多孔隙植生型混凝土基本物理性能研究

马少华 谢 明*

（1、西京学院 土木工程学院，陕西 西安 710123 2、陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室，陕西 西安 710123）

1 概述

多孔隙植生型混凝土在外观与结构上跟普通混凝土有较大差异，其内部存在许多蜂窝状空洞，从而导致其具有许多独特的力学和物理性质。新型混凝土除了要满足边坡稳定性所需强度外对植物生长所需空隙也有很高的要求。多孔隙植生型混凝土为了能够给植物生长有良好的生长环境要求最佳的空隙率保持在20%以上，最佳的抗压强度保持在10MPa以上，满足以上这两个条件就决定了多孔隙植生型混凝土与以往普通无砂大孔径的混凝土在一些具体特征上有着很大的区别。所以在试验的基础上，就多孔隙植生型混凝土独自拥有的物理力学特征进行了一定最佳范围内的研究并对试验结果进行研究和讨论。

查阅一些资料可以看出基本的力学性能方面主要是研究多孔隙植生型混凝土的立方体抗压强度，在物理性能方面分析内部结构的空隙率、透水系数、PH值、容重等重要物理性质来确定混凝土的最佳制备方案。对混凝土试块通过不同的试验方案确定影响抗压强度的不同条件从而确定各项性能的最佳范围，总结经验并整理出一套完整的方案。

2 基本物理性能研究

在多孔隙植生型混凝土内，无机粗骨料颗粒主要分布在以泥浆和气体所组成的物质中。泥浆主要成分包括水泥、矿粉、硅粉和普通自来水等，必要时也加入降碱剂等其他的添加材料。在多孔隙植生型混凝土中，泥浆在混凝土中起到重要的作用一方面可以使无机粗骨料的颗粒相互不在一起从而产生孔隙，另一方面多孔隙植生型混凝土可作为无机粗骨料颗粒之间的润滑剂，大大提高新制备的多孔隙植生型混凝土产生的塑性变化的能力。所以泥浆和无机粗骨料就是影响新型混凝土物理性能的主要条件。

2.1 容重

密度试验也就是容重试验通过称重透水的方法测定多孔隙植生型混凝土的密度。本试验主要目的是测试容重本身的改变和检查多孔隙植生型混凝土组成的均匀性。多孔隙植生型混凝土在一般组成结构上与普通的混凝土有很大的不同，所以容重和普通混凝土也肯定会有不同。在多孔隙植生型混凝土的胶凝材料使用量小，是因为多孔隙植生型混凝土组成中没有无机细骨料沙子的存在。多孔隙植生型混凝土设计最佳的空隙率对容重的影响也很大，所以很有必要对多孔隙植生型混凝土的容重进行判定，一方面有利于检查配合比研究程序和步骤，另一方面对多孔隙植生型混凝土的质量管控也有着很重要的意义。

研究多孔隙植生型混凝土的容重的最佳范围是本试验的重点，试验部分要根据参照一般混凝土拌合物堆积密度的试验来进行，选取同一种配合比不同的空隙率多孔隙植生型混凝土进行容重测定。

2.2 空隙率

空隙率试验是评判多孔隙植生型混凝土是否满足植物生长条件性能的重要依据，比普通混凝土有更大的孔隙，而这些孔隙大多是连续的空洞，对于多孔隙植生型混凝土的空隙有两种不同的看法，一种是完全无效的，另一种是包括全连续的和半连续的。为了多孔隙植生型混凝土满足植物生长条件，我们应该关注有效空隙的数量，即有效空隙率。确保有效的空隙可以满足植物生长所需的营养、水和空气，如果有空间那么植物就有可能在上面生长得更好。因此，有必要通过试验确定最佳范围。通过参考国外文献确定有效空隙率的大致范围，通过不同的水胶比、不同的胶凝材料掺入量做出不同组对比试验，并对试验结果进行了讨论，最后将设计空隙率与实际空隙率进行比较。

2.2.1 试验仪器

为了测试多孔隙植生型混凝土结构内部的有效空隙，经过查阅有关资料采取了一套完整的测试方法。整套测试仪器由有刻度的水桶、大度量的秤两部分组成，试验采用了上文所述的此种方法，同时为了降低成本选取了价格很低的的水桶作为刻度桶。

2.2.2 试验原理

将试块表面完全倒入水中并使水充分浸透试件表面，这样试块内部的连续空隙与半连续空隙即有效空隙就被水完全占据占据，而试块内部结构的没有空隙的地方不会被水的填充，所以水填充的体积也就是为多孔隙植生型混凝土上有效的空隙体积。另一种说法也能这样解释：也就是说阿基米德的定律，多孔隙植生型混凝土的试件排出水的体积也就是空隙的实际体积，用试件的标准体积减去排开水的体积也就是内部有效空隙体积。

