無砂大孔混凝土的研究與應用

1混凝土的社會應用前景混凝土生產以來，它給人們帶來了舒適和財富，也對人類和環境產生了負面影響。隨著社會的進步,人們對環境的要求起來越高,提出了人與自然環境和諧相處的科學發展觀?；炷磷鰹槿祟惿鐣褂昧孔畲蟮慕ㄖ牧?在其生產過程中對山林和河道造成破壞,加重環境負荷,破壞生態平衡。因此,研究并推廣使用生態、環保型的混凝土材料具有極為重要的社會意義和廣闊的發展前景。在此背景下,無砂混凝土以其獨特的性能,逐步進入人們的視野并得到推廣,它不僅擁有傳統混凝土的材料的性能,更賦予其新的特性,是一種能保護環境,使人類與自然和諧發展的新型混凝土。2無砂大孔混凝土的應用無砂大孔混凝土就是不含砂的混凝土,它與普通混凝土的最大區別在于其無細骨料,僅由水泥、粗骨料和水拌制而成。其粗骨料可以是碎石、卵石,也可以是人造輕骨料。由于沒有細骨料,所以在混凝土內部存在著大量較大的孔隙,水可以在硬化的混凝土孔隙中流動。正是由于這些孔隙的存在,使得無砂混凝土具有與其它種類混凝土所不同的特點:(1)容重小,通常在1500~900kg/m無砂混凝土在房建上的應用,由于容重小、適當的強度、良好的吸音性能和保溫性能,使得無砂混凝土成為一種較好的墻體材料,適用于制做墻體小型空心砌塊、磚和各種板材,也可用于現澆墻體。這種墻體具有節能低耗、自重輕、保溫、透氣等優點。無砂混凝土具有良好的透水性、過濾性和穩定性,由于無砂混凝土具有自身的穩定性,用作反濾結構時不需要設置多層,還可以起到支撐作用,替代部分溝壁、井壁和擋墻等結構,可用于公路、鐵路、水工建筑物中作反濾層。而無砂混凝土管則常應用在堤壩集滲工程和基坑排水工程中。良好的透水性,較小的毛細作用,使得無砂混凝土成為一種很好的地坪材料,可以用它澆筑停車場、網球場和城市廣場等地面的墊層等。無砂大孔混凝土作為一種新型半剛性基層材料對改善公路隧道內路面板下地下水破壞狀況、延長路面使用年限有著重要作用。當用于做透水路面時,通常會改用較好級配的粗骨料,并加入少量的沙,以增強材料的強度,但相應的透水性能降低。隨著社會的發展,人們對生態環境日益重視,作為人類最大量使用的建設材料,混凝土今后的發展方向必然是既要滿足現代人的要求,又要考慮環境的因素,減輕對地球的負荷,有利于資源、能源的節省和生態平衡。生態環境友好型混凝土應運而生。生態環境友好型混凝土是指既能減少對地球環境的負荷,同時又能與自然生態系統協調共生,為人類構造舒適環境的混凝土材料。而無砂大孔混凝土正好能滿足這一要求。許多研究者在傳統無砂大孔混凝土基礎上進行研究,開拓其在生態環境保護、生態改善或生態修復方面的應用,并取得可喜的成就。(1)無砂混凝土在噪音防治上的應用。據統計,機動車交通產生的噪音大約占噪音來源的1/3,尤其是高速道路交通流量大,車速快,且夜間交通量日趨增大,對道路兩側的居民構成極大的困擾。為了防止噪音,一般從抑制噪音源、噪音傳遞路徑、隔音及吸音等幾個方面尋求對策。如果采用普通的、比較致密的混凝土做隔音壁,根據重量法則,墻壁的面密度越大,聲波越不容易透過,隔音效果越好。但是致密性的混凝土對聲波反射率較大,雖然對道路外側降低噪音效果顯著,但進一步增大道路內側噪音。而無沙混凝土具有連續、多孔的內部結構,具有較大的內表面積,可與普通的密實混凝土組成復合構造。多孔的無沙混凝土直接暴露面對噪音源,入射的聲波一部分被反射,大部分則通過連通孔隙被吸收到混凝土內部,其中有一小部分聲波由于混凝土內部的摩擦作用轉換成熱能,而大部分聲波透過多孔混凝土層,到達多孔混凝土背后的空氣層和密實混凝土板表面再被反射,而這部分被反射的聲波從反方向再次通過多孔混凝土向外部發散。在此過程中,與入射的聲波具有一定的相位差,由于干涉作用互相抵消一部分,對減小噪音效果明顯。