小河流護(hù)坡植草混凝土性能影響因素研究

(文成縣大峃鎮(zhèn)人民政府，浙江 溫州 325300)

小河流護(hù)坡植草混凝土性能影響因素研究

劉宏

(文成縣大峃鎮(zhèn)人民政府，浙江 溫州 325300)

傳統(tǒng)水利工程排水對(duì)原始生態(tài)河道造成難以恢復(fù)的破壞，阻隔了河流與生態(tài)陸地的水循環(huán)。本文介紹了植草混凝土的制備原理與其各種性能的測(cè)定方法，并且設(shè)計(jì)了植草混凝土的配合比方案，分析了能夠影響植草混凝土的孔隙率、抗沖刷強(qiáng)度、抗壓、抗折等性能的各種因素，獲得植草混凝土的最佳配合比方案。在最佳配合比方案下，對(duì)植草混凝土進(jìn)行植生試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)植物能夠很好地生長(zhǎng)在植草混凝土護(hù)坡上，說(shuō)明該配合比方案符合小河流治理的相關(guān)性能指標(biāo)要求，為小河流治理提供科學(xué)依據(jù)。

小河流治理；植草混凝土；配合比；植生試驗(yàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)河流的不合理開發(fā)對(duì)原始的生態(tài)循環(huán)造成了嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)了河流湖泊退化、水質(zhì)污染以及水資源短缺等許多問題，所以使用環(huán)保型護(hù)岸材料是生態(tài)河道治理的必然趨勢(shì)。植草混凝土是將骨料粒徑作為骨架，在孔隙中添加利于植物生長(zhǎng)的適生材料，并且在表層覆蓋一層土壤，植物可以在其中茁壯生長(zhǎng)的護(hù)岸材料[1]。在小河流護(hù)坡中應(yīng)用植草混凝土技術(shù)，不僅可以凈化水質(zhì)、濾水保土、美化環(huán)境，而且還可以穩(wěn)定邊坡護(hù)岸，取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，在降低混凝土對(duì)河流污染和減少水泥使用方面具有重要意義[2]。植草混凝土通過結(jié)合土壤學(xué)、植物學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)等知識(shí)理論，以多孔混凝土作為受力骨架，構(gòu)成具有生態(tài)植物與工程結(jié)構(gòu)的防護(hù)體系，在防護(hù)坡岸中是一種理想的護(hù)坡技術(shù)[3]。如何在小河流綜合治理中應(yīng)用植草混凝土護(hù)坡技術(shù)，確定出具有良好生態(tài)效益并且符合小河流治理工程標(biāo)準(zhǔn)的植草混凝土配合比顯得尤為重要[4]。本文介紹了植草混凝土的制備原理與其各種性能的測(cè)定方法，并且設(shè)計(jì)了植草混凝土的配合比方案，分析了能夠影響植草混凝土的孔隙率、抗沖刷強(qiáng)度、抗壓以及抗折等性能的各種因素，獲得植草混凝土的最佳配合比方案。在最佳配合比方案下，通過植草混凝土的植生試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)植物能夠很好地生長(zhǎng)在植草混凝土護(hù)坡上，說(shuō)明該配合比方案符合小河流治理的相關(guān)性能指標(biāo)要求。

1 植草混凝土制備原理及性能測(cè)定方法

植草混凝土是由細(xì)集料、粗集料、水泥、砂石、水、礦物質(zhì)摻合料和化學(xué)外加劑等均勻拌和制備而成，不僅可以滿足防洪抗沖的要求，而且能夠提供動(dòng)植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分。性能試驗(yàn)測(cè)試包括物理力學(xué)性能試驗(yàn)與配合比設(shè)計(jì)測(cè)試試驗(yàn)。具體方法為：在對(duì)應(yīng)模具中，按照一定比例加入水與膠凝材料，均勻攪拌，制成試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)30d后，測(cè)定其pH值與孔隙率，測(cè)試抗沖刷強(qiáng)度、抗壓以及抗折等性能。

制備試塊尺寸分別為120mm×120mm×120mm和100mm×100mm×300mm，使用萬(wàn)能液壓機(jī)對(duì)植草混凝土試塊進(jìn)行抗沖刷強(qiáng)度、抗壓以及抗折性能測(cè)試。

