（材料学专业论文）多孔植被混凝土优化技术研究.pdf

摘要 摘要 多孔植被混凝土坡面防护属于植被与混凝土共生新技术，适用于各类岩质边 坡，兼具圬工防护和生态防护优点。但是，该技术在实际工程应用中还存在一些 不足，需要得到进一步的优化和完善，这币是本文所要研究的内容。成果将对该 技术产生积极的推动作用，同时还具有一定的现实意义和指导意义。 为了对该技术进行优化，首先对结构型式进行改进。通过对原结构型式 全厚式在实际应用中存在的问题进行认真总结，针对性地研究出了一种新的结构 型式开口式。新结构解决了全厚式结构存在植生基材灌注相对困难、工艺复 杂等问题，无需在边坡上预铺培养土层，对植生基材的要求也相对宽松一些。 通过对多孔混凝土配合比、制作工艺、物理力学特性等的研究，选出了最合 适的多孔混凝土的材料，并得到其配合比。 先后开展了两批室外模拟边坡种植试验，试验中模拟了三种实际工程中常见 的坡比，将全厚式和开口式两种结构型式的试件同时置于不同的模拟边坡上，进 行多方面对比观测。对观测数据加以分析后，得出完全填充式开口试件在不陡于1 ： 0 3 的边坡上比全厚式更有优势。 最后结合室外模拟种植试验，研究了开口式试件的施工工艺，并将其和全厚 式试件的施工工艺进行了对比分析。新的工艺比旧工艺优势在于：工序少、实施 方便快捷、安全，能有效缩短工期。达到了简化施工工艺的目的。 关键词：多孔植被混凝土：结构型式；优化：全厚式；开口式；工艺 摘要 a b s t r a c t s l o p ep r o t e c t i o nw i t hp o r o u sg r e e n - g r o w i n gc o n c r e t e ，an e wt e c h n o l o g yt h a t c o n s i d e r i n gt h ec o m m e n s a lo fc o n c r e t ea n dv e g e t a t i o n ，h a st h ev i r t u e so fc o n c r e t e p r o t e c t i o na n de c o l o g i c a lp r o t e c t i o na tt h es a m et i m e h o w e v e r , a st oi t sp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，t h e r ea r e s t i l ls o m ed e f i c i e n c i e sa n dn e e d so p t i m i z i n ga n dp e r f e c t i n g ，w h i c h i st h ec o n t e n t si nt h i sp a p e r r e s e a r c hw i l ln o to n l yp l a yap o s i t i v er o l ei np r o m o t i n gt h e t e c h n o l o g y , b u ta l s oh a v eap r a c t i c a la n dg u i d i n gs i g n i f i c a n c et os o m ee x t e n t t oo p t i m i z et h et e c h n o l o g y , t h et y p eo fs t r u c t u r ei s i m p r o v e df i r s t l y t h r o u g h s n m m a r i z i n gu pt h ep r o b l e m so ft h ee x i s t i n gs t r u c t u r e - - - t h e s a m e h e i g h tf o r mi nt h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，an e ws t r u c t u r e - - t h e - u n s a m e - h e i g h tf o r m ，i sp u tf o r w a r d t h e n e ws t r u c t u r ec a ns o l v et h ep r o b l e m so ft h e - s a m e - h e i g h tf o r m ：r e l a t i v e l yd i f f i c u l tt o p l a n tm a t e r i a lr e p e r f u s i o na n dc o m p l i c a t e dp r o c e s s m e a n w h i l e ，i ti su n n e c e s s a r yt ol a y t r a i n i n gs o i lo nt h es l o p e ，a n dt h er e q u i r e m e n t sf o rt h ep l a n t i n gm a t e r i a l sa r