植被混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

王曉華

(大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連116035)

植被混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

王曉華*

(大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連116035)

植被混凝土邊坡綠化技術(shù)是三峽大學(xué)研發(fā)的高陡巖石邊坡綠化專有技術(shù)，最近幾年在大連得到了一些應(yīng)用。但其力學(xué)性質(zhì)及后續(xù)強(qiáng)度的研究相對(duì)不足。以某工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為例，對(duì)其力學(xué)性進(jìn)行了分析。

植被混凝土；邊坡綠化技術(shù)；力學(xué)性質(zhì)；試驗(yàn)研究

大連市作為一個(gè)山區(qū)丘陵城市，最近十多年來(lái)，城市建設(shè)發(fā)展很快，由于工程建設(shè)的需要，每年開(kāi)挖產(chǎn)生的邊坡多達(dá)100余處。由于勘察、設(shè)計(jì)及施工等原因，每到雨季，特別容易產(chǎn)生邊坡垮塌和地質(zhì)災(zāi)害事故。為了美化市容環(huán)境，解決大連市巖石邊坡的植被綠化問(wèn)題，采用植被混凝土邊坡綠化技術(shù)進(jìn)行邊坡生態(tài)恢復(fù)是一件有意義的事情。

植被混凝土邊坡綠化技術(shù)是三峽大學(xué)科研技術(shù)人員開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生態(tài)防護(hù)技術(shù)，它是集巖石工程力學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、硅酸鹽化學(xué)、園藝學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)及水土保持學(xué)科于一體的綜合環(huán)保技術(shù)。此技術(shù)主要應(yīng)用于坡度介于50°～80°各類坡面的生態(tài)修復(fù)。

1 植被混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

植被混凝土主要由砂壤土、水泥、有機(jī)質(zhì)、植被混凝土綠化添加劑組成，其中植被混凝土綠化添加劑是三峽大學(xué)的專利產(chǎn)品，該項(xiàng)技術(shù)在全國(guó)各地得到了廣泛的應(yīng)用，但是在大連地區(qū)應(yīng)用較少。其力學(xué)性質(zhì)及后續(xù)強(qiáng)度的研究相對(duì)不足。更為重要的是，植被混凝土和普通的混凝土存在幾個(gè)明顯的差別。第一，是骨料的粘結(jié)方式不同，植被混凝土水泥含量小，漿液不足以包裹整個(gè)骨料；第二，對(duì)骨料的要求不同。植被混凝土的骨料是某種性質(zhì)的土壤，而普通混凝土有粗、細(xì)骨料，對(duì)級(jí)配有一定的要求；第三，質(zhì)量的離散性不同。植被混凝土不是工業(yè)化生產(chǎn)方式，施工采用常規(guī)的噴射作業(yè)，各種材料拌合的均勻性較難控制，造成了力學(xué)強(qiáng)度的離散性較大，而普通的商品混凝土質(zhì)量控制容易，力學(xué)強(qiáng)度離散性小。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，植被混凝土不是真正意義上的混凝土，而是一種水泥土，是為了提高土的力學(xué)強(qiáng)度，而摻入了一定含量的水泥而已，其力學(xué)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法可以參照《土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。

植被混凝土初期強(qiáng)度對(duì)基材在邊坡的自身穩(wěn)定和物種發(fā)芽有重要影響。以植被混凝土基材為研究對(duì)象，以其3d齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為初期強(qiáng)度的代表值，對(duì)基材初期強(qiáng)度特征進(jìn)行研究。以水泥摻量、有機(jī)質(zhì)摻量為影響因素，分別設(shè)計(jì)單因素影響試驗(yàn)。

2 植被混凝土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料、方法

試驗(yàn)材料有土、水泥、有機(jī)質(zhì)、植被混凝土綠化添加劑和水。土取自大連市黃泥川水庫(kù)某位置表土，其物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。水泥為P.O.325普通硅酸鹽水泥（大連小野田水泥），干密度為3.10g，有機(jī)質(zhì)采用稻殼（從普蘭店農(nóng)村購(gòu)買），植被混凝土綠化添加劑為三峽大學(xué)綠野環(huán)保工程有限公司生產(chǎn)的專利產(chǎn)品19JLY—2型混凝土綠化添加劑，水為黃泥川水庫(kù)水。

先將土樣烘干，磨碎，過(guò)篩，制成干粉土，然后按設(shè)計(jì)的配比稱取干粉土、水泥、有機(jī)質(zhì)和植被混凝土綠化添加劑，注水?dāng)嚢柚辆鶆?，?次裝入模具中擊實(shí)成型，制成直徑為3.91cm、高8cm的圓柱體試樣。靜置24h后脫模，脫模后用塑料袋密封裝好，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至3d齡期。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)使用CMT4000-10微控電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，為應(yīng)變控制式，試樣加載速率恒定為0.6～1.2mm/min。

表1 土樣的物理力學(xué)指標(biāo)

