多孔生态混凝土的制备与性能研究

发布时间：2019-08-06 07:07

【摘要】：基础设施建设和环境保护是21世纪人类共同关注的热门话题，也是许多国家努力解决的焦点问题。近年来我国经济发展迅猛，公路、铁路、堤坝等基础建设规模不断增大。但是，在基础设施的修建过程中不仅破坏了原始地貌和植物覆盖层，而且导致大面积水土流失，区域生态环境严重失调。因此，如何在基础设施建设过程中保护环境是当前面临的重要任务。多孔生态混凝土是在多孔混凝土基体上进行植被而成的特种功能建筑材料，既具有一定的强度还可产生良好的生态效益、自净效益、防洪效益、景观效益和经济效益。本文围绕多孔生态混凝土制备方法及配合比设计、孔结构控制与表征、力学性能和耐久性、碱度调控方法和植物相容性等方面展开深入研究，并结合XRD、SEM-EDS、CT扫描机等测试手段对低碱度胶凝材料及其混凝土的组成和结构进行系统分析，主要结论如下：（1）当浆体的流动度控制在180~210mm时，通过裹浆法搅拌工艺和插捣以及振动与压制相结合成型方式，可以制备出力学性能、孔结构均满足要求的多孔生态混凝土。在多孔生态混凝土厚度在5~10mm范围内时，其厚度与抗压强度并非简单的线性关系，而是随着成型厚度的增加，其抗压强度呈现先降低后增加，而后又降低的趋势。（2）掺入硬石膏可改善硫铝酸盐水泥熟料的碱度，但其力学性能会有所损失。在改性硫铝酸盐水泥中，当硬石膏掺量为40%时，其28d碱度为9.78（pH），与纯熟料相比碱度下降15.69%；掺入适量的石灰石、粉煤灰、矿渣可以在保证碱度的前提下适当提高强度。改性硫铝酸盐水泥最佳配比（低碱度胶凝材料）为：硬石膏20%，石灰石20%，硫铝酸盐水泥熟料60%，此时水泥28d净浆抗压强度为103.5MPa，28d碱度为10.42。与普通硅酸盐水泥相比，采用低碱度胶凝材料制备的多孔生态混凝土干缩性能、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性能稍差，但其早期强度高、碱度低，是制备多孔生态混凝土理想的胶凝材料。（3）混凝土的孔隙率和强度是一对矛盾，随着粗骨料粒径的增大，多孔生态混凝土的力学性能逐渐下降，而孔结构则得到了明显改善。混凝土透水系数对孔隙率影响不太敏感，但与有效孔径存在良好的二次函数关系。目标孔隙率为26%且粗骨料粒径为16~19mm的多孔生态混凝土，其孔隙率为26.28%，28d抗压强度为15.0MPa，有效孔径为7.0mm，孔径在2.0~4.5mm范围内孔隙占总测试孔隙总数的39%。（4）基于骨料堆积模型，建立了多孔生态混凝土球形包裹配合比设计方法。研究结果表明：粗骨料包裹层厚度在440~690μm范围内时，多孔生态混凝土孔隙率在22.17~29.66%之间。随着包裹层厚度的降低，多孔生态混凝土孔隙率、有效孔径逐渐增大，力学性能逐渐降低。多孔生态混凝土养护3d时的碱度随着包裹层厚度的增加而降低，而在28d时的碱度却与其相反。最佳包裹层厚度为590μm，其孔隙率为26.32%，有效孔径为4.6mm，28d碱度为9.72，抗压强度为12.1MPa。（5）优选实验室中多孔生态混凝土配比进行中间试验，研究多孔生态混凝土与植物的相容性。将自然土、营养土、复合肥与种子等按照一定比例配合，并通过特定工艺置入多孔生态混凝土系统，定期浇水、施肥，经观测发现植物成功在混凝土中正常生长。采用“绿景五号”等优质草种，植物生长状态良好，3d发芽，30d成坪，7d植株高度达5cm，28d植株高度达12cm，能够很快形成小范围生态环境。
【图文】：

,多孔生态混凝土的制备与性能研究,颜小波;2013年,

达到了护坡植物生长的要求。是利用酸性土壤中和混凝土内部碱度会影响其内部的微观结构，最终导致性的下降，而利用聚合物封碱技术不仅耗费大量资金，而且紫外线会剪断分子链，导致后期碱性物质溶出，因此这两种降碱方式后期效果皆不理想，混凝土的碱度基本上来自胶凝材料，因此寻求碱度低的胶凝材料是解决本方法。au Dit Coumes[36-38]等人对硅酸盐水泥内部碱度的发展过程进行了研究，得分为三个时期，如图 1.1 所示：第一阶段是易溶的碱性溶液处于主导地位3 左右；第二阶段是由于氢氧化钙的溶解，pH 得到了缓冲，，可以达到 12.碱度是由钙/硅比决定的。水化后期，Ca(OH)2已经不复存在，基本是 C-S-的存在有一个极限的碱度，低于这个碱度凝胶会发生分解释放出 Ca(OH)度受到钙/硅比的影响，且比值越小，碱度越低。

,多孔生态混凝土的制备与性能研究,颜小波;2013年,

根本上解决多孔生态混凝土内部碱度过高的问题只能更换制前应用的胶凝材料除了普通硅酸盐水泥以外主要还有：铝酸酸盐水泥。铝酸盐水泥水化后孔隙内部碱度为 11.4~12.5[45]难以应用到实际工程；而磷酸盐水泥虽然水化后孔隙内部碱性能不稳定，至今为止很少有人用于实际工程。而硫铝酸盐（AFt）、铝胶、铁胶以及少量水化硅酸钙凝胶[47]，理想情)2。因此作为硫铝酸盐水泥主要水化产物的 AFt 是否可以在低可否应作低碱度胶凝材料的关键。沈威等人[48]研究得出 AFt =10.8~12.5 之间，最适宜存在的 pH 为 11.2~11.9，因此 AFt 存在；但许温葭等[49]则通过调整胶凝材料的组成，得出 AFt 8.49。Jones[50]、D，Ans 和 Eick[51]、Eitel[52]相继对 CaO-A12O进行了研究，得出其水化产物钙矾石、石膏、铝胶的稳定存许温葭得出此平衡点的 pH 值为 9.0 左右。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU528

【参考文献】