ee a s i l ym e t t h r o u g ht h es t u d i e do nc o m p o s i t i o nd e s i g no ft h ep o r o u sc o n c r e t e ，p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ，t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n ds oo n ，t h eo p t i m u mp o r o u s c o n c r e t em a t e r i a l sa r es e l e c t e d ，a n dt h ec o m p o n e n tp r o p o r t i o ni so b t a i n e d t w og r o u p so f o u t d o o rs i m u l a t i o ns l o p ec u l t i v a t i o nt e s t sw e r el a u n c h e dt os i m u l a t e t h r e eg r a d i e n tc o m m o n l yh a p p e n e di na c t u a lp r o j e c t s t w os t r u c t u r ef o r mm e n t i o n e d a b o v ew e r el a i do nd i f f e r e n ts i m u l a t e ds l o p ea tt h es a m et i m ea n dc o m p a r a t i v e o b s e r v a t i o ni sc a r r i e do na f t e rt h a t b ya n a l y z i n go b s e r v a t i o n a ld a t a ，t h er e s u l ts h o w s t h a tt h e u n s a m e h e i g h ti sb e t t e rw h e nl a i do nt h es l o p el e s st h a nl ：0 3 f i n a l l y , b ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n t a t i o no u t d o o r s ，t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo f t h e t h e u n s a m e - h e i g h tf o r mi ss t u d i e da n da n a l y s i so nc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yb e t w e e nt h e t w ot y p ei st a k e n i ts h o w st h a tt h en e wi ss u p e r i o rt ot h eo l di nt h ef o l l o w i n g s ：f e w e r p r o c e s s e s ，m o r ee f f i c i e n ta n ds a f e ri ni m p l e m e n t a t i o n ，a n ds h o r t e rc o n s t r u c t i o np e r i o d t h e p u r p o s e i ns i m p l i f y i n gt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s e si sa c t u a l l ya c h i e v e d k e yw o r d s ：p o r o u sg r e e n - g r o w i n gc o n c r e t e ；s t r u c t u r es t y l e ；o p t i m i z a t i o n ； t h e s a m e h e i 【g h tf o r m ；t h e u n s a m e h e i g h tf o r m ；t e c h n o l o g y 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：刁彳 日期：调年够月f 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 向移 同期：钞毋中月t or 指导教师签名：另像善辱 同期：z 卯7 年华月c 妒日 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础，保护和 建设好生念环境，实现可持续发展，是我国现代化建设中必须始终峰持的一项基 本方针。随着人类生活水平和科技发展水平的提高，人们对环境的关注程度越来 越大。