2.2.3 试验方法

将成型好的且有很高强度的试件放上秤称重，然后将桶去皮且一直往桶中加入大量的水，一直到水从桶中溢出来，记录数据，然后将试件放入桶中，这时桶会排除一大部分水，继续往桶中加水，直到水从桶中溢出来。

2.2.4 结果计算

（桶＋水＋试件）重量－试件质量－（桶＋水）质量＝理论质量（空隙水）

理论质量（空隙水）÷水的密度＝理论体积（空隙体积）

【实际体积（15cm×15cm×15cm）－理论体积】÷实际体积＝空隙率。

2.2 .5 试验结果与分析图1）

图1 不同水胶比的空隙率折线图

本文选取了三组不同水胶比的设计空隙率样品，对有效空隙率进行了测试，分析了设计空隙率与效果的关系，比较了水胶比不同的空隙率，从试验数据可以清楚地看出，多孔隙植生型混凝土的有效空隙率小于设计多孔混凝土的有效空隙率且易于实现。因为在模塑过程中，不能保证所有的空隙都可以成为连续的或半连续的有效空隙，并且一些间隙被完全堵塞。通过试验数据可以看出多孔隙植生型混凝土的有效空隙率与成型过程中的压力与石料粒径有关，尤其是当石料粒径较小时。本试验采用单级配粒径为10 mm～20 mm，有效空隙率和设计空隙率不太大。这是因为与5mm-10mm的小石头相比，大粒径多孔隙植生型混凝土的密实度远低于用小粒径石料制备的多孔隙植生型混凝土。也可以看到随着设计空隙率的增加，实测有效空隙率与设计值越来越接近，说明设计预留间隙越大，有效空隙率与实际空隙率数值越接近。当多孔隙植生型混凝土受到外力挤压时，为多孔混凝土混合物预留的空间越大，包裹的石头移动的空间就越大。在胶凝浆料中，越难形成完全封闭的空隙。因此，更有效的空隙率测量更接近设计空隙率。随着胶凝材料的掺入，空隙率呈开口向下的二次曲线变化，在相同的水胶比下随着胶凝材料的加入空隙率会达到一个峰值。因此，最佳空隙率范围与胶凝材料掺入量、水胶比有重要联系。通过以上分析，我们可以得出结论：第一，随着设计空隙率的增加，多孔隙植生型混凝土形成连续或半连续有效的可能性越大；第二，在相同设计空隙率下，石料粒径越大，多孔隙植生型混凝土的有效空隙率越接近其设计空隙率；第三，在相同的水胶比下，随着胶凝材料掺入量增加空隙率会发生先增大后减小的变化，所以胶凝材料掺入量影响空隙率的变化，因此通过试验确定最佳空隙率范围。

3 结论

3.1 多孔隙植生型混凝土是一种基材，通过多项实验研究直接用于混凝土内部结构可防止坡面和植被恢复。同时，它还可以带来植物生长的环境。这种多孔隙植生型混凝土基本上适用于建筑物表面的修复和保护，城市道路工程的边坡稳定保护和河道两侧的边坡防护。

3.2 多孔隙植生型混凝土是通过在泥浆中加入添加剂，然后完全包裹无机粗骨料的表面而制成的。无机粗骨料之间的接触可以产生稳定的结构并构成连续空隙的内部。多孔隙植生型混凝土的内部结构空洞分为三个不同的空隙。第一个是连续的间隙，第二个是半连续的空隙，第三，是一个封闭的空隙，其中连续的空隙和半连续的空隙它们被称为有效的空隙，具有良好的透水性和透气性。

3.3 多孔隙植生型混凝土是一种由多种气体和固体以及相对较少的液体组成的新结构，因此多孔隙植生型混凝土与普通混凝土有很大不同，多孔隙植生型混凝土没有流动性和一致性。胶凝材料在多孔隙植生型混凝土中起着不同的作用，无机粗骨料的表面通过胶凝材料将粗骨料之间的点粘结起来保证了强度。

3.4 通过多孔隙植生型混凝土的空隙率试验，得出以下两个结论：第一，多孔隙植生型混凝土的性能与同一配合下空隙率的增加相似。第二，无机粗骨料的粒径越大，空隙率越大。多孔隙植生型混凝土设计采用相同的空隙率进行多组测试。在透水性方面，多孔隙植生型混凝土的渗透率也随着空隙率的增加而增加。多孔隙植生型混凝土的渗透性比一般土壤好得多，因此不必担心植物是否能够在渗透方面正常生长。

3.5 添加硅粉末等的混合物有利于降低多孔隙植生型混凝土的冷凝中的内部间隙的pH。降低矿物掺合料pH值的研究顺序为硅粉>粉煤灰+矿粉>矿粉。其中，硅粉的影响是明显的，28天的pH值降低到10以下，这也是合适的，可以用于一些植物的生长。

同时，在自然条件下多孔混凝土碳化后，经过两周的施工，完全适合某些植物的生长。追踪深度碳化的时间增长，其内部环境将朝着植物生长的方向发展。