試驗(yàn)分2組進(jìn)行，其中水泥摻量αw為水泥質(zhì)量占干土質(zhì)量的百分比(%)；齡期取為3d；有機(jī)質(zhì)摻量αom為有機(jī)質(zhì)質(zhì)量占干土質(zhì)量的百分比(%)；水灰比W/C為植被混凝土基材中水質(zhì)量與水泥質(zhì)量之比，按0.5定值。植被混凝土綠化添加劑摻量為按水泥摻量的50%恒定取值。

考察植被混凝土基材在2種單影響因素下初期抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，每個(gè)影響因素3個(gè)配比，每個(gè)配比3個(gè)平行試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)表2：

表2 植被混凝土基材初期強(qiáng)度試驗(yàn)內(nèi)容

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 植被混凝土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入比的關(guān)系

表3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入比的關(guān)系

2.2.2 植被混凝土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與有機(jī)質(zhì)摻入比的關(guān)系（見(jiàn)表4）

表4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與有機(jī)質(zhì)摻入比的關(guān)系

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

(1)植被混凝土基材初期強(qiáng)度受水泥摻量、有機(jī)質(zhì)摻量等因素影響，影響程度從大至小依次為水泥摻量大于有機(jī)質(zhì)摻量；隨著水泥摻量的增大，基材強(qiáng)度增加；隨著有機(jī)質(zhì)摻量的增大，植被混凝土基材初期強(qiáng)度減小。

(2)工程實(shí)際應(yīng)用中水泥摻量的減小利于基材pH值降低，有機(jī)質(zhì)摻量的增加可提高基材的孔隙率，這都有利于植被在基材中的生長(zhǎng)和發(fā)育。因此，在植被混凝土生態(tài)防護(hù)的工程實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)邊坡情況及實(shí)施條件，計(jì)算植被混凝土基材保持自身穩(wěn)定所必須的最小初期強(qiáng)度，再根據(jù)預(yù)測(cè)模型估計(jì)基材最小水泥摻量和最大有機(jī)質(zhì)摻量，既可保證工程實(shí)施初期基材的自身穩(wěn)定性，又有利于邊坡后期植被的恢復(fù)和持久生長(zhǎng)。

3 植被混凝土初期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度的試驗(yàn)比較

采用直剪慢剪試驗(yàn)方法，比較原狀土、植被混凝土初期及施工三年后的強(qiáng)度，了解土體強(qiáng)度變化情況。

3.1 植被混凝土初期直剪試驗(yàn)研究

植被混凝土按照標(biāo)準(zhǔn)配比，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3d，取樣進(jìn)行直剪慢剪試驗(yàn)。試樣數(shù)為3個(gè)，取平均值。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 植被混凝土初期直剪強(qiáng)度

從試驗(yàn)結(jié)果得出：c=28kPa，φ=26°

3.2 植被混凝土噴射施工3年后的直剪試驗(yàn)研究

從噴射3年后的植被混凝土邊坡取土樣，進(jìn)行直剪慢剪試驗(yàn)。試樣數(shù)為3個(gè)，取平均值。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

從試驗(yàn)結(jié)果得出：c=15kPa，φ=21.5°

3.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)原狀土直剪試驗(yàn)、植被混凝土初期及3年后的直剪試驗(yàn)可知，植被混凝土初期強(qiáng)度較原狀土有一定的提高，主要由于摻加了水泥的結(jié)果；而后期的內(nèi)摩擦角反而較原狀土降低，原因主要是因?yàn)殡S著植物根系的分蘗與死亡；水分的蒸發(fā)與吸收；有機(jī)質(zhì)的進(jìn)入與分解；各種陰陽(yáng)離子的電解與結(jié)合；以及表層土體的凍融。長(zhǎng)期來(lái)看，隨著時(shí)間的推移，植被混凝土又風(fēng)化恢復(fù)成土狀。

圖2 植被混凝土噴射3年后直剪強(qiáng)度

4 結(jié)論

植被混凝土邊坡綠化技術(shù)在大連地區(qū)的實(shí)踐證明,該技術(shù)具有施工簡(jiǎn)便，造價(jià)合理，綠化效果好等優(yōu)點(diǎn)。由于冬季較寒冷，表層混凝土強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移，強(qiáng)度逐漸降低，風(fēng)化為原狀土狀態(tài)，但此時(shí)植被已經(jīng)覆蓋，強(qiáng)度因素對(duì)邊坡的影響可以忽略。

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Experimental Investigation of Strength of Vegetation-Growing Concrete

WANG Xiao-hua
(Dalian Vocational&Technical College, Dalian Liaoning 116200,China)

The vegetation-growing concrete slope greening technology is an exclusive technology for steep rock slope greening invented by the Three Gorges College.It has been applied in Dalian in recent years,but its mechanical properties and subsequent intensity were not yet researched enough.Taking a project testing ground as an instance the paper analyzed its mechanical properties.

vegetation-growing concrete；slope greening technology；mechanical properties；experimental study

TU528

A

1004-5716(2015)12-0010-03

2014-12-14

2014-12-16

大連市建委科研資助項(xiàng)目（DL2012-005）。

王曉華（1974-），女（漢族），山西朔州人，副教授，研究方向：建筑施工。