無(wú)砂大孔混凝土技術(shù)在護(hù)坡工程中的應(yīng)用

1、.無(wú)砂大孔混凝土技術(shù)在護(hù)坡工程中的應(yīng)用第46卷第7期2010年7月甘肅水利水電技術(shù)GansuWaterConservancyandHydropowerTechnologyVo1.46.No.7Jut.,2010?設(shè)計(jì)與研究?無(wú)砂大孔混凝土技術(shù)在護(hù)坡工程中的應(yīng)用陳泰苗(福建省水利水電工程局有限公司,福建泉州362000)摘要:通過(guò)無(wú)砂大孔混凝土護(hù)坡技術(shù)在廣州蕉東閘橋工程中的應(yīng)用實(shí)例分析,探討了這種綠色環(huán)保,造價(jià)低廉的護(hù)坡技術(shù)在護(hù)坡工程中的應(yīng)用.關(guān)鍵詞:無(wú)砂大孔混凝土;護(hù)坡技術(shù);生態(tài)保護(hù);綠色環(huán)保中圖分類號(hào):TV544.92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1引言自混凝土問(wèn)世以來(lái),給人類帶來(lái)了方便和財(cái)富,同時(shí)也給人類

2、和環(huán)境帶來(lái)負(fù)面的影響.隨著社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)環(huán)境的要求起來(lái)越高,提出了人與自然環(huán)境和諧相處的科學(xué)發(fā)展觀.混凝土做為人類社會(huì)使用量最大的建筑材料,在其生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)山林和河道造成破壞,加重環(huán)境負(fù)荷,破壞生態(tài)平衡.因此,研究并推廣使用生態(tài),環(huán)保型的混凝土材料具有極為重要的社會(huì)意義和廣闊的發(fā)展前景.在此背景下,無(wú)砂混凝土以其獨(dú)特的性能,逐步進(jìn)入人們的視野并得到推廣,它不僅擁有傳統(tǒng)混凝土的材料的性能,更賦予其新的特性,是一種能保護(hù)環(huán)境,使人類與自然和諧發(fā)展的新型混凝土.2無(wú)砂混凝土的特點(diǎn)及其一般應(yīng)用無(wú)砂大孔混凝土就是不含砂的混凝土,它與普通?昆凝土的最大區(qū)別在于其無(wú)細(xì)骨料,僅由水泥,粗骨料和水拌制而成.

3、其粗骨料可以是碎石,卵石,也可以是人造輕骨料.由于沒(méi)有細(xì)骨料,所以在混凝土內(nèi)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(dòng).正是由于這些孔隙的存在,使得無(wú)砂混凝土具有與其它種類混凝土所不同的特點(diǎn):容重小,通常在1500900km;水泥用量少,由于大孔混凝土不用砂,故水泥用量較低,每立方米混凝土僅用水泥150200kg;強(qiáng)度較低,無(wú)砂大孔混凝土是顆粒較均勻的粗骨料被水泥漿包裹其表面,水泥漿不起填充作用,僅將粗骨料膠結(jié)在一起成為一種多孔性材料,因此強(qiáng)度比一般混凝土低得較多,一般為3.510.0MPa;水的毛細(xì)現(xiàn)象不顯著;透水性能好;吸音性能好;導(dǎo)熱系數(shù)小,保溫性能好;線膨脹系數(shù)小,一般較普

4、通混凝土小30%一50%,抗凍性好.無(wú)砂混凝土在房建上的應(yīng)用,由于容重小,適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度,良好的吸音性能和保溫性能,使得無(wú)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(xiàn)澆墻體.這種墻體具有節(jié)能低耗,自重輕,保溫,透氣等優(yōu)點(diǎn).無(wú)砂混凝土具有良好的透水性,過(guò)濾性和穩(wěn)定性,由于無(wú)砂混凝土具有自身的穩(wěn)定性,用作反濾結(jié)構(gòu)時(shí)不需要設(shè)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(jié)構(gòu),可用于公路,鐵路,水工建筑物中作反濾層.而無(wú)砂混凝土管則常應(yīng)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(xì)作用,使得元砂混凝土成為一種很好的地坪材料,可以用它澆筑停車場(chǎng),網(wǎng)

