生態(tài)混凝土在護(hù)坡中的應(yīng)用研究

張 云

(重慶市合川工業(yè)投資(集團(tuán))有限公司)

1 生態(tài)混凝土概述

生態(tài)混凝土是一類特種混凝土，由普通砂石骨料、水泥、水、添加劑等進(jìn)行攪拌、澆筑、加固及保養(yǎng)之后，呈米花糖狀并具有連續(xù)孔隙的多孔混凝土，故呈現(xiàn)特殊的結(jié)構(gòu)與表面特性，不僅可以降低對環(huán)境的污染，而且有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，可以更好地保護(hù)環(huán)境。

1.1 多孔生態(tài)混凝土原材料的選擇

(1)水泥

水泥可以使用普通的波特蘭水泥、高爐水泥、煙灰水泥等，但最好是使用C35含量少的水泥或摻入了火山灰材料的水泥。在實踐應(yīng)用中，考慮到經(jīng)費、可操作性等因素，常常選用普通的硅酸鹽水泥來替代。

(2)骨料

骨料應(yīng)具備適當(dāng)?shù)拇植诙?、較高的彈性模量及單一級配，以保證生態(tài)混凝土達(dá)到適宜的孔隙率和孔隙直徑。同時，骨料中存在的有機(jī)物、粘土等成分會削弱水化作用，降低水泥漿的粘結(jié)力，所以配制多孔性生態(tài)混凝土?xí)r，應(yīng)當(dāng)盡量選用相對清潔的集料。

(3)生態(tài)混凝土專用添加劑

生態(tài)混凝土專用添加劑是一種主要成分為硅石粉、碳酸鈣等無機(jī)質(zhì)的懸浮液，其作用是使生態(tài)混凝土的力學(xué)性能、孔隙率、pH值、透水性及耐久性等指標(biāo)達(dá)到所需要求。

1.2 生態(tài)混凝土配合比

具有植生功能的生態(tài)混凝土的組成設(shè)計應(yīng)同時滿足孔隙率、酸堿性及強(qiáng)度等幾方面的要求，水泥用量越多，其抗壓強(qiáng)度也越高，和坡面的粘結(jié)效果也更好，但也越不利于植被的生長，因此需依據(jù)特定的工況條件，結(jié)合過濾性法則來初步確定生態(tài)混凝土的配合比選擇合理的配比。

1.3 生態(tài)混凝土的性能

(1)抗壓強(qiáng)度

生態(tài)混凝土強(qiáng)度與骨料的種類、粒徑、級配及形態(tài)有關(guān)，采用高等級水泥、增加添加劑摻量可以提高其相應(yīng)強(qiáng)度，并且強(qiáng)度與合適的水灰比密切相關(guān)。作為防止堤岸、路面、護(hù)坡的沖刷和硬化的普通生態(tài)混凝土，對于強(qiáng)度的要求并不高，其強(qiáng)度只要能夠使工人在混凝土表面進(jìn)行植被作業(yè)即可。強(qiáng)度的測定與普通混凝土強(qiáng)度的測定方法一致。

(2)pH值

水泥在水化作用時，會產(chǎn)生Ca(OH)2，使得混凝土成堿性，而生態(tài)混凝土的pH值一般維持在10左右。強(qiáng)堿性不僅可以防止鋼筋腐蝕，而且有利于水中生物和植被的生長。另外，水泥砂漿中的Ca(OH)2與空氣中的CO2接觸后，會發(fā)生中和反應(yīng)。時間越長，pH值越低，混凝土便會更加接近中性。

(3)全孔隙率

根據(jù)配合原料及施工工藝的不同，生態(tài)混凝土的全孔隙率一般保證在10% ～30%之間，不僅能夠保證護(hù)坡強(qiáng)度，又能夠滿足過濾、植物生長及小生物棲息的需求。按下式計算生態(tài)混凝土的全孔隙率

式中：A為全孔隙率，%;W1為生態(tài)混凝土在水中質(zhì)量，kg;W2為生態(tài)混凝土的干質(zhì)量，kg;V為生態(tài)混凝土的體積，cm3;ρw為水的密度，kg/cm3。

