生态型无砂混凝土配比对其强度及植生性的影响

Abstract： The experiment investigated the effects of aggregate gradation on the compressive strength， permeability coefficient， continuous porosity， pH value， and plant growth suitability of ecological pervious concrete， aiming to determine its optimized mix proportion. The results indicated that as the aggregate gradation increased， the pH value of the specimens gradually decreased， while the permeability coefficient， porosity， and average plant growth height progressively increased， and the compressive strength gradually declined. Comprehensive consideration of physical performance and plant growth requirements revealed that the optimal aggregate gradation range was 1520mm .

Keywords： Ecological concrete; aggregate size; compressive strength; planting properties

0 引言

河道护坡是河道整治水利 料来对河道进行防护，虽然加强 无意识忽略了 水土流失防治等功能的 绿色植物生长要求的多孔混 了其作为材料结构的基本功 发挥着重要作用 人与自然和谐共处的积极作用，在净化水质、 具有重要的应用潜力[5，

孔隙率是生态型无砂混凝土的重要指标，对植物的生长效果具有重要的影响。生态型无砂混凝土的孔隙率越大，植物生长的空间越大，植物的生长效果越好。然而，随着孔隙率的提高，生态型混凝土的力学性能会降低 [7]。Malaiskiene 等 [8] 和 Liu 等 [9] 发现骨料级配对于混凝土的孔隙率和抗压强度也有重要的影响。骨料级配越大，有效孔隙率越高，植生性越好，但抗压强度越低。然而，这些研究主要研究骨料级配对于混凝土抗压强度或植生性的影响，未对不同因素的共同作用进行探究。因此，同时优化骨料的级配，来协调生态型无砂混凝土的力学性能和植生性之间的关系，有望使得混凝土的抗压强度和植生性均取得更优的效果，对于生态型无砂混凝土推广和实际应用具有非常重要的意义 [10，11]。

基于此，本论文开展骨料级配对生态型无砂混凝土的抗压强度和植生性的影响研究。使用不同骨料级配制备试件，探究骨料级配对于生态型无砂混凝土抗压强度、透水系数、连续孔隙率、pH 值等物理指标和植生性指标的影响，得到性能较优的骨料级配参数。

1. 试验方案

养护28 天龄期时，用标准试验方法测得试块抗压强度值 f_c^∘ 。根据如下公式（1）计算抗压强度：

其中，P 为最大载荷，单位为kN ；A 为受力面积，单位为mm2。

每组取三个试件测定值的平均值作为该组试件的平均抗压强度（精确至0.1 Mpa）。

1.2 孔隙率测定试验

通过测定生态型无砂混凝土试件外观体积、浸水饱和水中质量、面潮无水 （ 饱和面干 ） 质量及烘干质量等计算得出孔隙率。连续孔隙率P 的计算公式见式（2）：

其中， u 为体积，单位为cm3 ； ΔM₀ 、 M₁ 分别为浸水饱和试件水中质量、饱和面干试件质量，单位均为g。

1.3 透水系数试验

将 28 天龄期的生态型无砂混凝 水中浸 件高出试件上表面 20 mm＼～30 mm，浸泡时间为 24 h。随后， （a） 平均值，精确至 1 m计算试件上表面积 （A） 整水量，使梭柱密封装置保持一定的水位（ 150mm） 量容器从出水口接水，记录90 s 流出的水量 水位之差（H），精确至1 mm。用温度计 公式（4）计算透水系数kT ：

其中， 为水温 T 时的透水系数，单位为 mm/s ；Q 为一定时间内排水量，单位为 mm3 ；L 为试件的高度，单位为mm ；A 为试件的底面面积，单位为mm2 ；H 为平均水位线的高度，单位为mm ；t 为测试的试件。

