頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土制備與植生試驗(yàn)研究

，，1b,，大翔， ，，，

(1.三峽大學(xué) a.土木與建筑學(xué)院；b.三峽地區(qū)庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002;2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002)

頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土制備與植生試驗(yàn)研究

劉琦1a，夏振堯1a，1b,2，劉大翔1b，2，張倫1a，姚小月2，許文年1a，2

(1.三峽大學(xué) a.土木與建筑學(xué)院；b.三峽地區(qū)庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002;2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002)

2017,34(12):115-121

為了研究頁(yè)巖陶粒的顆粒級(jí)配對(duì)植生型多孔混凝土密度、抗壓強(qiáng)度、空隙率以及內(nèi)部空隙pH值的影響，設(shè)置2種頁(yè)巖陶粒顆粒級(jí)配，測(cè)其堆積密度、表觀密度、空隙率和吸水率等基本物理性質(zhì)，對(duì)頁(yè)巖陶粒進(jìn)行植生型多孔混凝土的配合比設(shè)計(jì)計(jì)算。黃棕壤土中摻雜適量的粉煤灰、復(fù)合肥、FeSO4和醋酸乙烯乳液制成改性土壤，改性土壤、腐殖質(zhì)、蛭石粉末按2∶2∶1的比例加水調(diào)成流動(dòng)度為210～240 mm的種植基質(zhì)漿體，采用上置式和中置式2種種植構(gòu)造進(jìn)行植生試驗(yàn)。結(jié)果表明：12組植生型多孔混凝土的密度隨顆粒級(jí)配和設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率的變化在600～800 kg/m3之間變化，28 d齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度在5 MPa以上，內(nèi)部空隙部位的pH值在11～12之間；配制的種植基質(zhì)取得了良好的植生效果，在必要的養(yǎng)護(hù)和管理?xiàng)l件下，植物完全可以在2種種植構(gòu)造中健康地生長(zhǎng)。

頁(yè)巖陶粒；多孔混凝土；密度；pH值；抗壓強(qiáng)度；空隙率；植生

1 研究背景

植生型多孔混凝土是由粗骨料和水泥膠結(jié)而成的一種物理堆聚(不同粒徑的粗骨料通過不同的排列方式形成的堆聚體)結(jié)構(gòu)，一般不含有細(xì)骨料，其主要特征是具有連續(xù)空隙結(jié)構(gòu)、透水率和空隙率較高[1]。植生型多孔混凝土利用內(nèi)部的連續(xù)空隙結(jié)構(gòu)為植物根系提供生長(zhǎng)發(fā)育空間，使植物能在上面生長(zhǎng)，這種混凝土可用于房屋、市政工程坡面結(jié)構(gòu)以及邊坡支護(hù)、江河護(hù)岸等表面的綠化與保護(hù)[2-3]。

在江河、湖泊、水庫(kù)等經(jīng)常受水侵蝕且坡度稍大的岸坡，植生型多孔混凝土自身重力的大小對(duì)是否會(huì)引起岸坡巖土層的滑動(dòng)或脫落產(chǎn)生重要的影響[4]；而植生型多孔混凝土內(nèi)部空隙的pH值過大，則會(huì)對(duì)植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育起到制約作用[5]。目前對(duì)于植生型多孔混凝土的研究主要集中于配合比參數(shù)對(duì)多孔混凝土力學(xué)性能和耐久性等的影響，而對(duì)如何有效地降低植生型多孔混凝土的密度和內(nèi)部空隙的pH值則研究較少[1,6]。

本文以輕質(zhì)頁(yè)巖陶粒為粗骨料，采用絕對(duì)體積法以目標(biāo)空隙率為控制參數(shù)進(jìn)行植生型多孔混凝土的配合比設(shè)計(jì),研究頁(yè)巖陶粒的顆粒級(jí)配對(duì)植生型多孔混凝土密度、抗壓強(qiáng)度、空隙率以及內(nèi)部空隙pH值的影響。植生試驗(yàn)研究從護(hù)坡植物的選擇、植物生長(zhǎng)的必要條件、種植基質(zhì)的選擇和植生試驗(yàn)方法4個(gè)方面出發(fā)，在制備的植生型多孔混凝土上進(jìn)行植生試驗(yàn)，通過必要的養(yǎng)護(hù)和管理，使植物長(zhǎng)勢(shì)良好。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 植生型多孔混凝土材料

