亚热带植生混凝土试验研究

发布时间：2020-08-14 09:31

【摘要】：植生混凝土是一种新型的环境友好型材料,由混凝土层和植被层组成,混凝土层为多孔结构,主要起受力作用,其多孔结构不但为植物根系提供生长环境,还可以起到排水作用,使地面水还原为地下水;植被层一方面起到净化水质,美化环景,保护生物多样性,固堤护岸的效果,另一方面可以缓解城市“热岛效应”,有利于调节城市的温度和湿度。由于我国现在还没有植生混凝土的相关规范和标准,让植生混凝土的推广遭到了阻碍,因此本文对其进行了一系列研究,主要研究成果如下:(1)通过对植生混凝土的制备技术进行研究得出:在保持粗骨料表明清洁的情况下,搅拌方法采用“裹浆法”,振动方法采用在0.4MPa下的静压成型法,采用二次降碱,一次降碱选择掺入粉煤灰和石膏两种降碱材料,二次降碱采用水浸法,可以制备出强度较高且碱性较低的植生混凝土试块。植生混凝土的强度、孔隙率和孔隙水环境pH值之间存在相互影响的关系,本文对此三种性能进行深入研究。选取水灰比、粉煤灰掺量、设计孔隙率和陶粒替代量作为正交试验的四个因素,将不同材料的掺量和设计孔隙率作为四个水平。通过对16组成型试块的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、孔隙率和孔隙浸出液pH值进行测试,分析了测试结果的极差、方差和功效系数,得出了影响植生混凝土性能的主要和次要因素,并根据分析结果优选出了一组最优配合比。对正交试验结果进行回归分析,建立强度、孔隙浸出液pH值与四因素(水灰比、粉煤灰掺量、设计孔隙率和陶粒替代量)的回归公式,并对分析结果进行显著性分析。(2)对优选配合比制备出的植生混凝土在3%、5%、7%三种浓度的硫酸盐中浸泡,通过15次、30次、60次、90次、120次的干湿循环侵蚀制度,观察混凝土表观变化;计算其相对重量变化和强度耐蚀系数;分析了硫酸盐侵蚀下植生混凝土破坏的原因。随着干湿循环次数的增加,植生型多孔混凝土试块的表面破坏越来越严重,其骨料的脱落顺序是从角落到对角再到四周,说明硫酸盐侵蚀对植生混凝土产生了较大的影响。植生型多孔混凝土在不同浓度的硫酸盐侵蚀作用下,其相对重量变化呈现从负值到正值的一个逐渐变大的过程,即植生混凝土试块的质量呈现出先增大后减小的趋势,硫酸盐浓度越高,其重量的下降速度越快,幅度越大。植生型多孔混凝土在不同浓度的硫酸盐侵蚀作用下,其抗压强度耐蚀系数变化呈现一个逐渐变小的过程,植生混凝土试块的抗压强度呈现出先增大后减小的趋势,硫酸盐浓度越高,其抗压强度量的下降速度越快,幅度越大。(3)通过对植生混凝土的种植技术研究,选择在孔隙中填充混合基质土,在表面覆盖天然土壤,营养基质的填充方法根据实际需要进行选择,现浇植生混凝土选用渗入法,预制植生混凝土构件选用浸入法。本文选取狗牙根、高羊茅、黑麦草、剪股颖、三叶草和四季青六种植物进行种植试验,试验结果表明上述六种植物均能在植生混凝土上生长,其中高羊茅的生长速率最快,成活率最高,其次是黑麦草,生长速率相对较快,成活率也较高,四季青与狗牙根也能在植生混凝土中较好地生长,而剪股颖与三叶草的成活率相对较低,六种植物按发芽时间从短到长排序为:高羊茅黑麦草狗牙根=剪股颖四季青三叶草,按成活率从高到低排序为:高羊茅黑麦草四季青狗牙根三叶草剪股颖。(4)通过ANSYS APDL程序,利用蒙特卡罗方法和孔隙投递算法建立了植生混凝土的多孔骨架,使用Workbench程序对模型进行植生混凝土抗压破坏数值仿真,对所得的总位移、应力和应变进行分析。结果表明,在压力载荷下,模型的变化主要发生在试件顶部,位移变化量从试件顶部开始往下部逐渐减小,最大位移变形主要是试件顶部和孔隙间的薄弱部位。试件底部的试件变形很小,上部变形较大,其应力云图呈现出从孔隙出发逐渐向外扩散的趋势,孔隙处应力在逐渐增大,说明试块在破坏时是由孔隙处开始发生破坏,逐渐蔓延到试块的其他部分,这与实际试验中混凝土从孔隙中开始产生裂缝逐渐蔓延导致骨料脱落,从而使试块发生破坏的情况相一致。进一步说明了对于植生混凝土来说,抗压破坏主要是先从孔隙处的较薄弱的界面开始破坏,之后开始扩展延伸,最终导致试块出现失稳,强度丧失,试块破坏。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：

自然边坡,安全问题

1.1 研究背景及意义植生混凝土（Plant concrete）是一种环境友好型材料，由混凝土层和植被层组成，混凝土层为多孔结构，主要起受力作用，其多孔结构不但为植物根系提供生长环境，还可以起到排水作用，使地面水还原为地下水；植被层一方面起到净化水质，美化环景，保护生物多样性，固堤护岸的效果，另一方面可以缓解城市“热岛效应”，有利于调节城市的温度和湿度。随着我国城区扩大，湖泊、河涌河道有可能出现安全、生态与环境问题，主要表现在以下两个方面：（1）自然边坡有可能出现安全问题。修建湖泊、河涌、河道时，改变了原始地貌和植被，形成裸露的边坡。在植被自然恢复前，边坡表层土壤易受雨水侵蚀而流失。即使有自然植被的河岸边坡，其土壤也不一定能够抵抗暴雨和水力冲刷，植被生长难以持久。边坡在汛期一旦坍塌，将给人民生命财产造成损失。

生态问题,边坡,混凝土,护岸材料

图 1-2 混凝土边坡出现生态问题Fig. 1-2 Ecological problems in concrete slope由上可知，湖泊、河涌河道工程出现了以“安全”和“生态”为焦点的两难矛盾临着越来越严峻的安全、生态与环境问题，其护岸材料与技术更成为科研技术人员高关注的难题[1-5]。近年来我国一直都在倡导“海绵城市”建设，其本质就是将城市建设与生态环境的

示意图,混凝土结构,示意图,混度

图 1-3 植生混凝土结构示意图Fig. 1-3 Schematic diagram of plant-grown concrete structure要保证具有一定强度的同时具有足够的孔隙率，因此成型方备方法，一般采用静压的方法；与普通混凝土相比，植生混度的损失会导致其施工性能的降低，所以在实际施工时需要压实完成之间的时间间隔，由于植生混凝土的基本骨架与透以参考《透水水泥混凝土路面技术规程》（）[7]的相关规定表 1-1 植生混凝土从搅拌机出料至浇筑完毕的允许最长时间The maximum time allowed for plant concrete from the discharge of mcompletion of pouring施工气温 t（℃）允许最长时间（h）5≤t＜10 2

【参考文献】