评价一项工程的成败不再只是注重工程技术方面的因素，也应从保护人类 赖以生存的生念环境着眼。 近年来，随着我国经济建设的蓬勃兴起，为了满足社会快速发展的需要，我 国的高速公路得到迅猛发展，到2 0 0 6 年底，全国公路通车总里程达3 4 8 力公罩， 其中，高速公路达4 5 4 万公里。然而，与此同时，我们的环境也受到了严重的破 坏。我们在修建公路、铁路、水电、城镇等基础设施中，势必会进行大面积的山 体丌挖。其中最突出的是破坏了当地原有植被，形成大面积不同程度裸露的边坡， 这些裸露边坡如不进行防护，将造成大面积的水土流失，进而可能诱发山体滑坡、 泥石流等灾害。 传统的边坡防护措施以工程防护为主( 如图1 1 1 、图1 1 2 ) ，如喷浆、锚喷、 干( 浆) 砌片石、护面墙、抹面等。这些措施对减轻坡面修建初期的不稳定和侵 蚀方面效果很好，作用非常明显，但吞噬了绿色，严重破坏了路域生态环境和公 路景观，不利于环境保护和生态环境的恢复，而且随着时间的推移，岩石的风化、 剥落，混凝士的老化，钢筋的腐蚀，其防护性能将越来越差。 图1 1 - 1 传统喷浆边坡防护图1 1 - 2 毫无生机的混凝土防护边坡 f l g u r e l 1 - 1r a d i t i o n a ls h o t c r e t es l o p ep r o t e c t i o np l a n f i g u r e l 1 - 2n ov i t a l i t yo f t h ec o n c r e t es l o p ep r o t e c t i o n 采取工程措施，在保证边坡稳定的胁提下，尽快让岩石边坡披上绿装是减轻 生态恶化，美化环境的需要，也是水上保持法所要求的。 闪此，寻求环保、美观、l 耐久的边坡加周与防护方法，成为了j ：程科技。e ：作 第一章绪论 2 者努力的方向。多孔植被混凝土j 下是在这种情况下应运而生。它将生态恢复和传 统的工程防护融为一体，既能弥补传统防护工程护坡的不足，又可以满足人们对 环境保护的要求。所以开展对多孔植被混凝土的研究是十分必要的，也具有非常 积极的现实意义。 图1 1 - 3 充满生机的植被护坡图 f i g u r e l 1 - 3v i b r a n tv e g e t a t i o ns l o p e 1 2 国内外研究现状与发展动态 1 1 - 4 多孔植被混凝土护坡 f i g u r e l 1 _ 4v i b r a n tv e g e t a t i o ns l o p e 植被护坡形成专门研究领域还是近十几年的事，直至近日甚至连一个很贴切 的术语都还没有形成。在国际上专门以植被护坡为主题的首次国际会议于1 9 9 4 年 9 月在牛津举行。国外一般把植被护坡定义为：“用活的植物，单独用植物或者植 物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻破面的不稳定性和侵蚀。”最早 的植被护坡主要用于河堤的护岸及荒山的治理【l i 。 1 2 1 国内概况 国内在植被护坡技术应用方面的研究起步较晚，2 0 世纪9 0 年代以前一般多是 针对土质边坡的植被护坡研究，多采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、片石骨架 植草、空心六棱砖植草等方法。对于石质边坡的植被防护，近年来，我国工程研 究人员通过对国外的先进技术的学习、借鉴以及自身的不懈努力、刻苦专研已经 取得了一些的成就。目l ； ，已开发出了多种既能起到边坡防护作用，又能改善工 程环境和体现自然环境美的边坡植物防护技术，与传统的坡面工程防护措施共同 形成了边坡工程植物防护体系。 1 9 8 9 年，广东省水利水电科学研究所从香港引进1 台喷播机丌始在华南地区 进行液压喷薄试验。1 9 9 0 奄1 9 9 1 年，中固黄士高原治i l j 技术培i ) l f 中心与f 1 本合作 在黄土高原首次进行了坡面喷涂绿化技术( 即液压喷播) 试验研究。此后经过十 年序矗的发展完善，液j j , l n 贲播技术已广泛飚用于我剐不同地区的公路、铁路及堤 第一章绪论 3 坝等工程中的边坡防护，并取得了较好的效果。1 9 9 5 年陈挣盛及黄尊景对台湾泥 岩边坡采用播种、植苗及植t e 带等方法束维护。1 9 9 8 年，重庆交通科研设计院提 出了复合营养土喷播植被技术，i 幺技术类似于厚层喷播技术，可用于风华破碎岩 石和干旱地区边坡的绿化问题。同年刘桂元对软岩边坡栽植葛藤、松树等进行防 护。李旭光( 1 9 9 5 ) 、张俊云( 2 0 0 0 ) 、杜鹃( 2 0 0 0 ) 、和江玉林( 2 0 0 0 ) 分别介绍 了只本的客土喷播护坡技术。章梦涛( 2 0 0 0 ) 、张俊云( 2 0 0 1 ) 、舒翔( 2 0 0 1 ) 、周 颖( 2 0 0 1 ) 等在借鉴同本同类技术的基础上，进行了以土壤为主要原料、硅酸盐 水泥为胶结材料的喷混植生试验，并在内昆、株六、渝怀等铁路及都江堰高速公 路进行现场试验，取得了一些研究成果，并在铁路、公路上得到应用。2 0 0 2 年许 文年等开发的植被混凝土边坡绿化技术，与喷混植生技术较为相似。