孔隙率是植生性能與植草混凝土的透水性的重要指標(biāo)，孔隙率包括全孔隙率和有效孔隙率[5]。采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)30d的抗壓試塊來(lái)測(cè)量有效孔隙率，體積為120mm×120mm×120mm，體積記作V0；加入一部分水到量筒中并讀取刻度值，水的體積記作V1，將試塊放入量筒，讀取刻度值，體積記作V2。有效孔隙率計(jì)算公式為

(1)

式中N1——植草混凝土試塊的有效孔隙率。

測(cè)試全孔隙率使用稱量法。試塊放入烘箱，60℃下恒溫烘烤24h，干燥器中冷卻至室溫，稱取試塊質(zhì)量M；全孔隙率計(jì)算公式為

(2)

式中V0——試塊標(biāo)準(zhǔn)體積，cm2；

ρt——植草混凝土試塊的理論密度；

M——試塊的干重，g；

N2——植草混凝土試塊的全孔隙率。

測(cè)定pH值采用“堿性釋放法”，水桶中放入植草混凝土抗折試塊，加水至水面剛剛浸沒試塊的表面，浸泡24h，使用 pH 測(cè)量?jī)x測(cè)量溶液的pH值。

2 植草混凝土最佳配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

體現(xiàn)植草混凝土工作性能的重要指標(biāo)分別為植草混凝土的孔隙率、抗沖刷強(qiáng)度、抗壓以及抗折等性能。本文對(duì)植草混凝土各性能進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，對(duì)植草混凝土的配合比設(shè)計(jì)、制備工藝與材料組成等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 植草混凝土的配合比設(shè)計(jì)

植草混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)之間為相互影響與相互制約的關(guān)系，比如增加孔隙率能夠降低混凝土強(qiáng)度，所以設(shè)計(jì)植草混凝土配合比需要綜合考慮多個(gè)因素，本文設(shè)計(jì)植草混凝土配合比設(shè)計(jì)方案見表1，植草混凝土配合比設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 植草混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

表2 植草混凝土配合比設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)結(jié)果

2.2 植草混凝土試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 膠凝漿體加入量對(duì)植草混凝土性能的影響

由表2得知，固定目標(biāo)孔隙率不變，增加膠凝漿體加入量時(shí)植草混凝土的實(shí)測(cè)孔隙率減小，并且膠凝漿體加入量增加50kg，實(shí)測(cè)孔隙率降低約3.1%。膠凝漿體的加入量為525～565kg/m3時(shí)，實(shí)測(cè)孔隙率為20%～21%，30d試塊強(qiáng)度為7.2～8.4MPa，滿足小河流治理中混凝土護(hù)坡強(qiáng)度的要求。當(dāng)目標(biāo)孔隙率為25%時(shí)，實(shí)測(cè)孔隙率與目標(biāo)孔隙率相差不大，但是抗壓強(qiáng)度低于7MPa，不符合小河流治理中混凝土護(hù)坡強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 含砂率對(duì)植草混凝土強(qiáng)度的影響

圖1 孔隙率為25%下含砂率對(duì)試塊的影響

圖2 孔隙率為20%下含砂率對(duì)試塊的影響

由圖1與圖2得知，增加含砂率，植草混凝土的強(qiáng)度也隨之增大。這是因?yàn)榧尤爰?xì)骨料河砂以后能夠增加混凝土的維勃稠度，使粗骨料之間的接觸面、點(diǎn)增多，同時(shí)增加粗骨料表面的膠凝漿體膜厚度，使植草混凝土的強(qiáng)度增大，所以加入適量的細(xì)骨料有利于增大植草混凝土的強(qiáng)度，但是加入量不能過多，否則植草混凝土過于嚴(yán)密，無(wú)法起到保土濾水的效果，所以含砂率推薦為11%～13%。

2.2.3 實(shí)測(cè)孔隙率對(duì)植草混凝土強(qiáng)度的影響

由圖3可知，當(dāng)植草混凝土的實(shí)際孔隙率增加時(shí)，其抗壓強(qiáng)度大體趨勢(shì)變低。實(shí)際孔隙率在20%～24.6%之間變化時(shí)，植草混凝土的抗壓強(qiáng)度減小幅度較小。原因是增加實(shí)際孔隙率時(shí)，膠凝漿體的加入量減少，隨之也減少了植草混凝土骨架結(jié)構(gòu)中骨料膠結(jié)面積。

圖3 實(shí)測(cè)孔隙率對(duì)試塊強(qiáng)度的影響

2.3 植草混凝土理論最佳配合比

通過以上分析，得出植草混凝土的最佳配合比，見表3。

表3 植草混凝土最佳配合比

3 植草混凝土植生性能試驗(yàn)