制備頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土所用的原材料包括頁(yè)巖陶粒、水泥和水。頁(yè)巖陶粒采購(gòu)于宜昌市匯騰陶粒制品貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的輕質(zhì)碎石型頁(yè)巖陶粒，其主要成分包括SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO。其中SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)高達(dá)60.3%，如表1。水泥采用的是宜昌市弘洋水泥有限公司生產(chǎn)的標(biāo)號(hào)為42.5的普通硅酸鹽水泥，水為蒸餾水。

表1 頁(yè)巖陶?；瘜W(xué)成分

在植生型多孔混凝土的植生綠化中，植物根系必須能夠在混凝土內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育并且穿透多孔混凝土扎根于基層土中，因此在制備植生型多孔混凝土的過程中，粗骨料的選用尤為重要[7]。粗骨料粒徑太小植物根系很難穿透混凝土，粒徑太大又會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，因此通常選用粒徑在10～20 mm之間的粗骨料，且單一粒徑級(jí)配更有利于形成連續(xù)空隙[8-10]。本文設(shè)置2種頁(yè)巖陶粒的顆粒級(jí)配，如表2。分別測(cè)定2個(gè)頁(yè)巖陶粒組的顆粒堆積密度、表觀密度、空隙率和吸水率等主要物理性質(zhì)，如表3。

表2 頁(yè)巖陶粒顆粒級(jí)配組

表3 頁(yè)巖陶粒顆粒級(jí)配組的物理性質(zhì)

2.1.2 植生試驗(yàn)材料

本文選用廣泛應(yīng)用于邊坡防護(hù)綠化工程中的狗牙根進(jìn)行植生試驗(yàn)。狗牙根屬禾本科多年生草本植物，具有根狀莖及匍匐枝，匍匐枝的擴(kuò)展能力極強(qiáng)，適宜的土壤酸堿性范圍很廣(pH值為5.5～7.5)，在輕沙鹽堿地中生長(zhǎng)也較好，極耐熱且耐旱。由于狗牙根的耐踐踏性、侵占性、再生性及抗惡劣環(huán)境能力極強(qiáng)，耐粗放管理，且根系發(fā)達(dá)，常用于公路、鐵路等工程的固土護(hù)坡綠化和堤岸、水庫(kù)的水土保持，是極好的固土綠化和水土保持植物[11]。

土壤取自三峽大學(xué)翠屏山，類型為黃棕壤土。取深度為0.3 m的表層土，去除雜質(zhì)，風(fēng)干后搗碎過0.5 mm篩，測(cè)得土樣的pH值為6.4，選取3 kg的土樣制備種植基質(zhì)。

種植基質(zhì)中適當(dāng)添加粉煤灰、復(fù)合肥、FeSO4、醋酸乙烯乳液、腐殖質(zhì)和蛭石粉末進(jìn)行改性，如圖1所示。

其中，粉煤灰可為植物提供可溶性硅、鈣、鎂等養(yǎng)分以及多種微量元素；復(fù)合肥可增加土壤的肥力，提高土壤的氮、磷、鉀含量；FeSO4使改性土壤偏酸性，用來(lái)中和植生型多孔混凝土中的堿性，使多孔混凝土中的種植基質(zhì)能適宜植物的生長(zhǎng)；醋酸乙烯乳液可提高土壤的抗沖刷能力[1,12]。

圖16種基質(zhì)改性材料

Fig.1Sixmaterialsforimprovingsubstrate

腐殖質(zhì)是以樹葉為原料，粉碎發(fā)酵而成，能為植物提供豐富的腐殖酸和有機(jī)物；蛭石粉末是一種無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，密度小，疏松透氣，保水排水性好，保肥性良好，用作種植基質(zhì)的添加劑[13-14]。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 植生型多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)