5、球場(chǎng)和城市廣場(chǎng)等地面的墊層等.無(wú)砂大孔混凝土作為一種新型半剛性基層材料對(duì)改善公路隧道內(nèi)路面板下地下水破壞狀況,延長(zhǎng)路面使用年限有著重要作用.當(dāng)用于做透水路面時(shí),通常會(huì)改用較好級(jí)配的粗骨料,并加入少量的沙,以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度,但相應(yīng)的透水性能降低.隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)生態(tài)環(huán)境日益重視,作為人類最大量使用的建設(shè)材料,混凝土今后的發(fā)展方向必然是既要滿足現(xiàn)代人的要求,又要考慮環(huán)境的因素,減輕對(duì)地球的負(fù)荷,有利于資源,能源的節(jié)省和生態(tài)平衡.生態(tài)環(huán)境友好型混凝土應(yīng)運(yùn)而生.生態(tài)環(huán)境友好型混凝土是指既能減少對(duì)地球環(huán)境的負(fù)荷,同時(shí)又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生,為人類構(gòu)造舒適環(huán)境的混凝土材料.而無(wú)砂大孔混凝土正好能

6、滿足這一要求.許多研究者在傳統(tǒng)無(wú)砂大孔混凝土基礎(chǔ)上進(jìn)行研究,開(kāi)拓其在生態(tài)環(huán)境保護(hù),生態(tài)改善或生態(tài)修復(fù)方面的應(yīng)用,并取得可喜的成就.(1)無(wú)砂混凝土在噪音防治上的應(yīng)用.據(jù)統(tǒng)計(jì),機(jī)動(dòng)車交通產(chǎn)生的噪音大約占噪音來(lái)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(duì)道路兩側(cè)的居民構(gòu)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(gè)方面尋求對(duì)策.如果采用普通的,比較致密的混凝土做隔音壁,根據(jù)重量法則,墻壁的面密度越大,聲波越不容易透過(guò),隔音效果越好.但是致密性的混凝土對(duì)聲波反射率較大,雖然對(duì)道路外側(cè)降低噪音效果顯著,但進(jìn)一步增大道路內(nèi)側(cè)噪音.而元沙混凝土具有連

7、續(xù),多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu),具有較大的內(nèi)表面積,可與普通的密實(shí)混凝土組成復(fù)合構(gòu)造.多孔的無(wú)沙混凝土直接暴露面對(duì)噪音源,入射的聲波一部分被反射,大部分則通過(guò)連通孔隙被吸收到收稿日期:20100531作者簡(jiǎn)介:陳泰苗(1977一),女,海南五指山人,工程師,學(xué)士,主要從事水利水電工程施工.?25?2010年第7期甘肅水利水電技術(shù)第46卷混凝土內(nèi)部,其中有一小部分聲波由于混凝土內(nèi)部的摩擦作用轉(zhuǎn)換成熱能,而大部分聲波透過(guò)多孑L混凝土層,到達(dá)多孔混凝土背后的空氣層和密實(shí)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(guò)多孔混凝土向外部發(fā)散.在此過(guò)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

8、部分,對(duì)減小噪音效果明顯.(2)應(yīng)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(shí)性混凝土缺乏透氣性和透水性,調(diào)節(jié)空氣的溫度,濕度的能力差,使市區(qū)的溫度比郊區(qū)和鄉(xiāng)村高23,產(chǎn)生所謂的"熱島現(xiàn)象".雨水長(zhǎng)期不能滲人地下,使城市地下水位下降,影響地表植物的生長(zhǎng),城市綠化面積減少,結(jié)果造成城市生態(tài)系統(tǒng)失調(diào).無(wú)沙混凝土內(nèi)部存在著大量較大的連通孔隙,具有透氣性和透水性,當(dāng)用于做透水性路面時(shí),通常會(huì)改用較好級(jí)配的粒徑較小的粗骨料,甚至加人少量的沙,以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度,但相應(yīng)的透水性會(huì)降低.為了區(qū)別于一般的無(wú)沙混凝土,并強(qiáng)調(diào)其透水性,稱其為透水性混凝土,將這種

9、混凝土用于鋪筑道路,廣場(chǎng),人行道路等,能夠擴(kuò)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(duì)調(diào)節(jié)城市空氣的溫度和濕度,補(bǔ)充地下水,減輕城市的防洪排澇壓力,改善城市樹(shù)木生長(zhǎng)的土壤環(huán)境和調(diào)整生態(tài)平衡具有重要作用.3無(wú)砂大孔混凝土在護(hù)坡工程中的應(yīng)用實(shí)例隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視,傳統(tǒng)利用混凝土,漿砌石等圬工護(hù)坡因其不生態(tài)而深受批評(píng),為了兼顧強(qiáng)度和生態(tài),人們提出綠化混凝土的概念.根據(jù)文獻(xiàn),綠化混凝土可定義為:能夠適應(yīng)植物生長(zhǎng),可進(jìn)行植被作業(yè)的混凝土及其制品;具有保護(hù)環(huán)境,改善生態(tài)條件,基本保持原有防護(hù)作用三個(gè)功能.綠化混凝土是指能夠適應(yīng)綠色植物生長(zhǎng)的多孔混凝土.混凝土內(nèi)部存在

