體形成的腐殖質(zhì)，具有很好的吸水、保水性能；椰土中含有很多椰殼碎屑，這些碎屑具有疏松的多孔結(jié)構(gòu)，故能起到很好的吸水保水作用。

3.2 植生性能試驗結(jié)果

混凝土的植生性能試驗結(jié)果見圖 2。

圖2 植被混凝土不同齡期的草苗數(shù)量

從試驗結(jié)果可以看出，膠凝材料的用量會影響混凝土的植生性能，其基本規(guī)律是膠凝材料用量越大，混凝土的植生性能越差。主要原因是膠凝材料用量越高，混凝土的堿性越強，當(dāng)堿性強到一定程度就會影響植物的發(fā)芽生長。雖然本文采用硫酸亞鐵作為 pH 調(diào)節(jié)劑，但只能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)混凝土的 pH 值，關(guān)鍵還是應(yīng)該控制水泥的用量。噴射植被混凝土中水泥用量一般在 5%～12%[5]。

相同的水泥用量下，泥炭土配制的混凝土植生性能最好，其次是椰土、蛭石。主要原因是泥炭土為疏松的腐殖質(zhì)，配制的混凝土具有良好的團粒結(jié)構(gòu)，有利于植物生長；椰土的結(jié)構(gòu)類似泥炭土，但疏松程度不及泥炭土，故植生性能略差。

總的來說，用本文所列出的配合比配制的植被混凝土，植生性能差別不大，均能達到較好的植生效果，對于植物的后期生長狀況，有待進行長期跟蹤研究。在實際工程中，如果出現(xiàn)植物生長狀況不佳，亦可進行后期追肥及補苗，以達到良好的生態(tài)修復(fù)效果。

3.3 強度試驗結(jié)果

混凝土強度試驗結(jié)果見圖 3。

圖3 植被混凝土強度

從強度試驗結(jié)果可以看出：

（1）混凝土 2d 強度均不高，故在混凝土噴射完成后，有必要采取相應(yīng)的防護措施，以保證混凝土不受外力（如暴雨）破壞；

（2）相同腐殖質(zhì)種類的混凝土，膠凝材料用量高的強度也較高，所以在保證植生性能的前提下，適當(dāng)提高膠材用量，能提高植被混凝土的強度；

（3）X 組混凝土的強度較低，且后期增長不明顯，主要受腐殖質(zhì)的影響，泥炭土為未完全分解的植物殘體，強度極低，加入到混凝土中，容易形成力學(xué)性能上的薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重的影響到混凝土的強度[6]；

（4）Y、Z 組混凝土強度較接近，且均滿足植被混凝土的強度要求（大于 0.3MPa），其中，Y 組混凝土破型后，部分破碎的混凝土在椰纖維的作用下仍然連接在一起，Z 組混凝土破型后，呈普通混凝土碎裂形態(tài)，可見，用椰土配制的植被混凝土，抗破壞能力更強。

綜上所述，椰纖維植被混凝土的保水及植生性能好，抗破壞能力強，是一種良好的植生基材。

4 結(jié)論

（1）泥炭土配制的混凝土保水性能最好，其次是椰土和蛭石配制的植被混凝土；

（2）泥炭土配制的混凝土植生性能最好，其次是椰土和蛭石配制的混凝土；

（3）泥炭土配制的混凝土強度最低，且后期強度增長不高，椰土與蛭石配制的混凝土強度相近，但椰纖維植被混凝土的抗破壞能力更強；

（4）椰纖維植被混凝土的綜合性能好，是一種良好的植生基材，建議在實際工程中加以利用。

[1]許文年，夏振堯．植被混凝土生態(tài)防護技術(shù)理論與實踐[M]．北京：中國水利水電出版社，2012．

[2]郭紅艷，王百田．椰纖維制品在水土保持工程中的應(yīng)用[J]．水土保持應(yīng)用技術(shù)，2007(1): 34-37．

[3]李留振，李阿根．椰纖維植被護坡技術(shù)在巖石類邊坡上的應(yīng)用[J]．林業(yè)建設(shè)，2007(6): 29-31．

[4]許文年，夏振堯．植被混凝土無側(cè)限抗壓強度試驗研究[J]．水利水電技術(shù)，2007(4): 51-54．

[5]郭聲波，葉建軍．邊坡防護植被混凝土的施工及驗收[J]．國外建材科技，2006(27): 53-56．

[6]劉大翔，李少麗．植被混凝土有機質(zhì)類型與配比的合理選取[J]．水利水電科技進展，2012(4): 37-40．

[7]肖雪軍，劉文斌．不同礦物摻合料對植被混凝土性能的影響[J]．商品混凝土，2009(7): 36-37．

[8]劉飛．巖質(zhì)邊坡噴射植被混凝土植生基材研究[D]．重慶：重慶交通大學(xué)， 2009．

[9]韋書勇．改進型植被混凝土綠化添加劑制備方法：中國，201110380711.2[P]．2011-11-25．

[10]四川省勵自生態(tài)與環(huán)境工程技術(shù)有限公司．巖石邊坡植被護坡種植基；中國，00120508.0[P]．2000-10-27．

[11]青島高次團粒生態(tài)技術(shù)有限公司．一種植物生長土壤培養(yǎng)基及其植被方法；中國，200910215993.3[P]．2009-12-31．

[12]許文年．混凝土綠化添加劑：中國，01138343.7[P]．2001-12-21．