多孔混凝土配合比與水質凈化性能關系研究

(華北理工大學建筑工程學院 河北 唐山 063000)

一、引言

近年來我國工業(yè)化程度較高的城市中心區(qū)域，礦化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、硫酸鹽和PH值等嚴重超標，此外，我國湖泊水庫的氮、磷污染也日趨嚴重，主要表現(xiàn)在“富營養(yǎng)化”，嚴重影響了水體的功能以及危害水生生物，而且正在導致湖泊、水庫本身的消亡。因此，與多外水平還存在差距。在多孔混凝土水質凈化方面，同濟大學教授陳志山利用了生態(tài)混凝土設置了一套裝置為材料并研究其污水處理的效果。近年來東南大學的高建明教授在應用多孔混凝土進行江濱治理的研究中也取得了一定成果。本文從多孔混凝土的水質結構特點，提出多孔混凝土的配合比設計方法，總結了經驗公式，并推薦出多孔混凝土配合比的合理范圍。

二、多孔混凝土水質凈化性能

多孔混凝土是生態(tài)混凝土的一種類型，也可以叫做無砂大孔混凝土、透水混凝土，它是由水、水泥、粗骨料、添加劑(礦渣、硅粉等)、減水劑等組成。多孔混凝土內部有著連通空隙，水與空氣能夠很容易通過連通空隙，因此具有良好的滲透性。

三、多孔混凝土水質凈化機制

具體的多孔混凝土水質凈化機理可分為物理作用、化學作用、生化作用。

(1)物理作用：多孔混凝土的孔徑小，比表面積大，因此具有很好的過濾和吸附的功能，從而能達到凈化水質的效果。在用生態(tài)混凝土處理生活污水的研究結果中表明，多孔混凝土水質凈化效果主要與多孔混凝土的孔結構有關；

(2)生化作用：多孔混凝土內部連續(xù)孔隙為微生物和植物提供了合適的生存環(huán)境，大量好氧性和厭氧性細菌在多孔混凝土內外表面繁衍，使得多孔混凝土在與水體接觸中能充分發(fā)揮生物膜作用，降解水中污染物質達到水質凈化的效果。[1]

四、多孔混凝土配合比設計

(一)設計要求

多孔混凝土的結構特點是用膠結材料漿體包裹粗骨料，使粗骨料相互粘結成一個整體，粗骨料之間形成的孔隙使多孔混凝土具有滲透性，孔隙中為微生物提供了合適的生存環(huán)境，從而達到凈化水質的效果。[2]

1.滲透系數

滲透系數作為多孔混凝土的排水性能參數是比較恰當的。有研究得出空隙率和滲透系數之間的關系式：

k=0.2η0-2.76(R2=0.86)

(1)

k=0.2ηe-0.73(R2=0.94)

(2)

η0——全空隙率;ηe——連通空隙率；k——滲透系數。

可以從式(1)、(2)中看出，滲透系數與空隙率成正比，而且連通空隙率(即有效孔隙率)與滲透系數的相關性要優(yōu)于全空隙率與滲透系數的相關性，因為在排水過程中，只有連通空隙產生作用。因此在配合比設計過程中，應采用連通空隙作為目標設計參數。[3]

2.強度

為了優(yōu)先保證多孔混凝土最主要的水質凈化性能，在配合比設計過程中，應該首先要滿足空隙率。在滿足空隙率的前提下，再通過改變膠結材料的強度和骨料粒徑來滿足強度要求。[4]

(二)設計方法

1.確定粗骨料用量

確定單位體積多孔混凝土骨料的用量根據下式進行計算;

Mg=ρg·α

(3)

Mg——單位體積多孔混凝土粗骨料用量，();

ρg——粗骨料的緊密堆積密度，()；

α——折減系數，碎石取0.98。

2.確定膠結材料漿體用量

單位體積多孔混凝土是由膠結材料漿體體積、骨料體積、空隙體積三部分組成，確定膠結材料漿體體積根據下式計算：

Mj=(1-Mg·ρg-RVoid)ρj

(4)

Mj——單位體積多孔混凝土膠結材料漿體的用量,()；

RVoid——目標空隙率；

ρj——是膠結漿體密度。

多孔混凝土的空隙率并不是越高越好，空隙率過高會影響強度，有研究得出多孔混凝土目標空隙率合理范圍是20%—30%。

3.確定水灰比

確定一個合理的水灰比在多孔混凝土制作過程中至關重要，水灰比影響膠結材料漿體的流動度在混凝土參考標準《水泥膠砂流動度測定方法》，在對膠結材料漿體的流動度進行測試中得出，多孔混凝土的合理水灰比范圍是0.33—0.45.[5]

4.確定水泥和水的用量

確定單位體積多孔混凝土中水泥和水的用量根據下式計算：

(5)

Mω=Mj-Mc

(6)

Mc——單位體積多孔混凝土的水泥用量，();

Mω——是單位體積多孔混凝土的拌合水用量()；

五、結語

根據多孔混凝土水質凈化性能和結構特點。

注意：

(1)多孔混凝土設計時不需考慮砂率問題，粗骨料用量基本只要考慮其的緊密堆積密度即可；

(2)在多孔混凝土配合比設計中，應首先滿足空隙率，并且以連通空隙作為設計參數。[6]

(3)粉煤灰、礦渣、硅粉等摻和料可以提高膠結材料漿體流動度，提高多孔混凝土強度，并且可以在水中溶出,生成Ca(OH)2，有利于水質凈化效果。