植生型多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)中，水灰比起著極其重要的作用，它決定著漿體的流動(dòng)性，既影響植生型多孔混凝土的強(qiáng)度，又影響植生型多孔混凝土的空隙率。已有研究表明[1-2,5,8]，當(dāng)水灰比在0.21～0.30范圍內(nèi)時(shí)，將漿體流動(dòng)度控制在150～200 mm易于攪拌成型，漿體不流淌，能均勻包裹粗骨料，且層底空隙無(wú)堵塞[1,15-16]。本文頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土的制備中，設(shè)置3種凈漿水灰比，分別為0.20，0.25，0.30。

土壤的空隙率為40%～60%，普通混凝土的空隙率只有4%左右，相關(guān)研究[1-2,5,8,11,14]認(rèn)為隨著種植植物和實(shí)際應(yīng)用的不同，植生型多孔混凝土的設(shè)計(jì)空隙率一般要求在30%左右。本文頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土的制備中，設(shè)置2種目標(biāo)空隙率，分別為27%，33%。

根據(jù)植生型多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)[1-2,5,17-18]，采用絕對(duì)體積法以目標(biāo)空隙率為控制參數(shù)進(jìn)行植生型多孔混凝土的配合比設(shè)計(jì)。膠結(jié)材漿體體積、粗骨料體積、目標(biāo)空隙體積之和為1 m3，各原材料用量按式(1)—式(4)計(jì)算。

WG=ρ1α。

(1)

式中：WG為單位體積粗骨料用量(kg/m3)；ρ1為粗骨料緊密堆積密度(kg/m3)；α為折減系數(shù)，按碎石型取值0.98。

(2)

式中:WJ為單位體積的水泥漿體用量(kg/m3)；ρ2為粗骨料表觀密度(kg/m3)；ρJ為水泥漿體密度，參照砂漿質(zhì)量密度測(cè)試方法，在水灰比分別為0.2，0.25，0.3情況下，計(jì)算得出膠結(jié)漿體的密度分別為2 273.3，2 163.1，2 070.5 kg/m3；R1為設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率(%)。

WC=WJ/(1+P) 。

(3)

式中：WC為單位體積水泥用量(kg/m3)；P為凈漿水灰比。

WW=WCP+WGn。

(4)

式中：WW為單位體積總用水量(kg/m3)；n為粗骨料吸水率。

不同配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的原材料用量見表4。

表4 不同配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的原材料用量

2.2.2 植生型多孔混凝土制備過程

植生型多孔混凝土的制備中，由于水泥用量少、無(wú)細(xì)骨料，新拌的植生型多孔混凝土流動(dòng)性較普通混凝土有很大程度的減小，漿體與粗骨料和粗骨料自身之間的內(nèi)摩擦力很大，攪拌時(shí)非常困難。如果不注意攪拌工序，弄混填料順序，漿體易粘結(jié)成團(tuán)，不僅難以拌合而且在結(jié)構(gòu)上很難形成連續(xù)的整體結(jié)構(gòu)[1,19]。

頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土的制備按以下步驟：①粗骨料和70%的水拌和，攪拌1 min；②加入50%的水泥，攪拌1 min；③加入剩余的50%的水泥和30%的水拌和，攪拌2 min；④將新拌的混凝土分3層鋪裝到100 mm的立方塊模具中，每層用直徑16 mm的鐵棒插搗20次，裝滿后先機(jī)械振動(dòng)20 s，然后施加0.1～0.5 MPa的壓力[1，20-22]。

成型后，直接將試塊連同試模一起放到實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)，并在植生型多孔混凝土的早期養(yǎng)護(hù)階段不定期地向混凝土表面灑少量的水以保持混凝土的濕潤(rùn)。由于植生型多孔混凝土的早期強(qiáng)度較低，養(yǎng)護(hù)24 h進(jìn)行拆模極易造成多孔混凝土試塊邊角的脫落，故試塊成型后隔天進(jìn)行拆模，拆模后繼續(xù)將試塊在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至齡期7，28 d[7,20-21,23]。