根據(jù)小河流治理工程對(duì)植草混凝土護(hù)坡強(qiáng)度和植物生長(zhǎng)所需的孔隙率，植生混凝土最佳配合比使用表3中的值。為了研究不同草種在植草混凝土中的生長(zhǎng)情況，植生性能試驗(yàn)選取高羊茅與馬尼拉為草種，以自然土壤為種植材料，按一定比例加入長(zhǎng)效復(fù)合肥和草木灰作為適生材料。高羊茅與馬尼拉的莖芽生長(zhǎng)情況見圖4與圖5。

圖4 高羊茅莖葉生長(zhǎng)情況

圖5 馬尼拉莖葉生長(zhǎng)情況

由圖4與圖5可知，草種播種30d內(nèi)生長(zhǎng)情況與植草混凝土厚度沒有直接關(guān)系，說(shuō)明種子前期生長(zhǎng)受環(huán)境影響因素不大，生長(zhǎng)所需要的水分與養(yǎng)分由種子自身提供，隨著生長(zhǎng)天數(shù)的增加，兩種植物的莖葉長(zhǎng)度伴隨著試塊厚度的增厚而增加，說(shuō)明植物后期生長(zhǎng)受周圍環(huán)境因素影響比較大，試塊厚度越大，植物越容易汲取自身生長(zhǎng)所需的水分與養(yǎng)分。

4 結(jié) 論

根據(jù)植草混凝土護(hù)坡材料的特點(diǎn)，本文介紹了植草混凝土的制備原理與其各種性能的測(cè)定方法，并且設(shè)計(jì)了植草混凝土的配合比方案，分析了能夠影響植草混凝土的孔隙率、抗沖刷強(qiáng)度、抗壓以及抗折等性能的各種因素，并且通過植生試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際工程中河流護(hù)岸的草種種植施工工藝，主要得到以下結(jié)論：

a. 通過分析得出植草混凝土最佳配合比為：1m3植草混凝土中水泥用量222kg，河砂用量222kg，碎石用量1485kg，水用量111L，SR-4用量3L以上。

b. 在植草混凝土最佳配比下，通過植生性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植物能夠在其中茁壯生長(zhǎng)，說(shuō)明植物根系可以穿過植草混凝土進(jìn)入自然土層吸收生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，使得自身根部與植草混凝土完美結(jié)合；也說(shuō)明該配合比方案符合小河流治理的相關(guān)性能指標(biāo)要求，為小河流治理提供科學(xué)依據(jù)，論證了植草混凝土生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在小河流治理中的可行性。

[1] 夏振堯, 許文年, 王樂華. 植被混凝土生態(tài)護(hù)坡基材初期強(qiáng)度特性研究[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(6): 1719-1724.

[2] 趙玉青, 邢振賢. 生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京： 中國(guó)水利水電出版社, 2016.

[3] 肖成志, 孫建誠(chéng), 劉曉朋. 三維土工網(wǎng)墊植草護(hù)坡效果的影響因素試驗(yàn)研究[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011(12): 1793-1799.

[4] 陳雄, 劉娟, 蔣凡. 植筋技術(shù)在江灘漿砌塊石護(hù)坡改造中的應(yīng)用[J]. 水利建設(shè)與管理, 2016, 36(10): 1-4.

[5] 賈佳. 防滲墻塑性混凝土抗壓性能的影響因素研究[J]. 中國(guó)水能及電氣化, 2016(2): 41-43.

Researchonfactorsaffectingsmallriverslopegrassconcreteperformance

LIU Hong

(WenchengDaxueTownPeople’sGovernment,Wenzhou325300,China)

Drainage of traditional water conservancy projects leads to irreduciable damage to original ecological river channels. Water cycle between river and ecological land is blocked. In the paper, the preparation principle of hermophytic concrete and measurement methods of various performances are introduced. The mixing ratio plan of hermophytic concrete is designed. Various factors affecting hermophytic concrete porosity, anti-scouring strength, compressive strength, flexural performance, etc. are analyzed. The optimum mixing ratio plans of hermophytic concrete are obtained. And hermophytic concrete undergoes a plant-growing test. It is discovered that plants can well grow on the plant concrete slope. It is obvious that the mixing ratio plan is consistent with relevant performance index of the small river governance, thereby providing scientific basis for small river control.

small river control; hermophytic concrete; mixing ratio; plant-growing test

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.11.020

TV85

A

2096-0131(2017)011-0074-05