多孔植被混凝土的制备工艺

石从黎，谭免志，宋开伟，孙栋梁

(1. 重庆市建筑科学研究院，重庆400015；2. 新兴栈（重庆）建材有限公司，重庆400020；3. 西卡（中国）建筑材料有限公司，重庆400020)

1 引言

多孔植被混凝土起源于日本，由多孔混凝土和植生基材（人工土壤）两部分组成（见图1），其中多孔混凝土是由粗骨料表面包覆一层胶结材料浆体相互粘结成的,含有大量孔隙的,蜂窝状结构的混凝土，植生基材由土壤、粉煤灰、肥料、保水剂等组成。其主要特点是在具有工程防护性能的同时，还具有适合植物生长、恢复和保护环境、改善生态条件等功能，具有显著的生态效果[1]。

目前，日本应用这种技术已经有数百个工程实例，广泛用来构筑堤坝、河岸、公路边坡等[2]。国内对多孔植被混凝土的研究与应用还处于起步阶段，应用工程不多，技术也不成熟，更没有系统、全面和合理的制备工艺，因此，提出一套系统全面、切实可行的多孔植被混凝土制备工艺是十分必要的。

2 原材料选择

2.1 胶结材料的选择

相比于其他胶结材料，水泥具有材料来源广泛、价格便宜、不易老化、耐久性好、施工工艺简单、易大规模生产等优点。因此，水泥是制备多孔混凝土最合适的胶凝材料，考虑到水泥强度对混凝土性能的影响以及水泥购买的方便性，多孔植被混凝土宜选择P·O42.5或P·O42.5R水泥。

2.2 集料的选择

多孔植被混凝土对于集料的选择主要取决于孔隙率、孔径大小和强度的要求。一方面，粒径大、针片状少且级配单一的集料，其孔隙率和孔径较大；另一方面，粗集料强度及其针片状含量也直接关系到制备的多孔植被混凝土的力学性能。为了能够保证连通孔隙率满足植被生长的要求，且使混凝土获得足够的强度，配制多孔植被混凝土的粗集料应选择级配单一、粒径较大、针片状较少和母岩强度较高的粗集料。因此，制备多孔植被混凝土的粗集料应选择玄武岩或石灰岩材质的碎石，级配宜为16.0～19.0mm 、19.0～26.5mm或26.5～31.5mm，针片状含量控制在5%以内。

表1 不同搅拌工艺对比试验结果

表2 振动和压制复合成型结果

2.3 外加剂选择

通过掺加减水剂的方法可以提高胶结材的强度，从而提高制备混凝土的力学性能；同时，为了保证多孔混凝土的成功成型，又必须保证胶结材浆体均匀以及具有足够的粘度。因此，多孔植被混凝土在制备过程中应选用减水率较高且保水性好的减水剂，或是复合使用高效减水剂和保水剂。

2.4 植生基材的选择

多孔植被混凝土的植生基材由土壤、粉煤灰、肥料、保水剂等组分构成，其中土壤应采集表面上长有植物的土样，土样在阴凉处晾干后，碾碎过4.75mm筛；粉煤灰采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级粉煤灰均可；肥料主要有磷酸二氢钾、硫酸亚铁和硼酸；草种宜选用根系发达的高羊茅。

3 配合比设计方法

多孔植被混凝土的配比设计思路，即以孔隙率为首要设计参数，然后根据所用材料的性质，确定出多孔混凝土的基本参数，再精确计算各原材料用量，具体步骤如下：

②水泥用量（MC）为：

③拌合水用量（Mw）为：

④外加剂用量按厂家推荐掺量计算。

式中：

a——为折减系数，是为了修正要求孔隙率与实际孔隙率的误差而引入的系数，一般为0.98；

r——为粗集料的紧密堆积密度（kg/m3）；

rG——为粗集料的表观密度（kg/m3）；

rJ——为胶结材浆体密度（kg/m3），参照标准JGJ70— 2009 《建筑砂浆基本性能试验方法》 中密度试验方法进行测定，测试的水灰比采用最佳水灰比。

4 施工工艺

4.1 搅拌工艺

常规的混凝土搅拌方法为一次投料搅拌，由于多孔混凝土在材料组成和结构上与普通混凝土有很大区别，一次投料搅拌会使搅拌机内的胶结材浆体包裹集料不完全，部分胶结材浆体成球状或结成团块，填充在集料之间的孔隙中，使得多孔混凝土在结构上不能形成很好的连续孔隙，从而影响了强度和连通孔隙率。因此，根据多孔混凝土的特点，其搅拌工艺宜采用裹浆法。

裹浆法搅拌过程分三步完成：首先，将全部粗集料和60%～80%的水，放入搅拌机中，搅拌1min，使粗集料表面得到有效清洗，并使粗集料表面石粉等杂质作为外掺料与胶结材浆体混为一体，有利于粗集料与胶结材浆体的粘结，避免形成强度低的粘结过渡带；然后，加入50%～60%的水泥和全部外加剂，搅拌1～2min，使水泥和水形成流动性非常好的浆体，在粗集料之间起到润滑作用，使粗集料避免因摩擦过大而挤碎，有利于搅拌，并能保证孔隙率；最后，将剩余的的水泥和拌合水加入搅拌机中，搅拌1～2min，使水泥与水形成流动度适宜的浆体，新拌胶结材浆体在机械搅拌的作用下，均匀包裹于粗集料表面，包裹了胶结材浆体的粗集料间相互以点、面接触、粘结，使得多孔混凝土既保证了连通孔隙率，又能提高多孔混凝土的强度，还提高了结构整体稳定性。