2.2.3 植生型多孔混凝土物理性質(zhì)測(cè)定

頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土試塊養(yǎng)護(hù)完成后，分別測(cè)定頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土的密度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、空隙pH值和有效空隙率。

密度的測(cè)定按照《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50164—2011)[24]中關(guān)于混凝土塊密度的測(cè)量方法，將在實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)7 d和28 d的多孔混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊放在墊有托盤的高精度電子天平中稱其質(zhì)量，每種配合比的混凝土測(cè)3個(gè)試樣，取平均值。

在達(dá)到養(yǎng)護(hù)期齡前1～2 d時(shí)，將在實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊取出，用水泥漿對(duì)試塊的受壓面和底面進(jìn)行水泥抹面，保證植生型多孔混凝土試件在做抗壓試驗(yàn)時(shí)的承壓面面積不出現(xiàn)大的偏差[1,20-21]。采用NYL2000D型試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試多孔混凝土在齡期7 d和28 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度。

目前，多孔混凝土內(nèi)部空隙pH值的測(cè)量方法無(wú)國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，一般試驗(yàn)都采用固液萃取法測(cè)定堿度，具體步驟為：①?gòu)膶?shí)驗(yàn)室中取出達(dá)到齡期的混凝土試塊進(jìn)行破碎，充分研磨，過0.1 mm篩；②稱取8～10 g，加入到含10倍質(zhì)量蒸餾水的瓶中；③用毛玻璃塞塞緊防止碳化，每隔5 min搖動(dòng)均勻一次，2 h后使用酸度計(jì)測(cè)定pH值[25-26]。

將頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土試塊浸泡24 h后，在水中稱取其質(zhì)量m1。將試件從水中取出，擦干表面多余的水分并烘干內(nèi)部吸入的水，待到試件的質(zhì)量恒定后稱取試件在空氣中的質(zhì)量m2。有效空隙率R[1]的計(jì)算公式為

(5)

式中：ρw為水的密度(g/cm3)；V0為試件的外觀體積(cm3)。

2.2.4 配制種植基質(zhì)

根據(jù)植生型多孔混凝土的特點(diǎn)，適合植物生長(zhǎng)的種植基質(zhì)應(yīng)該具有滿足堿性中和能力、保吸水能力、肥力、材料易填充性和抗沖刷能力等特點(diǎn)[12,27-28]。

取三峽大學(xué)翠屏山上的土壤，土壤類型為黃棕壤土，在土壤中摻雜適量的粉煤灰、復(fù)合肥、FeSO4和醋酸乙烯乳液制成改性土壤。改性土壤、腐殖質(zhì)、蛭石粉末按質(zhì)量比例為2∶2∶1配制，加適量水調(diào)成流動(dòng)度為210～240 mm的種植基質(zhì)漿體。

2.2.5 種植構(gòu)造

在溫棚內(nèi)選取一塊1 m×2 m的荒地，將荒地翻新，去除雜草，整平土壤，為基層土。本文采用上置式和中置式2種種植構(gòu)造，如圖2所示。

(a)上置式(種子在腐殖質(zhì)中，且在多孔混凝土上方)

(b)中置式(種子在基質(zhì)中，且在多孔混凝土的空隙中)

圖2種植構(gòu)造

Fig.2Plantingstructures(a.seedsinhumusoverheadtheporousconcrete;b.seedsinsubstrateamongvoidsoftheporousconcrete)

上置式種植構(gòu)造如圖2(a)所示，種植基質(zhì)漿體完全填充植生型多孔混凝土的內(nèi)部空隙，在植生型多孔混凝土試塊的上方鋪一層約70 mm厚的、按10～15 g/m2的比例拌合有狗牙根種子的腐殖質(zhì)土；中置式種植構(gòu)造如圖2(b)所示，將按10～15 g/m2的比例拌有狗牙根種子的種植基質(zhì)漿體完全填充混凝土內(nèi)部空隙。2種種植構(gòu)造的混凝土試件均置于基層土上，為貼近自然環(huán)境，試件四周用基層土圍起來(lái)，及時(shí)用霧化管澆水灌溉[2]。