该技术使用 喷射机将水泥、土、腐殖质、长效肥、保水剂、混凝土添加剂和种子的混合物喷 射到岩质边坡上，已在三峡工程、清江电站上得到应用。1 9 9 9 年及2 0 0 0 年，西南 交通大学周德培教授等针对岩质边坡的植被护坡作了大量的调查，发现目前采用 的方法护坡效果并不理想。总体上看，国内对岩石边坡的植被防护研究仍处于初 级探索阶段。2 0 0 0 年底，周德培教授及其学生开发出厚层基材喷射植被护坡工程 的成套技术，填补了我国空白，赶上了国际先进水平。2 0 0 3 年，作为西部交通 科技项目成果，重庆交通科研设计院研制了植被型多孔混凝土，先预制多孔混凝 土构件，涂覆植生基材，然后铺设于坡面对边坡进行防护和绿化1 2 l 。 经过多年探索和工程实践，我国公路行业在边坡防护逐步形成共识：放缓路 基，保证边坡稳定，在此基础上进行植物防护，尽可能少用或不用坞工防护。在 植物种类的选择和配合上，根据国内外经验，以乔、灌、草结合的方式最佳。天 然植被一般都是草木混生的，在较高的贫瘠土质和石质边坡上，采用草灌结合的 客土喷播或喷混植生技术施工，可以将草种和灌木树种进行混播，早期以草坪防 护为主，后期以灌木防护为主，构建乔灌草立体防护生态体系，达到恢复自然植 被的目的。国内外经过大量的工程实践己认识到，植物种子的选择及配置应走本 地化的道路，以地带性植被、乡土植物为摹调，适当引进适于本地生长条件的野 生植物和外地植物。同时也应考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物和非豆 科植物的结合，还要尽可能配置抗逆性强的植物和水、肥、光、热利用率高的植 物，这样j 能使植物更能适应当地气候与自然植被融为一体，建设一个具有生物 多样性的稳定的、生命力强的立体生念群落。 在边坡绿化养护工程中，在某些特殊条件下，一些新型的灌溉养护技术如滴 灌、渗灌、插管根灌、膜孔灌等是具有节约水资源、提高成活率、促进草灌木植 物生长的。在这些新技术的应用过程中，j f 在进一步研究如何使其成本更低、操 作更为简单、效果更好。 第一章绪论 1 2 2 国外概况 4 1 6 3 3 年，开本德川血代将军纲吉采用铺草皮、栽植树苗的方法治理荒山成为 同本植被护坡的起源。植被护坡这一古老的护坡技术直到2 0 世纪初才被人们重新 发现和认识。 植被护坡工程技术的应用，欧荚国家主要是围绕着防止边坡免受雨水侵蚀的 目的而进行的，目前常用的护坡方法有活枝捆垛、活枝插杆、树枝压条、枝条篱 墙等。另外，液压喷播技术自2 0 世纪5 0 年代发明后至今也获得广泛应用。2 0 世 纪8 0 年代又发明了三维网植草护坡方法。 从整体上看，目| j r 本在植被护坡工程技研究方面处于领先地位。在日本， 植被护坡称为坡面绿化。二战结束后，日本大规模的公路建设为其现代坡面绿化 提供了大量的机会，发展至今已有半个多世纪的历史，期间经历了无数的变化。 1 9 5 1 年，开发了采用外来草种的植生盘用于道路坡面，标志着以牧草类为代表是 外柬草种丌始用于坡面绿化。1 9 5 8 年4 月丌发了射种子法。1 9 6 4 年从美国进口专 用纤维，1 9 6 5 年即实现了喷射纤维的国产化。7 0 年代，随着高速公路的大规模建 设，日本的边坡绿化技术得到了长足的发展。 1 9 7 3 年开发的纤维土绿化工法标志着岩体绿化的开始，这也是日本最早开发 的厚层基喷射法。此技术于1 9 8 1 年获得美国发明专利，技术上又几经改进，在2 0 世纪8 0 年代获得广泛应用，至今仍在应用。其不足之处：( 1 ) 喷射团无法形成最 适宜植物生长所需的团粒结构 ( 2 ) 由于粘结材料是普通硅酸盐水泥，喷射初期 基盘的ph 值很高，影响植物发育；( 3 ) 采用砂质土，基盘材料易流失。为解决 这些缺陷，1 9 8 3 年丌发出商次团粒s f 绿化工法。此法的主要特征是：( 1 ) 土壤系， 并添加团粒剂，促进了基质团粒结构的形成；( 2 ) 粘结材料为特殊的沥青乳剂， 基材抗侵蚀性更强，且ph 值呈中性。1 9 8 7 年6 月，只本从法国引进连续纤维加 筋土工法，随后把它与已有的坡面绿化工法结合在一起，开发出连续纤维绿化工 法( t g 绿化工法) 。此工法于1 9 8 8 年开始实用。 上面介绍的纤维土绿化工法、高次团粒s f 绿化工法和连续纤维绿化工法是近 2 0 年来只本最常用的厚层基材喷射工法。除此之外，其他常用的坡面绿化方法还 有框格植被绿化法( 包括预制框格和现浇框格) 、绿化网等。1 9 9 5 年，同本又开始 进行植被型多孔混凝土的研究，并取得一定成效【3 】。 目的，国内外公路边坡植被方法概括起来主要有以下几类，它们代表了公路 边坡生态防护技术水平： 人：l 植草 人工植草是通过人工在坡面播撒草种的一种传统边坡植物防护措施，是最简 第一章绪论 5 单的植被方法，由于主要靠人力施工，适合于小面积、边坡高度不高、坡度较缓 的且适宜草类生长的土质或砂土类边坡。优点是成本低，施工简单：缺点是效率 低、适应性羞，草籽播撒不均匀、易被雨水冲走、成活率低，往往达不到满意的 边坡防护效果，而造成坡面冲沟，表土流失等边坡病害，导致大量的边坡病害整 治、修复工程，目| j 一般不大规模使用这种方法。 