無(wú)砂大孔混凝土的研究與應(yīng)用

無(wú)砂大孔混凝土的研究與應(yīng)用

1混凝土的社會(huì)應(yīng)用前景混凝土生產(chǎn)以來(lái)，它給人們帶來(lái)了舒適和財(cái)富，也對(duì)人類和環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響。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?；炷磷鰹槿祟惿鐣?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)砂大孔混凝土的應(yīng)用無(wú)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(qū)別在于其無(wú)細(xì)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(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):(1)容重小,通常在1500~900kg/m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,使得無(wú)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)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。而無(wú)沙混凝土具有連續(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)多孔混凝土層,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2~3℃,產(chǎn)生所謂的“熱島現(xiàn)象”。雨水長(zhǎng)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(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,甚至加入少量的沙,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)砂大孔混凝土護(hù)坡技術(shù)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?；炷羶?nèi)部存在許多連續(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(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15~18MPa。因此無(wú)砂混凝土在一些水利工程中的護(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:如何控制大孔隙率和連通孔隙;如何有效地的降低孔溶液的堿度?？紫堵手饕獩Q定植物根系的可生長(zhǎng)空間。無(wú)砂混凝土孔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?；夜潜却髸r(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10mm。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20cm),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。根據(jù)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在粒徑相同時(shí),透水混凝土的強(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)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。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0.35cm/s,已超過(guò)植