植生試驗(yàn)在2月底進(jìn)行，當(dāng)?shù)貧鉁乇容^低，溫棚內(nèi)的氣溫維持在15 ℃左右，濕度比較低。在植生后前期多陰雨天，溫度較低，光照時(shí)間較短；后期多晴天，溫度較高，光照時(shí)間長(zhǎng)。一個(gè)星期用霧化管澆一次水，定期清除雜草，半個(gè)月記錄一次植物的長(zhǎng)勢(shì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植生型多孔混凝土物理性質(zhì)

3.1.1 密度

由表5可知：混凝土的密度隨顆粒級(jí)配和設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率的變化而變化，一般在600～800 kg/m3之間，與普通混凝土的密度(1 900～2 500 kg/m3)相比是很小的；在同一顆粒級(jí)配下，隨設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率的增加，植生型多孔混凝土的密度降低。

3.1.2 抗壓強(qiáng)度

由表6可知，混凝土試塊在實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)達(dá)到28 d齡期時(shí)，其抗壓強(qiáng)度基本上在5 MPa以上。由于顆粒級(jí)配2比顆粒級(jí)配1的級(jí)配更加優(yōu)良，所以在相同的水灰比、設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率和養(yǎng)護(hù)齡期下，顆粒級(jí)配2的100 mm立方體混凝土試件比顆粒級(jí)配1的100 mm立方體混凝土試件的抗壓強(qiáng)度要大。同時(shí)顆粒級(jí)配1的100 mm立方體混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度變化幅度比顆粒級(jí)配2大。

表5 植生型多孔混凝土的密度

表6 植生型多孔混凝土立方塊的抗壓強(qiáng)度

在同一顆粒級(jí)配和設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率下，隨著水灰比變大，相同齡期的混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度總體呈輕微上升趨勢(shì)。因?yàn)闉榱吮ＷC多孔混凝土強(qiáng)度的同時(shí)要保證混凝土的空隙率，所以相較普通混凝土而言，制備多孔混凝土?xí)r水灰比的取值偏低。而本文采用的頁(yè)巖陶粒的空隙率和吸水率較高，對(duì)水泥漿體的實(shí)際含水量有一定的影響，所以水灰比越大，水泥水化越完全，混凝土的強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。

3.1.3 pH值

由表7可以看出，在28 d齡期下植生型多孔混凝土的內(nèi)部空隙部位的pH值在11～12之間，比普通混凝土的值偏低，這主要是因?yàn)槎嗫谆炷恋膬?nèi)部空隙大且多，接觸空氣的機(jī)會(huì)大，碳化作用明顯。在本文中，以頁(yè)巖陶粒為粗骨料進(jìn)行植生型多孔混凝土的制備時(shí)，粗骨料在硬化過程中不會(huì)與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)植生型多孔混凝土空隙中的pH值不會(huì)產(chǎn)生影響。

表7 混凝土內(nèi)部空隙部位的pH值

3.1.4 有效空隙率

根據(jù)表8可以看出，在顆粒級(jí)配1下，隨著設(shè)計(jì)空隙率的增大，實(shí)測(cè)有效空隙率越來(lái)越接近設(shè)計(jì)值，而顆粒級(jí)配2的情況則相反，其中顆粒級(jí)配1為11～20 mm粒徑的粗骨料，顆粒級(jí)配2為8～20 mm粒徑的粗骨料。這說明當(dāng)預(yù)留空隙增大時(shí)，就越容易形成連通或者半連通空隙。由于大粒徑粗骨料拌合物的壓實(shí)程度遠(yuǎn)小于小粒徑粗骨料拌合物，小粒徑粗骨料的堆聚體結(jié)構(gòu)更加致密，從而對(duì)多孔混凝土的預(yù)設(shè)目標(biāo)空隙率有較大的影響。

表8 混凝土實(shí)測(cè)有效空隙率

3.2 植生結(jié)果與分析

3.2.1 植生結(jié)果

在必要的養(yǎng)護(hù)和管理?xiàng)l件下，植物的生長(zhǎng)情況如圖3—圖5所示。

(a)顆粒級(jí)配1

(b)顆粒級(jí)配2

圖3不同顆粒級(jí)配上置式種植構(gòu)造30,45,60d植物的生長(zhǎng)狀況

Fig.3Growthconditionsofplantsinporousconcreteofdifferentparticlegradationsattheageof30,45,and60days(plantingstructurea)