铺草皮 铺草皮是通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具 有施工简单、工程造价较低等优点。适用于附近草皮来源较易、边坡高度不高且 边坡坡度较缓的各种土质及严重风华的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工 程，是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一，但由于施工后期养护管理困 难，平铺草皮易被冲走，且成活率低，工程质量往往难以保证，达不到满意的边 坡防护效果。近年来，由于草皮来源紧张，使得平铺草皮护坡的作用逐渐受到了 限制。 图1 2 1 铺草皮护坡 f i g u r e l ，2 - is h o ps o db e r m 植生带 这是一种通过将已成苗草皮，或将植物种子央在多层无纺土工织物或天然纤 维挚中直接密贴在边坡表面进行快速绿化的方法。适合于坡度较缓、坡表平整的 土质或砂土类边坡。优点是施工方便；缺点是对铺设施工要求高、应用范围窄、 适应性差。 图12 - 2 植生带护坡 f l g u r e l2 - 2r e v e t m e n tp l a n ts t r i p 第一章绪论 6 液压喷播 通过液压喷播机将植物种子、肥料、木质纤维、稳定剂和水的混合液均匀喷 射在边坡上来进行绿化。适合于大面积土质或砂土类边坡。优点是施工效率高、 旌工质量可以保证、适用性广、造价低、草籽喷播均匀、发芽快、整齐一致，防 护性好，正常情况下，喷播后2 3 个月形成防护和绿化功能。缺点是应用有一定 局限性( 受气候、边坡土壤理化性能、边坡坡度等因素制约，不能使用在岩石边 坡上) 。目前，液压喷播植草护坡在公路、铁路、市政等部门边坡防护与绿化工程 中得到大量使用。 幽1 2 - 3 液f ! 喷插 f i g u r e i 2 3h y d r o s e e d i n g 土工网和土工格室植草 土工网和土工格室植草是近十年开始使用的一项集坡面加固和植物防护于一 体的复合型边坡植物防护措施。土工网为三维立体网，不仅具有加固边坡的功能， 在播种初期还起到防止冲刷和保护草籽发芽生长的作用，随着植物生长，坡面逐 渐被植物覆盖，这样植物与土工网就共同对边坡起到了长期防护和绿化作用。土 工格室植草是在展丌并固定在坡面上的土工格室内填充改良客土，然后在格室上 挂三维植被网，进行喷播施工的技术。 图1 2 - 4 土工植草护坡 f i g u r e l 2 - 4v e g e t a t i o np r o t e c t i o na p p l i c a t t o n 第一章绪论 7 预制框格或连续框格 预制框格是一种把坞工防护措施与生态防护措施相结合的方法，在边坡上砌 筑或装配一定形状的混凝土框格，然后在框格内填土。适用于坡度较陡的土质和 易风化的岩质边坡。优点是抗冲刷能力较强：缺点是施工较繁琐。连续框格植被 护坡是一种与预制框格工程相似的方法，它采取在边坡上设置模板浇注混凝土的 方法形成框格，然后在框格内堆填土体来进行绿化。它与预制框格不同点在于交 叉点连续，具有能抑制由于土压及滑动面等产生的崩塌的特征。适合于有边坡崩 塌危险，而进行边坡修j 下不可能，并要引进绿化的边坡。优点是抗冲刷能力较强； 缺点是施工繁琐。 图1 2 5 框格护坡 f i g u r e l 2 5r e v e t m e n tb o x 挖沟( 钻孔) 植草 这是一种按一定平面布置在边坡上挖沟或钻孔，然后沟或孔体内填土进行绿 化的方法。适合r 硬度较大的七质边坡或岩质边坡。优点是抗冲刷能力强；缺点 是旋工难度较大。 图i 2 - 6 挖沟植草 f i g u r e l 2 - 6d i t c h i n gg r a s s 有机皋材喷播或喷混植生 将植物种子、有机质植物乍长皋、水泥( 并加p h 缓冲剂) 或合成树脂等粘结 第一章绪论 8 剂与水的混合物喷射并粘结在坡面上，形成厚层有机质植被层。适合于各类岩质 边坡。优点是适应性强，缺点是成本较高、随着有机质被消耗，难以保障植被长 期良好生长。近年来，喷射有机基材护坡绿化在公路边坡中已得到越来越多的使 用。 图1 2 7 有机材喷播 f i g u r e l 2 - 7s p r a y i n go r g a n i cm a t e r i a l s o h 液植草护坡 该技术是通过专用机械，将新型化工产品h y c e l - - 0 h 液用水按一定比例稀 释后和草籽一起喷洒于坡面，使之在极短时间内硬化，而将边坡表土固结成弹性 固体薄膜，达到植草初期边坡防护目的，3 6 个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分 解，此时草种己发芽、生长成熟，根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化 双重效果，具有施工简单、迅速，不需后期养护，边坡防护、绿化效果好等特点。 