土工格柵對(duì)透水混凝土基本性能的影響研究

黃佳斌，王麗梅，邢振賢，宋 兵，劉宇航

華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045

0 前言

在河岸的護(hù)坡上，常年河水沖刷經(jīng)常造成河堤毀壞、水土流失、生態(tài)破壞。使混凝土生態(tài)化是解決這些問題的有效方法。引入土工格柵，來防止嚴(yán)重滑移的發(fā)生，增強(qiáng)護(hù)坡整體性，謀求在個(gè)別區(qū)塊混凝土力學(xué)等性能失效的前提下而不影響總體的基本性能，需要初步探究在透水混凝土中加入土工格柵對(duì)其力學(xué)性能，植生性能等基本性能的影響。透水混凝土主要由水泥、粗骨料、水和外加劑等組成，主要利用水泥的聚合性將骨料粘結(jié)成型，并形成一定比例的連通孔隙［1］。從蔣正武的研究課看出其透水效能很高，已知應(yīng)用于路面、綠化、污水凈化及吸聲材料等領(lǐng)域［2］。參考王正宏的工程應(yīng)用試驗(yàn)，格柵的加入能夠較好地應(yīng)對(duì)普通土的非聚合性，使之一體化更好［3］。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 水泥

42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥基本性能見表1。

表1 水泥基本性能

1.2 粗骨料

粒徑為5～10mm，10～15mm，15～20 mm的碎石，粗骨料材料性能試驗(yàn)結(jié)果見表2

表2 粗骨料材料性能

1.3 土工格柵

孔隙長寬為1.5cm，原材料為玻璃纖維雙向經(jīng)編土工格柵（以下統(tǒng)稱GSJ25/GE），其每延米縱橫極限拉力為25KN，其斷裂伸長率與老化時(shí)間呈反比，經(jīng)過一定老化時(shí)間后趨于穩(wěn)定值;

孔隙長寬為3.5cm，原材料為聚乙烯的雙向拉伸土工格柵（以下統(tǒng)稱GSL20/PE），其每延米縱橫極限拉力為20KN，屈服伸長率只有4%～10%，是理想的合成材料。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》設(shè)計(jì)試驗(yàn)選取水灰比0.3，設(shè)5-10級(jí)骨料試件中不加格柵為組1，加GSJ25/GE格柵為組2，加GSL20/PE格柵為組3；10～20級(jí)骨料試件中不加格柵為組4，加GSJ25/GE格柵為組5，加GSL20/PE格柵為組6。試件制成100mm×100mm×100mm與100mm×100mm×300mm試塊在水中養(yǎng)護(hù)28 d后分別進(jìn)行抗壓、抗折、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、孔隙率測(cè)定試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

其各性能方面的結(jié)果見表3

表3 試件力學(xué)性能與孔隙率

3.1 力學(xué)性能分析

對(duì)比表3的數(shù)據(jù)可知，5～10級(jí)骨料級(jí)配試件的力學(xué)性能普遍優(yōu)于10～20級(jí)骨料級(jí)配試件。這是由于級(jí)配低的試件在搗實(shí)過程中其孔隙更容易被填充，更密實(shí)，而級(jí)配高的試件孔隙較大。格柵對(duì)試件的抗壓強(qiáng)度無明顯影響。添加格柵后抗折強(qiáng)度明顯提高，加GSL20/PE格柵的試件強(qiáng)度提高得更多。這是由于塑料格柵材質(zhì)更堅(jiān)硬，韌性大有利于形變抗折；添加塑料格柵的試件在格柵兩邊的混凝土聯(lián)結(jié)一體的表面積更大更有利于抗折。添加格柵比不加格柵的試件劈裂抗拉強(qiáng)度明顯提高，其中加GSJ25/GE格柵的試件強(qiáng)度提高得更多。這是由于玻璃纖維土工格柵具有抗拉強(qiáng)度大、彈性模量高、延伸率低等優(yōu)點(diǎn)，加入試件中更有利于劈裂抗拉。

3.2 孔隙率分析

連通孔隙率是植生性的重要指標(biāo)。

20%左右的連通孔隙率較有利于在混凝土中種植植物。

添加格柵的試件連通孔隙率明顯高于無格柵的試件，分析是由于格柵的加入使混凝土兩邊聯(lián)結(jié)不致密，產(chǎn)生孔隙。其中添加GSL20/PE格柵的試件孔隙率更大，因?yàn)樗芰细駯庞捕却?，韌性強(qiáng)在墊入難以避免凹凸的試件中時(shí)，不可避免地產(chǎn)生了向外的相對(duì)擠壓，從而使得孔隙率增大。

3.3 沉漿量分析

在澆筑混凝土?xí)r，會(huì)有骨料表面的水泥漿緩緩淌下，沉積至底部成型后形成封底沉漿。觀察發(fā)現(xiàn)，未加格柵的試件的沉漿面積在75%～80%不利于種植植物生長。觀察發(fā)現(xiàn)，加GSJ25/GE格柵的試件沉漿面積在20%～25%比較適合植物生長。其材質(zhì)致密，相對(duì)柔軟兩邊混凝土能更好結(jié)合，格柵也能阻擋相當(dāng)部分水泥漿下沉，沉漿面積適中。

加GSL20/PE格柵的試件沉漿在40%～45%對(duì)于植物生長較為不利。塑料材質(zhì)堅(jiān)硬孔大使得試件孔隙率高對(duì)于水泥漿下沉較為方便，沉漿面積相對(duì)較高。

4 結(jié)論

（1）土工格柵對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度無提高作用。在應(yīng)用于劈裂抗拉的地方建議采用GSJ25/GE格柵，應(yīng)用于抗折方面建議采用GSL20/PE格柵。

（2）格柵的添加有利于提升混凝土的孔隙率，GSL20/PE格柵混凝土孔隙率較高，沉漿量較高，植生性效果略差于GSJ25/GE格柵。

（3）加GSJ25/GE格柵的基本性能普遍較好，建議優(yōu)先采用。