10、許多連續(xù)的空隙,使其具有良好的透水,透氣特性,施工時(shí),只要在混凝土塊的孑L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(fā)芽,并穿透到土壤中生長(zhǎng),從而可以大大改善周圍大氣的環(huán)境.同時(shí),利用其多孔,透水透氣性,不僅可使微生物及小動(dòng)物在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi)生息,保持了生物的多樣性,具有顯著的生態(tài)效應(yīng);還可成功地解決常規(guī)硬化路面存在的散熱少,無(wú)呼吸,雨水聚積成澇等問(wèn)題.可以減輕市政排水設(shè)施負(fù)擔(dān),使地下水得到及時(shí)補(bǔ)充,避免造成地下水位明顯下降等嚴(yán)重問(wèn)題.此外,綠化型多孔混凝土具有較好的力學(xué)性能,若加入特殊的合成纖維,其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到1518MPa.因此無(wú)砂混凝土在一些水利工程

11、中的護(hù)坡也得到了應(yīng)用.對(duì)于利用無(wú)砂大孔混凝土進(jìn)行護(hù)坡的核心科學(xué)問(wèn)題是:如何控制大孑L隙率和連通孔隙;如何有效地的降低孔溶液的堿度.孑L隙率主要決定植物根系的可生長(zhǎng)空間.無(wú)砂混凝土孑L隙間相互的貫通程度,決定著植物根系的發(fā)育擴(kuò)展及獲得養(yǎng)分補(bǔ)給的能力,而貫通性取決于水灰比及灰骨比.灰骨比大時(shí),貫通性較差;而水灰比大會(huì)造成下層淤堵.等效孔徑對(duì)直根系花卉有直接影響.根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察,等效孔徑不宜小于1Omm.為了使植草能夠在混凝土孔隙間生根發(fā)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(qū)蕉東閘橋工程中內(nèi)涌河道護(hù)坡采用無(wú)砂大

12、孔混凝土護(hù)坡技術(shù).采用預(yù)留孔洞的無(wú)砂混凝土護(hù)坡(厚20em),預(yù)留孔洞是為了植草和方便水生動(dòng)物的棲息和繁殖.內(nèi)河涌護(hù)坡對(duì)強(qiáng)度要求不高,為了保證有較大的孔隙,對(duì)護(hù)坡無(wú)砂混凝土配合比的設(shè)計(jì)如表1所列.表1無(wú)砂混凝土配合比注:水泥:P.042.5級(jí);粉煤灰:F類級(jí);SR一3:生態(tài)混凝土外加劑,摻量為膠凝材的15%,具有降堿,早強(qiáng),提高界面強(qiáng)度等特性;ABc:不同骨料粒徑的配合比;123:不同水膠比的配合比.根據(jù)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在粒徑相同時(shí),透水混凝±的強(qiáng)度與pH值隨膠凝材用量的增加而提高,透水系數(shù)與空隙率隨著膠凝材用量的增加而降低;粒徑不同時(shí),強(qiáng)度隨粒徑的增大有所增加,但增幅不是太大,說(shuō)

13、明粒徑增大時(shí),骨料的比表面積減少,單位面積漿量增多,界面強(qiáng)度有所增加,空隙率和透水系數(shù)隨粒徑的增大增加明顯.?26?為能給植被提供足夠的養(yǎng)分與水分,生態(tài)混凝土成型后,需要灌注營(yíng)養(yǎng)液(主要由有機(jī)緩釋肥,有機(jī)營(yíng)養(yǎng)材料,纖維類材料,土壤,土壤安定劑,種子,水按一定比例調(diào)和而成).經(jīng)試驗(yàn),灌注處理后空隙率和透水系數(shù)隨粒徑的增大逐漸減小,且變化幅度隨粒徑的增大越來(lái)越大,但最小透水系數(shù)都達(dá)到0.35em/s,已超過(guò)植被生長(zhǎng)所需的(下轉(zhuǎn)第29頁(yè))第7期朱嫻.等:漢江王甫洲主河床土石壩監(jiān)測(cè)及分析第46卷上下波動(dòng)呈周期性變化;土體固結(jié),滲透壓力減小,有效應(yīng)力增大;滲壓計(jì)測(cè)值大小主要隨下游水位的漲落而增減.蓄水初