该项技术是国外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施，尚未见成熟的国 内产品，还处于小规模尝试阶段1 2 】o 植被型多孔混凝土护坡 陔技术是的研究始于2 0 世纪9 0 年代中期，是在多孔混凝土的孔隙中填入种 籽、保水剂、有机质和肥料等的混合物，然后浇水促使植物发芽。该技术的特点 是结构稳定，造型美观、规整，同时具有很好的环境效益。 图1 2 - 8 植被型多7 l 混凝土护坡 f i g u r e l 2 - 8v e g e t a t i o nt y p ep o r o u sc o n c r e t er e v e t m e n t 第一章绪论 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 2 0 0 3 年，重庆交通科研设计院成功歼发了植被混凝土，并应用于边坡防护中。 但从实际工程应用来看，仍需要在现有植被混凝土构造技术的基础上，对多孔混 凝土的结构型式进行进一步研究，开发出一种新型式的多孔混凝土，以化简繁琐 的施工工序，提高其适用性。本文的主要研究内容如下： 多孔植被混凝土预制块的新结构型式的研究 1 ) 总结旧结构型式的不足之处： 2 ) 针对旧结构的不足丌发出新结构型式。 多孔植被混凝土预制块组成材料的研究 1 ) 对选择的材料进行配合比设计； 2 ) 按照设计配合比做成试件进行各种试验。 多孔植被混凝土预制块与植物共生的研究 1 ) 模拟现场边坡进行种植试验，并进行观测、分析； 2 ) 通过种草试验提出有利于植物在多孔植被混凝土预制块中生存的有利条 件，并做试验进行改进。 3 ) 观测不同坡度上的植被生长情况，研究其植物生长效果。 多孔植被混凝土施工工艺的研究 1 3 2 研究技术路线 在充分了解国内外现有研究成果的基础上，对全厚式试件提出在实际应用 中存在的问题，从而对其结构上进行优化设计。 新的结构型式确定之后，随即研究构件的材料、配合比，通过试验研究其 物理力学性能等。 对新旧两种构件进行室外模拟边坡种植试验，多方面比较两种构件的种植 绿化效果，并得出结论。 结合室外种植试验过程，提出新构件的施工工艺，并与全厚式施工工艺对 照比较，得出新工艺的优越性。 为解决本文提出的研究内容采用的技术思路如图1 3 - l 所示。 第一章绪论 图1 3 1 研究技术路线图 f i g u r e l 3 1r e s e a r c ht e c h n o l o g yr o 柚m p 第一二章多孔植被混凝十构f ，| ：删式 第二章多孑l 植被混凝土构件型式及生产工艺 本论文是基于预制混凝土构件的基本思想进行研究的。在总结出旧结构不足 的基础上进行优化研究。 2 1 构件型式 首先介绍一下重庆交通科研设计研究院开发的边框结构型式，为了便于讨论， 本文将其结构型式命名为“全厚式”。然后再介绍本文所要研究的新的构件型式。 2 1 1 全厚式 在确定全厚式多孔混凝土试件尺寸时，既要考虑便于植生基材的灌注、植物 的生长和试件的力学性能，同时还应考虑试件不能太重以便于施工时人工搬运， 试件太薄试件容易损坏，太厚植生基材不易充分灌注，不利于植物生长( 2 】。在试件 型状方面，为了便于边框制作，采用了正方形形状。 综合以上因素，将边框尺寸确定为：4 0 c m ( 长) x 4 0 e m ( 宽) x 8 e r a ( 高) ，其 中试件长、宽均包括2 e m 的边框。全厚式多孔混凝士试件边框见图2 1 和图2 2 所 示。边框内填满粗粒径的混凝土，保证有植物正常生长的孔隙率，养生后即为全 厚式多孔混凝土试块。 由于在设计构件型式时，对其实际工程应用考虑不够周全，导致该结构在实 际应用中出现了以下一些问题： 根据该结构的特点，对成型试块提出了底面湿式涂敷、中| 日j 层干式振动、 面层喷射的种植工艺。中间层灌注之i ；i ，先用加有粘结剂的混合材料将底面封闭， 待其干固以后，用振动平台将碾磨成粉术状的混合基材灌入多孔混凝土的中| 日j 层， 完成后铺设到边坡上，喷射面层混合料。整个过程不但复杂，而且某些环节操作 起来也比较难达到规定要求。如在振动灌入时，底面层的封层材料很容易被振动 掉，中间层材料也就难以灌满孔隙；采用干式振动，扬尘大，导致工人施工环境 恶化：对材料要求高，费时又费工。 成品试件笨重，采用人工铺设极其不便。一块成品试件重量约为2 5 k g ，将 如此笨重的试件搬运上较陡的边坡，不但对工人的安全存在威胁，而且挪动起来 也十分不便。 由于此结构型式的构件内所含植生基材难以满足植被对营养的长期需求， 因此需要在坡面上预先铺上层培养土，但是当坡度较大时，营养土就难以均匀 的附着在坡面卜。 第二章多孔机铍混凝十构们掣式 2 1 2 开口式 图2 1 一i 全厚式边框实物图 f i g u r e 2 1 1p h y s i c a lm a po f t h e s a m e h e i g h tf o r m 丁 平面幽侧面图 图2 1 2 全厚式边框示意图单位：g i l l f i g u r e 2 1 - 2f r a m e dm a po f t h e - s a m e - h e i g h tf o r m 1 2 由于全厚式确定植生基材的灌注方法为上、下面层为湿式涂敷法，中间层为 干式振动灌入法的工艺，就决定了其存在工艺繁琐、成品试件笨重等缺点。