3.2.2 植生結(jié)果分析與討論

(1)如圖3和圖4，植生試驗(yàn)前期大多為陰雨天，溫棚內(nèi)的溫度、濕度均較低，在30 d左右可以看到有少量的植物幼苗，植物種子發(fā)芽率僅為5%～10%，幼苗高度在0.5 cm左右；接下來(lái)的15 d內(nèi)，隨著天氣的變暖，溫棚內(nèi)的溫度與濕度急劇上升，植物種子有大量出芽的跡象并持續(xù)生長(zhǎng)，在植生試驗(yàn)45 d左右，狗牙根長(zhǎng)勢(shì)良好且大部分種子已發(fā)芽完畢，植株高度在3～5 cm之間；在植生試驗(yàn)60 d時(shí)，狗牙根長(zhǎng)勢(shì)旺盛，植株高度已達(dá)10 cm以上，植株覆蓋度達(dá)95%以上。

(a) 顆粒級(jí)配1

(b) 顆粒級(jí)配2

(a) 剖面圖 (b)側(cè)面圖

圖5中置式種植構(gòu)造多孔混凝土空隙填充情況

Fig.5Photosofvoidfillingofporousconcrete(plantingstructureb)

(2)顆粒級(jí)配組1為不良顆粒級(jí)配，多孔混凝土塊主要是由大粒徑頁(yè)巖陶粒澆筑而成，內(nèi)部空隙大且多；顆粒級(jí)配組2的顆粒級(jí)配良好，多孔混凝土塊由連續(xù)變化粒徑的頁(yè)巖陶粒澆筑而成，內(nèi)部空隙相對(duì)較少且小。植生試驗(yàn)30 d時(shí)，植物剛出芽，長(zhǎng)勢(shì)無(wú)差別；植生試驗(yàn)45 d時(shí)，不論在上置式種植構(gòu)造還是中置式種植構(gòu)造中，顆粒級(jí)配1制備的多孔混凝土中植株的密度和長(zhǎng)勢(shì)都比顆粒級(jí)配2的要好，這種現(xiàn)象在植生試驗(yàn)60 d時(shí)更加明顯，說明骨料的粒徑對(duì)植物綠化的效果有很大影響。

(3)上置式種植構(gòu)造中，植生試驗(yàn)早期植物受多孔混凝土堿性環(huán)境影響較小，容易生根發(fā)芽，植株密度大，綠化快。中置式種植構(gòu)造中，植物的成活率較高，也能較快地產(chǎn)生綠化效果，但受限于多孔混凝土表面的空隙密度，故植株的密度不如上置式種植構(gòu)造中的大。但是2種種植構(gòu)造中，植物的長(zhǎng)勢(shì)一樣，說明種植基質(zhì)的堿性中和能力、保吸水能力和肥力良好，種植基質(zhì)的配比優(yōu)良。

(4)如圖5所示，種植基質(zhì)能有效地填充多孔混凝土的內(nèi)部空隙，多孔混凝土利用內(nèi)部空隙作為植物根系生長(zhǎng)的空間，而種植基質(zhì)為植物的初期生長(zhǎng)提供所必須的養(yǎng)分。植生試驗(yàn)后期，植物根系通過多孔混凝土中的連通孔穿透混凝土，扎根于基層土壤。

(5)上置式種植構(gòu)造中，種植層為覆蓋在植生型混凝土上方的腐殖質(zhì)，此構(gòu)造對(duì)腐殖質(zhì)層的抗沖刷性和保吸水能力有較高的要求；中置式種植構(gòu)造中，種植層為植生型混凝土中的種植基質(zhì)漿體，與上置式相比，在植物生長(zhǎng)初期對(duì)種植基質(zhì)的抗堿能力有較高的要求。

