植生混凝土配合比設(shè)計(jì)及成型方式試驗(yàn)研究

賈文文，張洪猛，張琦，謝慧東

（山東華森建材集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 前言

植生混凝土最早發(fā)明于日本，可用于護(hù)坡護(hù)岸固定水土。我國南方多雨山區(qū)及河道地區(qū)使用較早，黃河流域使用較少，大部分采用傳統(tǒng)基石護(hù)坡，生態(tài)植生混凝土的推廣使用，能更好地降低成本，綠色環(huán)保[1-9]。本試驗(yàn)研究植生混凝土配合比設(shè)計(jì)采用體積法，通過設(shè)計(jì)孔隙率確定各原材料單方用量，采用單級配 16～31.5mm 碎石、150mm×150mm×150mm 塑制試模，自制孔隙率測試儀，測量不同成型方式試件實(shí)際孔隙率，通過對比設(shè)計(jì)孔隙率與實(shí)際孔隙率確定更加有效的成型方式。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原料

（1）水泥：淄博市寶山 P·O42.5 水泥，物理性能如表 1 所示。

（2）骨料：16～31.5mm 碎石，物理性能如表 2 所示。

（3）添加劑：山東華森建材集團(tuán)有限公司添加劑，摻量 2.5%。

（4）拌合水：自來水。

表 1 水泥物理性能

表 2 骨料物理性能

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 攪拌

攪拌過程中采用二次投料方法，首先將骨料倒入攪拌機(jī)中，加入 1/3 的拌合水?dāng)嚢?30s，然后加入水泥攪拌 30s，再加入添加劑和剩余拌合水?dāng)嚢?5min 后卸料。

1.2.2 成型方式

（1）采用搗棒插搗成型，植生混凝土拌合物分兩層裝入試模中，第一層的厚度約為試模高度的 2/3，第二層約高出試模 30mm。每層插搗次數(shù)按 10000mm2截面積內(nèi)均勻插搗 12 次，其中四個(gè)角各一次，在側(cè)面和平面內(nèi)部插搗次數(shù)力求等距離和均勻分布。插搗完畢后，用抹刀處理，使混凝土上表面基本與試模表面齊平。

（2）采用自制壓搗器壓搗成型，直徑 20mm、長度 250mm 的鐵棒一端連接 50mm×50mm 的鋼板，鋼板厚度為 10mm。植生混凝土拌合物分兩層裝入試模中，第一層的厚度約為試模高度的 2/3，第二層約高出試模30mm。每層壓搗次數(shù)按 10000mm2截面積內(nèi)均勻壓搗 8次，其中四個(gè)角各一次，在平面內(nèi)部插搗次數(shù)力求等距離和均勻分布。插搗完畢后，用抹刀處理，使混凝土上表面基本與試模表面齊平。

（3）使用混凝土振動臺振動成型，一次性裝料至試模中，高出試模表面約 50mm，裝料時(shí)應(yīng)用抹刀沿試模內(nèi)壁插搗，振動時(shí)間為 10s，然后用抹刀處理，使混凝土上表面基本與試模表面齊平。

1.2.3 養(yǎng)護(hù)

試件成型后，覆膜置于混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室 48 小時(shí)后拆模，拆模后放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。

1.2.4 試驗(yàn)配合比

體積法計(jì)算，設(shè)計(jì)孔隙率為 20%、24%、28%、32%。植生混凝土配合比計(jì)算公式見式 (1)：

其中：

mg、mc、mw、ma——分別為單位體積混凝土中粗骨料、水泥、水、外加劑用量，kg/m3，mg取 0.95m3粗骨料質(zhì)量，W/C 比取 0.30；

ρg、ρc、ρw、ρa(bǔ)——分別為粗骨料、水泥、水、添加劑的表觀密度，kg/m3；

P——設(shè)計(jì)孔隙率，%。

1.2.5 孔隙率測量方法

自制植生混凝土孔隙率測試儀，準(zhǔn)備一個(gè) 10L 鐵質(zhì)容量筒，并于容量筒側(cè)壁距離底面 20cm 處鉆一直徑大約 15mm 圓孔，準(zhǔn)備一個(gè)外徑 15mm 左右水嘴，將水嘴固定于圓孔上，保持水嘴平行于底面，水嘴連接軟管即可。將孔隙率測定儀置于水平試驗(yàn)臺，加水至水嘴上方 3cm 處，等待水不再流出即可。將試件從混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中取出，用濕毛巾將試件表明水分拭干，用量尺測出試件的尺寸，并計(jì)算體積 V0，將試件放置于加滿水的測試儀中，等待水不再流出，測量流出水的體積V1，孔隙率計(jì)算公式見式 (2)：