1.4 pH 值试验

将 28 天龄期的试件浸泡在一定量的纯净水中，将生态型无砂混凝土试件放入容器中（水面浸没试件至少5 cm）并用保鲜膜封住，然后移至 恒温恒湿环境中静置 24 h，测定水溶液的 pH 值，取出试件换水重复以上步骤，当前后两次浸泡水的pH 值稳定不变时，最后一次测试结果即为该龄期该试件的孔隙碱度。

1.5 植生性试验

试验选用狗牙根进行种植。狗牙根是草科的多年生草本植物，是生长良好且有弹性的植物之一。它可以适应一定程度的酸度和盐度，最适合狗牙根生长的环境 pH 为 6。播种前应将种子冷藏在 0–10 摄氏度，并在播种前 24 小时浸泡在水中发芽。用于植生试验的生态混凝土试件在没有任何特别措施的露天环境中放置2 个月，使其充分碳化。在试验过程中，用直尺测量根长以确定株高。

2 试验结果及分析

2.1 骨料级配对生态型无砂混凝土基本性能的影响

利用不同骨料分别制备生态型无砂混凝土，相同骨料重复制得两块试件，用来探究骨料级配对于生态型无砂混凝土物理性能的影响。骨料级配对生态型无砂混凝土连续孔隙率和 pH 值的影响如表 3 所示。从表中可以看出，在其他条件相同的情况下，随着骨料级配的增大，试件的连续孔隙率则逐渐升高。三组试件的孔隙率在27% 到 37% 之间，且均能满足工程要求的 20%（参照马建等人提出的标准 [12]，其他指标同）。另外，骨料级配增大的同时试件的pH 值会呈现缓慢降低的趋势。

2.2 骨料级配对生态型无砂混凝土工程性能的影响

透水系数和抗压强度是 生态型无砂混凝土透水系数的影响如表 3 所示。从表 ，试件的透水系数逐渐上升。此外，不同骨 料级配为 10-15 mm 时，两个试块的抗压强度分 的抗压强度分别为6.95MPa 和 7.20 MPa，均高 时由于试块存在沉浆现象，导致其强度不稳定， 的增加，生态型无砂混凝土试块的抗压强度降低。这一 土抗压强度与连续孔隙率随骨料级配的变化规律保持一致。

选用三种不同骨料级配的生态型无砂混凝土进行植生性试验，探究骨料级配对于生态型无砂混凝土植生性的影响。根据参考文献，以30-40 g/m2的用量手工撒播种子[13]，并对狗牙根的生长情况和植株高度进行记录。根据记录狗牙根在生态型无砂混凝土中的生长适应性较好，且植株的生长状态均较为稳定。7天后，不同骨料级配组别中植物的高度可达3-6 mm；15天后，生长到10-23 mm。而在30天时，骨料级配为10-15 mm、15-20 mm、20-25 mm的试验组中，植株的平均高度分别为30 mm、60 mm和65mm。这一结果表明，随着骨料级配的增大，狗牙根的植株平均高度也会逐渐增加。这也符合混凝土孔隙率越高，越有利于植物生长的规律[14]。当骨料级配由15-20 mm增大到20-25 mm时，植物的生长高度略微增加。但考虑到骨料级配为20-25 mm的生态型无砂混凝土试块抗压强度不符合工程要求，综合植生性试验和物理性能试验的结果。

3结论

骨料级配和矿质替代率对于生态型无砂混凝土的强度和植生性具有重要的影响。通过实验优化发现，骨料级配最佳为15-20 mm。

（1）随着骨料级配增加，试件的pH逐渐降低、透水系数和连续孔隙率逐渐升高，抗压强度也随之降低。然而，当骨料粒径为20-25 mm时，试件的沉浆较多，出现植被生长斑化严重，强度不稳定等情况，不能满足试块的抗压强度工程要求。

（2）试件的植生性也随着骨料级配增大而逐渐提升。骨料级配为15-20 mm的试件中植株生长状况与20-25 mm试件中植株的生长状况相近，且远远优于10-15 mm试件。综合考虑物理性能与植生性，选择15-20 mm为最佳骨料级配。

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