4 結(jié) 論

本文從保證植生型混凝土空隙率和抗壓強(qiáng)度，同時(shí)降低植生型混凝土密度的目的出發(fā)，采用輕質(zhì)碎石型的頁(yè)巖陶粒制備植生型多孔混凝土，結(jié)論如下：

(1)在不摻雜任何添加劑的情況下，頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土的密度為普通多孔混凝土密度的1/3左右，28 d齡期的抗壓強(qiáng)度在5 MPa以上，能滿足邊坡防護(hù)綠化中對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求。

(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，粗骨料的顆粒級(jí)配對(duì)植生型多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度和植生試驗(yàn)的效果都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，在植生型多孔混凝土的工程實(shí)踐中，應(yīng)對(duì)粗骨料的顆粒級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化。

(3)植生試驗(yàn)中的溫度、濕度及光照等環(huán)境條件對(duì)種子的發(fā)芽時(shí)間和發(fā)芽率有很大的影響，因此應(yīng)選擇在合適的季節(jié)和氣候條件下進(jìn)行植生試驗(yàn)。

(4)種植基質(zhì)要求有良好的物理、化學(xué)特性，包括堿性中和能力、保吸水能力、肥力、抗沖刷能力和易填充性，本文配制的種植基質(zhì)取得了良好的植生效果，種植基質(zhì)的配比優(yōu)良。

試驗(yàn)結(jié)果表明，頁(yè)巖陶粒植生型多孔混凝土在降低自身對(duì)岸坡巖土層影響的條件下，既能提供滿足邊坡穩(wěn)定的強(qiáng)度又能進(jìn)行植生，可以與大自然和諧共存，對(duì)保護(hù)環(huán)境有積極的作用，值得推廣。

[1] 劉海峰.環(huán)境友好型植物生長(zhǎng)多孔混凝土的研究與應(yīng)用[D].南京:東南大學(xué),2004.

[2] 張 蔚.植生混凝土種植構(gòu)造及營(yíng)養(yǎng)土的配制研究[J].混凝土,2012,(11):124-127.

[3] YANAGIBASHI K,YONEZAWA T.Properties and Performance of Green Concrete[C]∥Recent Advances in Concrete Technology. Tokushima, Japan. June 7-11, 1998:141-158.

[4] 張盛斌.針對(duì)城區(qū)河道的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究[D].廣州:暨南大學(xué),2011.

[5] 邢振賢,柴琰琰,張艷鴿.無(wú)砂大孔生態(tài)混凝土關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)述[J].人民長(zhǎng)江,2011,42(7):74-76.

[6] 黃劍鵬.適于南方城市河道的護(hù)砌植生混凝土研制及性能研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2011.

[7] 顏小波.多孔生態(tài)混凝土的制備與性能研究[D].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué),2013.

[8] 楊 毅.陶?；炷恋娜舾苫拘阅芘c構(gòu)件承載力可靠性研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2009.

[9] 奚新國(guó),許仲梓.黏土陶粒制備多孔混凝土的初步研究[J].建筑技術(shù),2013,44(11):1028-1030.

[10] 彭 波.植生型多孔混凝土護(hù)岸的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2013.

[11] 蔣友新,張開猛，譚克峰，等.植生型多孔混凝土的配合比及力學(xué)性能研究[J].混凝土,2006,(12):22-24.

[12] 姜德民,王鳳春,白子剛，等.正交設(shè)計(jì)在環(huán)保型綠化混凝土種植中的應(yīng)用[J].混凝土, 2004,(11):74-77.

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

[14] 許燕蓮,李榮煒，譚學(xué)軍，等.植被型多孔混凝土的制備與植生試驗(yàn)[J].新型建筑材料,2009,36(2):16-20.

[15] CHINDAPRASIRT P, HATANAKA S, CHAREERAT T,etal. Cement Paste Characteristics and Porous Concrete Properties[J].Construction and Building Materials,2008,22(5):894-901.

[16] 吳 磊.生態(tài)植草混凝土工程應(yīng)用研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2011.

[17] 霍俊芳.輕骨料混凝土的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].建筑技術(shù),2009,40(4):363-365.