通过与常规搅拌方法的对比试验，结果见表1，说明采用裹浆法搅拌成型的多孔混凝土形成的连通孔隙率较大且强度较高。

4.2 成型工艺

施工现场对多孔混凝土的成型工艺的选择直接影响到多孔混凝土的多项性能，通过对比振动法和压制法两种成型方法，可以发现，振动成型和压制成型工艺都能使多孔混凝土达到一定的密实度，但试验中发现这两种方法均存在一定的问题。振动成型时多孔混凝土试件底部比较密实，而表面层集料在振动时跳动，并没有充分密实；压制成型时由于集料颗粒大，压力只能使多孔混凝土试件表面密实，试件下层没有密实而存在缺陷，从而影响多孔混凝土整体强度。所以，为了克服两种成型方法的缺陷，在施工现场应选择边振动边在表面施加压力复合成型工艺。

通过试验得出，试验结果见表2，最佳的现场成型方法为振动20s，再施加0.1～0.15MPa压力。由此法制备的多孔混凝土强度最高。

4.3 养护工艺

多孔混凝土与普通混凝土相比孔隙率要大的多，并且基本上为连续孔隙，新拌成型后拌合水更易蒸发损失，因此必须采取适当的养护方法和相应的措施才能保证多孔混凝土的强度正常发展。由于在施工现场养护条件有限，考虑采用塑料薄膜覆盖多孔混凝土表面防止其内部水分过快的蒸发，并不定时在其表面洒少许水以保持多孔混凝土在早期阶段表面的湿润。此外，早期养护还应注意防止暴雨的冲刷，暴雨会导致集料外部浆体被雨水冲刷带走，造成局部结构的薄弱。

4.4 植生工艺

首先，植物生长对碱度有一定要求（一般情况下土壤的pH值在3.5～9.5之间），由于多孔植被混凝土用普通硅酸盐水泥作为胶结材，造成混凝土孔隙水环境的碱度太高（pH值＞12），不利于植物的生长。因此，必须对多孔混凝土的孔隙碱度进行改造。通过试验发现，采用表面处理液对多孔混凝土进行处理，可以有效地阻止可溶性碱溶解于土壤中，使孔隙环境的pH值保持在一个较合理的范围，满足植物生长的要求。

其次，植生基材的铺设在孔隙碱度改造完成后进行，植生基材分两部分，一部分采用灌浆的方式灌入多孔混凝土孔隙中，另一部分则覆盖在多孔混凝土表面，覆盖厚度1～2mm，植被种子播入表面覆土层。

最后，播种完成后，为保证种子的正常发芽应进行必要的养护管理，在天气炎热干旱时应适当的洒水，保证植物根系的正常生长。洒水的同时注意观察植物的生长发育状况，若夜间温度很低还应采取一些保温措施，如用塑料薄膜覆盖等。

表3 多孔混凝土配比

表4 植生基材组成配比 kg

5 工程应用

重庆某边坡防护工程，坡脚设置浆砌条石护脚挡墙，墙顶高出相邻地面4m；墙后边坡按不小于1：0.75的坡比削坡稳定后采用多孔植被混凝土护坡，草种采用高羊茅和狗牙根混合播种。多孔混凝土和植生基材施工配比分别见表3和表4。

通过对植被生长情况的跟踪监测，植被生长情况良好，120天后边坡的绿化覆盖率达到80%以上（见图2和图3），实现了边坡防护和植被恢复的双重效果。

图2 施工前边坡情况

图3 施工120天后边坡情况

6 结语

[1]王智,钱觉时,张朝辉,等.生态混凝土的应用研究及存在问题[C].2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[A], 2007.

本文首先分析了制备多孔植被混凝土对原材料的要求，然后提出了适合多孔混凝土的配合比设计方法，接着探讨了多孔植被混凝土的施工工艺，包括搅拌工艺、成型工艺、养护工艺和植生工艺。从而构成了一套完整全面的多孔植被混凝土制备工艺，并通过工程实例证明了该工艺是切实可行的，可为该类混凝土的制备提供参考，促进多孔植被混凝土的应用与推广。

[2]张朝辉,多孔植被混凝土研究[D].硕士学位论文[A].重庆:重庆大学,2007.

[3]王智,钱觉时,张朝辉等.多孔混凝土配合比设计方法初探[J].重庆建筑大学学报,2008,30(3):121-124.

[4]王智,石从黎,钱觉时.多孔植被混凝土的耐久性研究[J].新型建筑材料,2009,(1):28-29

[5]石从黎,王智,张意.生态混凝土在城市建设中的应用[J].科学咨询,2009(2):67-68