(4)透水性

生態(tài)混凝土的透水性也是一個重要參數(shù)指標(biāo)，常常因基礎(chǔ)材料的顆粒組成不同，其透水系數(shù)略有差異。但是對于主要功能為植生型的生態(tài)混凝土，其透水性有著嚴(yán)格要求，透水系數(shù)不能小于1 mm/s。在工程中，水灰比為0.40～0.60時，多孔生態(tài)混凝土的透水性達(dá)到7 mm/s以上，透水性良好，滿足植物生長的要求。

(5)耐久性

生態(tài)混凝土相對于普通混凝土更容易遭腐蝕，由于其特殊的多孔結(jié)構(gòu)。外界環(huán)境對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響也更大，如凈水混凝土污水中的微生物，綠化混凝土植物根系，另外再加上水流的沖刷、干濕、冷熱、凍融交替、環(huán)境水質(zhì)和大氣污染等綜合作用會降低其壽命。因此生態(tài)混凝土的耐久性在設(shè)計中就顯得十分重要。

2 坡面的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

2.1 框架構(gòu)造及跨度大小

框架是由現(xiàn)場澆筑的混凝土構(gòu)造物?？蚣艿闹饕饔檬潜Ｗo(hù)坡面表面不被風(fēng)化，同時使生態(tài)混凝土和坡面拘束成一體化。根據(jù)生態(tài)混凝土的不同厚度，框架的高度一般取10～15 cm，斷面寬度取值20～30 cm。而確定框架(豎、橫框)的跨距大小，要結(jié)合坡面長度、施工條件等方面考慮?？蚣茉O(shè)計如圖1所示。

2.2 坡面工程的覆蓋形式

砂層主要作用是保持工程護(hù)坡坡面的平整度。營養(yǎng)土主要提供草種生根、發(fā)芽、成長直至根深至生態(tài)混凝土下填土過程中所需營養(yǎng)。

圖1 生態(tài)混凝土護(hù)坡框架圖

2.3 生態(tài)混凝土在秦淮河生態(tài)護(hù)坡中的應(yīng)用

秦淮河生態(tài)護(hù)坡工程位于秦淮河上游，為土質(zhì)岸坡兩側(cè)河道邊坡穩(wěn)定，坡面地層裸露，與周邊景觀不相協(xié)調(diào)。充分考慮到沿江建筑物以及景觀協(xié)調(diào)性，決定沿秦淮河兩岸，建設(shè)生態(tài)混凝土護(hù)坡。生態(tài)混凝土護(hù)坡工程長250 m、寬13 m。根據(jù)《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)及秦淮河的實際工程狀況，設(shè)計岸坡高水位4.0 m，坡頂高程設(shè)計為7.5 m，坡底高程設(shè)計為2.8 m，水泥為普通硅酸鹽水泥42.5級，水灰比0.26，骨灰比3.2，骨料粒徑2.5 ～5.0 mm，采用框架構(gòu)造護(hù)坡及現(xiàn)場澆灌技術(shù)，框架設(shè)計如圖1所示。

秦淮河生態(tài)護(hù)坡工程實施3年來，不僅保護(hù)了秦淮河岸坡的安全穩(wěn)定，同時美化了自然生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建了人與自然和諧相處的綠色工程。

生態(tài)混凝土除了可以保護(hù)岸坡外，還具有植生性和過濾性。由于其多孔結(jié)構(gòu)使得綠色植物、微生物等在其中發(fā)育、生長。另外，在生態(tài)混凝土表面涂刷特殊的表面強(qiáng)化劑進(jìn)行處理，可以使得生態(tài)混凝土表面強(qiáng)度甚至與鋼板相當(dāng)，從而抵抗長期性的波浪侵蝕、沖淘及風(fēng)化作用，防止岸坡表面磨損。

3 結(jié)論

我國對于生態(tài)混凝土的研究尚處于起步階段，而且主要是利用其良好的透水性能，而在其根本的植生性方面卻相對缺乏研究。主要針對植生型生態(tài)混凝土，研究了其強(qiáng)度、耐久性等方面內(nèi)容。對于生態(tài)混凝土進(jìn)一步的推廣和實踐應(yīng)用做了初步探索，提供了科學(xué)依據(jù)。

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