(2)應用于透水性路面。目前城市表面80%以上的面積被建筑物和混凝土路面覆蓋,這種密實性混凝土缺乏透氣性和透水性,調節空氣的溫度、濕度的能力差,使市區的溫度比郊區和鄉村高2~3℃,產生所謂的“熱島現象”。雨水長期不能滲入地下,使城市地下水位下降,影響地表植物的生長,城市綠化面積減少,結果造成城市生態系統失調。無沙混凝土內部存在著大量較大的連通孔隙,具有透氣性和透水性,當用于做透水性路面時,通常會改用較好級配的粒徑較小的粗骨料,甚至加入少量的沙,以增強材料的強度,但相應的透水性會降低。為了區別于一般的無沙混凝土,并強調其透水性,稱其為透水性混凝土,將這種混凝土用于鋪筑道路、廣場、人行道路等,能夠擴大城市的透水、透氣面積,增加行人、行車的舒適性和安全性,減少交通噪音,對調節城市空氣的溫度和濕度,補充地下水,減輕城市的防洪排澇壓力,改善城市樹木生長的土壤環境和調整生態平衡具有重要作用。3無砂大孔混凝土護坡技術隨著人們對生態環境的日益重視,傳統利用混凝土、漿砌石等圬工護坡因其不生態而深受批評,為了兼顧強度和生態,人們提出綠化混凝土的概念。根據文獻,綠化混凝土可定義為:能夠適應植物生長、可進行植被作業的混凝土及其制品;具有保護環境、改善生態條件、基本保持原有防護作用三個功能。綠化混凝土是指能夠適應綠色植物生長的多孔混凝土?；炷羶炔看嬖谠S多連續的空隙,使其具有良好的透水、透氣特性,施工時,只要在混凝土塊的孔隙中充填腐植土、種子、緩釋肥料、保水劑等混合材料,草籽就可生根、發芽,并穿透到土壤中生長,從而可以大大改善周圍大氣的環境。同時,利用其多孔,透水透氣性,不僅可使微生物及小動物在其凹凸不平的表面或連續空隙內生息,保持了生物的多樣性,具有顯著的生態效應;還可成功地解決常規硬化路面存在的散熱少、無呼吸、雨水聚積成澇等問題.可以減輕市政排水設施負擔,使地下水得到及時補充,避免造成地下水位明顯下降等嚴重問題。此外,綠化型多孔混凝土具有較好的力學性能,若加入特殊的合成纖維,其抗壓強度可達到15~18MPa。因此無砂混凝土在一些水利工程中的護坡也得到了應用。對于利用無砂大孔混凝土進行護坡的核心科學問題是:如何控制大孔隙率和連通孔隙;如何有效地的降低孔溶液的堿度。孔隙率主要決定植物根系的可生長空間。無砂混凝土孔隙間相互的貫通程度,決定著植物根系的發育擴展及獲得養分補給的能力,而貫通性取決于水灰比及灰骨比?；夜潜却髸r,貫通性較差;而水灰比大會造成下層淤堵。等效孔徑對直根系花卉有直接影響。根據實驗觀察,等效孔徑不宜小于10mm。為了使植草能夠在混凝土孔隙間生根發芽并穿透至土層,要合理選擇骨料粒徑,保證有一定的孔隙率、表面空隙率。福建省水利水電工程局有限公司于2005至2007年在廣州南沙區蕉東閘橋工程中內涌河道護坡采用無砂大孔混凝土護坡技術。采用預留孔洞的無砂混凝土護坡(厚20cm),預留孔洞是為了植草和方便水生動物的棲息和繁殖。內河涌護坡對強度要求不高,為了保證有較大的孔隙,對護坡無砂混凝土配合比的設計如表1所列。根據表1試驗數據可知,在粒徑相同時,透水混凝土的強度與pH值隨膠凝材用量的增加而提高,透水系數與空隙率隨著膠凝材用量的增加而降低;粒徑不同時,強度隨粒徑的增大有所增加,但增幅不是太大,說明粒徑增大時,骨料的比表面積減少,單位面積漿量增多,界面強度有所增加,空隙率和透水系數隨粒徑的增大增加明顯。為能給植被提供足夠的養分與水分,生態混凝土成型后,需要灌注營養液(主要由有機緩釋肥、有機營養材料、纖維類材料、土壤、土壤安定劑、種子、水按一定比例調和而成)。經試驗,灌注處理后空隙率和透水系數隨粒徑的增大逐漸減小,且變化幅度隨粒徑的增大越來越大,但最小透水系數都達到0.35cm/s,已超過植