式中：

CV——試件的連通孔隙率，%，精確至 0.1%；

V0——試件體積，mL；

V1——排出水體積，mL。

1.2.6 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)試件是邊長為 150mm的立方體試件；邊長為200mm 的立方體試件是非標(biāo)準(zhǔn)試件；每組試件應(yīng)為 6塊。

按 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》方法測量試件尺寸，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和計(jì)算立方體試件的抗壓強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果應(yīng)精確至0.1MPa，立方體試件抗壓強(qiáng)度值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：取 6 個(gè)試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的強(qiáng)度值；當(dāng)單個(gè)試件測值與算術(shù)平均值之差大于 20% 時(shí)，應(yīng)逐次舍棄偏差最大的試驗(yàn)值，直至各試驗(yàn)值與算術(shù)平均值之差不超過 20%。當(dāng)試件有效數(shù)據(jù)不少于 3 個(gè)時(shí)，取其算術(shù)平均值為該組試件的強(qiáng)度值；當(dāng)有效數(shù)據(jù)少于3 個(gè)時(shí)，該組試件的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)為無效，并應(yīng)重新制備試件進(jìn)行試驗(yàn)。

立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)宜采用標(biāo)準(zhǔn)試件，用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，200mm×200mm×200mm 試件的換算系數(shù)可取為 1.05。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

混凝土試驗(yàn)配合比及性能試驗(yàn)結(jié)果見表 3。

由表 3 和圖 1～3 可以看出：

（1）植生混凝土要求連通孔隙率大于 20%，采用體積法計(jì)算植生混凝土配合比，設(shè)計(jì)孔隙率分別為20%、24%、28%、32%，設(shè)計(jì)孔隙率越大，水泥用量越小，28d 抗壓強(qiáng)度越小。

（2）植生混凝土同一配合比，插搗成型試件孔隙率較設(shè)計(jì)孔隙率減小 4% 左右，壓搗成型試件實(shí)測孔隙率與設(shè)計(jì)孔隙率基本相符，振動成型試件孔隙率較設(shè)計(jì)孔隙率減小 4% 左右。

（3）植生混凝土同一配合比，插搗成型與振動成型實(shí)測孔隙率基本相同，插搗成型試件 28d 抗壓強(qiáng)度比振動成型試件 28d 抗壓強(qiáng)度大 2MPa。

（4）振動成型容易水泥漿體沉積，不能均勻、穩(wěn)定包裹骨料周圍，試件表面漿體較少，骨料間粘結(jié)力較低，底面形成致密水泥漿層，待植生混凝土終凝后，不利于植物生存。

表 3 試驗(yàn)配合比及性能

圖 1 不同成型方式試件實(shí)測孔隙率與設(shè)計(jì)孔隙率

圖 2 壓搗成型試件底面

圖 3 振動成型試件底面

3 結(jié)論

（1）體積法計(jì)算植生混凝土配合比，設(shè)計(jì)孔隙率越大，水泥用量越小，28d 抗壓強(qiáng)度越小。

（2）植生混凝土插搗成型、振動成型試件實(shí)測孔隙率與設(shè)計(jì)孔隙率差距太大，試驗(yàn)結(jié)果不能作為試驗(yàn)結(jié)論及生產(chǎn)依據(jù)。

（3）植生混凝土拌合物振動成型時(shí)，漿體不能均勻、穩(wěn)定包裹于骨料周圍，底面易形成致密沉漿，不利于植物扎根生長。

（4）植生混凝土拌合物采用壓搗成型方式，分兩層裝料，每層均勻壓搗次數(shù)按 10000mm2截面積內(nèi)均勻壓搗 8 次，其中四個(gè)角各一次，在平面內(nèi)部插搗次數(shù)力求等距離和均勻分布，成型試件實(shí)測孔隙率與配合比設(shè)計(jì)孔隙率基本相符，可作為試驗(yàn)結(jié)論及生產(chǎn)依據(jù)，為理想成型方式。