因此， 为了达到优化该技术的目的，必须得改进施工工艺，首先就得从边框型式着手。 经过对全厚式结构存在的问题的充分认识，决定采用完全填充基材于内框的 方式，边框型式如图2 1 3 所示，命名为“开口式”，顾名思义就是在全厚式边框 的基础上将证方形的一边留一缺口，这是为了方便在边坡上填充植生基材所颓留 的进料口。尺寸大小跟全厚式相同，不同的是丌口的一边混凝士的高度仅为3 5 c m ( 保证有两层料粒径的高度) 。开口式多孔混凝t 试件边框示意图如2 1 4 所示。 丌几边框内同样要填粗集料，只是不需要完全填满，根据设计只铺满一层或 两层就可以了，养生结束后即为丌f 1 式多孔混凝卜试块。 第一二章多扎植被混凝t ：构r l 删式 1 3 全厚式试件之所以能够保证维持植物生长所必需的水分或养分等供给，是因 为在植被混凝土与边坡坡面之1 1 日j 预先填筑了厚达6 c m 的营养土层1 2 1 ，如图 2 1 5 。为了简化工序，开口试件取消了填筑营养土层的环节。为了保证植被 有足够的营养供给，因此在实际工程应用中，需要增加开口试件的深度，以 达到长期地维持植物生长的目的。建议将试件深度增加到1 2 c m 1 5 c m ，同时 厚度增加到2 5 3 o c m 。 丁 图2 1 3 开口式边框实物图图2 1 5 全厚式现场边框铺设图 f i g u r e l 2 - 3p h y s i c a lf r a m e dm a po f t h e u n s a m e - h e l g h tf o r m f i g u r e l 2 - 5l a i dp l a no f t h e s a m e h e i g h tf r a m e d l 叫 平面幽开口边侧面图 图2 1 - 4 开口式边框示意图单位：c m f i g u r e 2 1 - 4o p e n f r a m em a t r i xu n i t ：g l n 进料口 2 2 制作工艺 为了便于研究，特地研制了一套模具( 见图2 2 1 ) 柬成型试件边框。 2 2 1 全厚式 先成型边框，即将拌和好的边框混合材料灌入边框成犁模具的模具槽内，用 工j 捣实、敷平，随即利j 干j 颅埋订：情内的馍饭将边框从模h 情内顶出、反转，养 第一二章多扎植被混凝f ：构什型式 生，边框的制作即完成，见图2 2 2 。 等到边框达到一定强度后，就可以进入下一步操作，浇筑内腔材料，即将按 照设计配合比拌和好的粗粒径混合料浇筑入边框内。 图2 2 一l 边框成型模具图图2 2 2 制作好的全厚式边框 f i g u r e 2 2 一lf r a m e dm o l dm a pf i g u r e 2 2 2t h e s a m e h e i l g h tf o r mf l a m e dp r o d u c t i o n 多孔混凝土中的水泥用量有限，水泥浆以刚好包裹骨料颗粒最佳，因此在浇 筑过程中不宜强烈振捣或夯实，否则将会使水泥浆沉积，破坏混凝土结构的均匀 性。这样，会降低混凝土的孔隙的通透性，不利于植被混凝土植物的生长。所以， 在多孔混凝土用人工铲入边框内后，只可用钢筋条对多孔混凝土插捣几次，然后 用木块轻轻拍平，但不可用大力。成型后的全厚试件如图2 2 ，3 。 2 2 2 开口式 图2 2 3 成型后的全厚式试件 f i g u r e 2 2 3t h e i n s a i t l e h e i g h tf o r mf r a m e dp r o d u c t i o n 开口试件边框的制作与全厚式边框的制作方法大致相同，只需要将模板更换 成丌口边框模板即可。图2 2 4 为制作好后待用的厅口边框。 同样，边框达到龄期后就町以浇筑内腔混凝七了。根据设计要求，丌口式试 第一二章多孔植被混凝十构什删式 1 5 件并不需要完全满边框浇筑混凝土，只需浇筑一层或者两层就可以了。先通过手 工大致找平，然后用木块轻轻拍平，补漏，使试块尽量不出现大的空隙，以增加 混凝土的粗粒径之间的接触面积，增大粘结力。图2 2 5 为成型后的开口试件。 图2 2 - 4 开口边框图2 2 5 开口试件 f i g u r e 2 2 4t h e - u n s a m e - h e i g h tf r a m e d f i g u r e 2 2 - 5t h e - u n s a m e h e i 【g h tf l a m e ds p e c i m e n 2 2 3 养护 多孔混凝土试件由于存在着大量的孔洞，易失水，干燥很快，所以养护非常 重要，特别是早期养护，可避免混凝土中水分大量蒸发。遇有烈日与大风时，应 加覆盖、淋水。多孔混凝土的湿养时间应为7 d 。另外，还要防止雨淋，特别是瀑 雨冲刷，这样会带走一些水泥浆，造成一些较薄弱的部位。 混凝土应在浇筑后1 2 小时开始洒水养护，若遇干热天气，可在浇筑后8 h 开 始养护，以免过早失水。洒水养护时，浇水时不宜用压力水直冲大孔混凝土表面， 但可直接从上往下浇水。