14、期,側(cè)向土壓力呈受壓狀態(tài);運(yùn)行期測(cè)值反映的受壓不再增加且趨勢(shì)穩(wěn)定.F_A-一5在1998年l1月已壞,E44,E46測(cè)值范圍分別在00.1l3MPa,00.073MPa;滲壓計(jì)P458,P459,P46o三支儀器測(cè)值分別在00.116MPa,00.068MPa,00.018MPa之間變化;從圖中可看出:E44有效壓應(yīng)力主要受下游水位的影響,E46有效壓應(yīng)力主要受該處混凝土溫度的影響;兩支儀器有效應(yīng)力分別在00.026MPa,00.068MPa之間變化.0.20O.12芝O.04-o.o4-0.12-0.20皇倒出一E4-6一溫度II3.L.轆一ll.3O2520基15贈(zèng)lO5l999塒200稍

15、20Di塒2Q02-.2000-4182004塒2005塒2006-2007.-08姍2009塒時(shí)問(wèn)圖3泄水閘右側(cè)連接段土壓力計(jì)與該測(cè)點(diǎn)溫度過(guò)程線O.2OO.120.04-0.o4-0.12-0.20一E4_4一下游水位.I1.1,J0LILL.Lr一/一.一/,/一8884呂80丑76長(zhǎng)7268l999塒200.08200l嘏2002418砌墻20044182005塒2006-082007塒20憾-.082009塒時(shí)間圖4泄水閘右側(cè)連接段土壓力計(jì)與下游水位過(guò)程線(2)壩頂豎向位移變形從圖5豎向位移過(guò)程線中可看出:測(cè)點(diǎn)沉陷量在壩蓄水期至運(yùn)行初期最大,中期沉陷量逐漸減小,說(shuō)明隨著時(shí)間的推移壩體已

16、逐漸固結(jié)密實(shí).該測(cè)點(diǎn)蓄水期2000年沉陷量為34.42mm,初期2001年1月至2005年12月沉陷量為19.57l蠢LPlO豎向位移,.'0/一'-,時(shí)間圖5豎向位移過(guò)程線mm,運(yùn)行期2006年至2008年1O月沉陷量為3.43mm,2009年沉陷量為6.32mm,相應(yīng)的沉陷率分別為:0.195%,0.111%,0.019%和0.036%.(3)結(jié)合部滲流該段面共布設(shè)4支測(cè)壓管:壩基測(cè)壓管有GY91,GY93,GY94,其中,GY91埋設(shè)在防滲墻前,GY93和GY94埋設(shè)在防滲墻后.防滲墻后壩體測(cè)壓管有GY92,埋在黏土心墻內(nèi).防滲墻前壩體測(cè)壓管GY91水位與上游的基本一致.

17、測(cè)壓管GY93,GY94水位主要受下游水位的影響,同步升降,其水位一般在78.1679.94In之間波動(dòng),最高達(dá)到85.78m.墻后壩體測(cè)壓管GY92無(wú)水,說(shuō)明防滲墻和黏土心墻的防滲效果良好.4結(jié)語(yǔ)(1)主河床的3個(gè)斷面的測(cè)壓管測(cè)值表明,壩體測(cè)壓管常年無(wú)水,壩基測(cè)壓管防滲墻后滲壓水位為78.080.5m,防滲墻削減水頭約6m,防滲效果明顯.(2)壩頂豎向位移累計(jì)沉陷量:主河床1為15.84mill,主河床2為l3.23mln,LP一10為63.75mill.年沉陷率分別為:0.008%,0.015%,0.036%,從沉陷率來(lái)看主河床1,2已穩(wěn)定.LP一10還未穩(wěn)定.(3)分層豎向位移,分層水平

18、位移各測(cè)點(diǎn)巳穩(wěn)定.(4)泄水閘與主河床連接側(cè)向土壓力呈受壓狀態(tài),E44有效應(yīng)力主要受下游水位影響,范圍在00.026MPa之間變化,E46有效應(yīng)力主要受該處混凝土溫度的影響,范圍在00.068MPa之間變化.(上接第26頁(yè))最低O.1em/s,完全滿足植被生長(zhǎng)需要.4結(jié)語(yǔ)由于無(wú)砂混凝土的生態(tài)性較好,造價(jià)較低,施工方便等優(yōu)點(diǎn),成功地實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益,生態(tài)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一.這幾年利用無(wú)砂混凝土進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡在廣州的河涌整治工程中得到廣泛應(yīng)用,取得了良好的效果,值得推廣應(yīng)用.參考文獻(xiàn):1奚新國(guó),許仲梓,陳建華.生態(tài)環(huán)境友好型混凝土的研究現(xiàn)狀與展望J.混凝土,2002,(08).2吳中偉.綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新j.建筑材料,1998.(01).3吳中偉.高性能混凝土綠色混凝土J.水泥工程,2000