[18] EDVARDSEN C. Green Concrete Sustainable Design and Maintenance of Concrete Structures[C]∥American Concrete Institute. Fifth CANMET/ACI International Conference on Durability of Concrete. Manaus, Amazon State, Brazil, June 18-20, 2008:607-617.

[19] MALHOTRA V M. No-fines Concrete: Its Properties and Applications[J]. ACI Journal,1976,(11):628-644.

[20] 張朝輝.多孔植被混凝土的研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006.

[21] 王成名.再生磚骨料植生混凝土制備技術(shù)和工程應(yīng)用研究[D].濟(jì)南:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[22] PARK S B, TIA M. An Experiment Study on the Water-purification Properties of Porous Concrete[J].Cement and Concrete Research,2004,34(2):177-184.

[23] 佟 潔.植生型生態(tài)混凝土材料制備及其凈水性能研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2014.

[24] GB 50164—2011, 混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[25] 黃劍鵬,胡勇有.植生型多孔混凝土的制備與性能研究[J].混凝土,2011,(2):101-104.

[26] 李政啟, 相 陽(yáng),李家明，等.植生型無(wú)砂多孔生態(tài)混凝土性能評(píng)述[J].建筑節(jié)能,2012,40(4):50-53.

[27] 劉夢(mèng)溪，盧經(jīng)揚(yáng)，于得水.可恢復(fù)植被的環(huán)?；炷林采囼?yàn)研究[J].混凝土,2007,(6):106-109.

[28] 蔣友新，張開猛，繆緩鈺.植生型多孔混凝土植物生長(zhǎng)適應(yīng)性研究[J]. 路基工程,2008, (3):52-54.

Shale Ceramsite Porous Concrete for Plant Growing: Preparation and Planting Test

LIU Qi1, XIA Zhen-yao1,2,3, LIU Da-xiang2,3, ZHANG Lun1, YAO Xiao-yue3, XU Wen-nian1,3

(1.College of Civil Engineering & Architecture, China Three Gorges University, Yichang 443002, China; 2.Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area under Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang 443002, China; 3.Collaborative Innovation Center for Geo-hazards and Eco-environment in Three Gorges Area of Hubei Province, Yichang 443002, China)

The aim of this research is to study the influence of grain size distribution of shale ceramsite on the bulk density, compressive strength, void ratio and pH value in the internal voids of porous concrete for plant growing. First of all, we set up two groups of grain size distribution of shale ceramsite, and measured the basic physical properties such as stack density, apparent density, void ratio and bibulous rate for mixture proportion design. Furthermore, we added fly ash, compound fertilizer, FeSO4and vinyl acetate emulsion into yellow brown loam to prepare modified soil, which was further mixed with humus and vermiculite powder in a proportion of 2∶2∶1 to obtain planting substrate flurry of a fluidity of 210-240 mm. Then we carried out planting tests with two planting structures: a. seeds in humus overhead the porous concrete; b. seeds in substrate among voids of the porous concrete. Test results showed that with the changes of grain size distribution and target void ratio, the bulk density of 12 groups of porous concrete varied between 600-800 kg/m3; compressive strength of the porous concrete at the age of 28-day was above 5 MPa; and the pH value of internal voids between 11 to 12. Under necessary maintenance and management conditions, plants could completely grow well in the porous concrete, indicating that the mixture proportion of planting substrate is good.

shale ceramsite; porous concrete; bulk density; pH value; compressive strength; void fraction; vegetating

10.11988/ckyyb.20160800

2016-08-09；

2016-09-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41202250)；長(zhǎng)江科學(xué)院開放研究基金項(xiàng)目(CKWV2015205/KY)；三峽大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(SDYC2016023)

劉 琦(1992-)，男，山西大同人，碩士研究生，主要從事水土保持與生態(tài)修復(fù)研究，(電話)15549308781(電子信箱)1543594118@qq.com。

夏振堯(1981-)，男，湖北武漢人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事水土保持與生態(tài)修復(fù)研究，(電話)0717-6392300(電子信箱)xzy_yc@126.com。

TU528.2

A

1001-5485(2017)12-0115-07

(編輯：占學(xué)軍)