每天洒水2 3 次f 2 1 0 第二：章多扎植被灌凝十材料及配合比 第三章多孑l 植被混凝土材料及配合比 1 6 植被混凝土是一种能够在混凝土上生长植物的混凝土，为了满足植物尘长的 需求，因此，混凝土应满足以下要求：混凝土孔隙率足够大，应控制在3 0 以 上，以满足植物生长的要求；应具有一定的抗压和抗折强度，使混凝土在施工 过程中或旌工后不至于被破坏，护坡具有稳定性；混凝土试件不宜太重，以便 于运输、搬运和施工；材料应无影响植物生长的有害物质。综合以上因素，植 被混凝土采用无砂大孔混凝土结构。无砂大孔混凝土( 以下称多孔混凝土) 是由 水泥、粗骨料和水以及为了提高强度掺加一些高性能混凝土外掺料，按照一定的 比例拌合而成，是一种间断级配，其中粗骨料粒径均一，完全不用细骨料。该种 混凝土可看作在粗骨料各接触点间用一层硬化胶结料将骨料胶合在一起的粗骨料 集合体。 3 i 边框 3 1 1 所用材料 开口式边框所材料及配合比与全厚式基本相同。确定组成材料包括水泥、细 骨料和水三种。试件边框设计强度采用了c 1 5 。所采用的材料如下： 水泥：根据设计强度，选用p 0 3 2 5 ( r ) 细骨料 根据普通混凝土用砂质蹙标准及榆验方法j g j 5 2 9 2 ，多孔混凝土试件边框 细骨料中有害杂质含量须满足表3 1 1 的要求。 表3 1 - 1 多孔混凝土试件外框细骨料中有害杂质含量要求 t a b l e 3 1 1p o r o u sc o l l c r e t ef r a m e sf i n ea g g r e g a t es a m p l e so f h a n n f u li m p u r i t i e sc o n t e n t 项目质鼙指标( 混凝十：强度小j - c 1 5 ) 含泥革( 按质鼍计)5 0 泥块含鼍( 按重苗计) 受0 云母含肇( 按重肇计)q 0 轻物质含结( 按重培计) 1 o 所选用砂筛分结果见表3 1 2 ，为保证强度要求，粒级 9 5 r a m 的砂砾。 第二：章多孔植被混凝十材料及配合比 表3 1 2多孔混凝土试件外框细骨料筛分结果表 1 7 粒级( m m ) 项目 9 5 质鸷( g ) 4 7 0 42 2 4 91 8 81 0 71 3 0o 各粒行l f l 质 6 3 7 6 3 0 4 82 5 5 1 4 5 1 7 6 o 苗比分比( ) 水：自来水 3 1 2 配合比 根据多孔混凝土试件边框设计强度( c 1 5 ) 及多孔混凝土试件外框细骨料筛分 结果，由计算得出多孔混凝土试件边框混凝土设计配合比【2 1 为： 水泥p 0 3 2 5 ( r ) ：细骨料：水= l ：3 。8 ：o 5 4 同时在边框成型中在边框中部配入8 挣镀锌铁丝一根( 尺寸为3 8 x 3 8 c m ) ，以起 到加筋作用，提高其施工安全性。 3 2 对内腔多子l 混凝土的研究 3 2 1 材料的选择 全厚式多孔植被混凝土的组成材料主要包括胶结料、粗骨料和水三种，但是 开口式多孔混凝t 只有层或者两层羊凡骨料，为了达到施工中要求的强度，因此 掺入适量的混合材是必须的，如：粒化高炉矿渣微分、粉煤灰、硅灰等，以及高 效减水剂。 胶结料 多孔混凝土是粗骨料颗粒与水泥石胶结而成的多孔堆聚结构。水泥石与粗骨 科界面的粘结强度，往往是混凝土中最薄弱的环节。由于骨料的强度远高于混凝 土的强度，因而结构的破坏常常是发生在骨料界面间的水泥石层中。因此，胶凝 材料的活性、品种、数量是决定混凝土强度的关键因素。 在粗骨料粒径和级配一定的情况下水泥标号和水灰比是影响多孔混凝土强度 的最主要凶素，因此本文采用了重庆天助水泥有限公司生产的普通硅酸哉水泥4 2 5 ( r ) 和5 2 5 ( r ) 两种标号的水泥作为胶凝材料束进行试验研究。 羊h 骨料 1 ) 骨料种类 聿h 骨料i , f 以是碲石或卵石，也呵以是；乎石、粉煤狄陶犄、粘t 陶粒筲轻骨料， 第二章多孔植被混凝十材料及配含比 1 8 甚至也可用碎砖等。由于卵石、浮石、粉煤狄陶粒等成本高，试验证明粘土陶粒 强度太低，因此本文选择了容易得到且价格相对较低的石灰岩碎石作为多孔混凝 土的粗骨料。根据普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法j g j 5 3 9 2 及 多孔混凝土的特性，提出了多孔混凝土的粗骨料( 碎石) 中有害杂质及针、片状 含量须满足表3 2 一l 的要求。 表3 2 1 粗骨料中有害杂质及针、片状含量要求 项目质鼙指柏： 含泥量( 按重鼙计) 盟5 泥块含量( 按重鼙计) 1 0 针片状颗粒含颦( 按重鼍计) 1 5 2 ) 粒径和级配 骨料粒径 粗骨料粒径的大小，应视多孔混凝土结构的厚度、要求多孔混凝土孔隙率的 大小和孔隙的大小而定。一般不允许用小于5 m m 和大于4 0 r a m 的骨料。 级配 为了减小多孑l 混凝土的堆密度，通常采用单一粒级以使空隙率较大，骨料颗 粒间有足够的接触面积，这样才能保证多孔混凝土的强度及可植被的功能。本文 分别采用了1 9 0 - - 2 6 5 m m ，2 6 5 3 1 5 m m 两种单一粒级和1 9 叶3 1 5 m m 的混合粒 级进行试验研究。 本文采用的碎石是由石块加工粉碎而成，没有使用粒径小于1 9 0 m m 的石块和 细料，碎石不含泥、泥块，同时通过目测表明针片状颗粒含量远小于总重量的1 5 ，因此，所使用粗骨料(