生態(tài)混凝土護(hù)坡的構(gòu)建技術(shù)及生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)

生態(tài)混凝土護(hù)坡的構(gòu)建技術(shù)及生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)摘要人類進(jìn)行邊坡防護(hù)已有很長(zhǎng)的歷史但在防護(hù)與綠化美化兩方面一直沒(méi)有統(tǒng)一，與傳統(tǒng)防護(hù)材料相比，生態(tài)混凝土既有較高的強(qiáng)度能有效地進(jìn)行邊坡防護(hù)、加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，提高防護(hù)年限，又具有很大的孔隙率便于植物在其中生長(zhǎng)，具有改善環(huán)境的功能是一種被廣泛認(rèn)可的生態(tài)修復(fù)材料因此開(kāi)展生態(tài)混凝土的研究具有重要意義。本文主要針對(duì)具有生態(tài)環(huán)保功能的生態(tài)混凝土的配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度干濕交替作用下的耐久性護(hù)坡構(gòu)建和綜合生態(tài)效應(yīng)等方面進(jìn)行了探討和研究在基本性能方面本論文研究了生態(tài)混凝土在摻加礦物摻合料時(shí)其強(qiáng)度隨著摻合料摻量的變化規(guī)律除此以外還研究了摻加礦渣的生態(tài)混凝土處在干濕交替作用下的耐久性特點(diǎn)進(jìn)行了生態(tài)混凝土抗干濕交替性能的試驗(yàn)在護(hù)坡構(gòu)建中還研究了植物必要的生長(zhǎng)環(huán)境生態(tài)護(hù)坡植物的選擇以及生態(tài)護(hù)坡基質(zhì)的選擇此外，本文最后研究了不同粗骨料的生態(tài)混凝土水質(zhì)凈化性能和污水處理的標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：生態(tài)混凝土，干濕交替，生態(tài)護(hù)坡，強(qiáng)度，水質(zhì)凈化第一章緒論1.1研究背景近年來(lái)在水利工程建設(shè)中人們逐漸意識(shí)到河堤護(hù)坡是河流生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分它是河道水流生態(tài)系統(tǒng)向陸地生態(tài)系統(tǒng)過(guò)渡的一個(gè)通道河道不僅僅具有防洪航運(yùn)等基本功能還應(yīng)具有生物棲息地和人文景觀等功能傳統(tǒng)的漿砌石或混凝土河堤護(hù)坡雖然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有防止水流和波浪對(duì)岸坡基土的沖蝕和淘刷作用但水體封閉在河道中切斷了水體和近岸陸地土壤之間各生態(tài)要素間的物質(zhì)能量及信息系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系破壞了原有水陸交錯(cuò)帶的生物群落。水生植物水生動(dòng)物不能正常生長(zhǎng)而消失生物多樣性急劇下降從而影響整個(gè)河流的生態(tài)環(huán)境。此時(shí)就需要考慮發(fā)展能與自然協(xié)和共生的建筑材料來(lái)建造護(hù)坡此護(hù)坡可保凝，孔內(nèi),，可使水質(zhì)得到凈化雖然與普通混凝土相比它的強(qiáng)度和耐久性都有所不及但是其有著極為廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。生態(tài)混凝土的凈水功能主要由于它存在大量的孔隙所以具有良好的透水與透氣性就目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看它的凈水機(jī)理主要是物理作用化學(xué)作用以及生態(tài)綜合效應(yīng)三個(gè)方面：1．物理作用多孔混凝土的孔隙率在5～35之間，并且連通孔占15～30，平均孔徑為4～5mm并且孔隙彎彎曲曲這就形成了很好的過(guò)濾材料但是它的比表面積是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于如沸石活性炭等良好的吸附凈水材料而且在實(shí)際應(yīng)用中我們可以想像到它的孔隙會(huì)慢慢堵塞從而喪失了過(guò)濾的功能因此它通過(guò)物理作用來(lái)凈水的效果是不會(huì)太明顯的。2．化學(xué)作用大家都知道,我們經(jīng)常使用石灰來(lái)凈化水質(zhì),因?yàn)樗坏梢哉{(diào)節(jié)為無(wú)機(jī)混凝劑可使污水中的懸浮物質(zhì)絮凝沉淀,在澄清的同時(shí)也降低了水中污染物質(zhì)的含量?；炷两M成材料中的水泥在水化過(guò)程中,以及混凝土浸泡在水中都會(huì)不斷地溶蝕出C（OH2,從而起到凈化作用但是這會(huì)影響混凝土的耐久性，其堿性也會(huì)對(duì)生態(tài)植物產(chǎn)生影響。3．生態(tài)綜合效應(yīng)由于生態(tài)混凝土是多孔結(jié)構(gòu)的，所以它就提供了適合微生物生長(zhǎng)的生存環(huán)境。在其表面和內(nèi)部有大量的細(xì)菌棲息繁衍,包括硝化菌、甲烷菌、脫氮菌等喜氧性和厭氧性細(xì)菌。而且多孔混凝土上形成的生物膜中生物種群較多,可以充分發(fā)揮生物膜的作用,降解水中的污染物質(zhì)。另外水草等植物附著生長(zhǎng)在生態(tài)混凝土上時(shí)，可以吸收水中的N、P等污染物質(zhì)?？傊鷳B(tài)混凝土在水中富集的微生物動(dòng)植物形成了一個(gè)綜合的生態(tài)效應(yīng)從而取得良好的水質(zhì)凈化效果，因此是我們研究的重點(diǎn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于環(huán)境保護(hù)的需要水土保持水質(zhì)凈化和退化生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和重建得保種水效，的。直到20世紀(jì)90年代美國(guó)日本歐洲等國(guó)家才開(kāi)發(fā)使用生態(tài)混凝土這種新型的材料尤其是日本在這方面做了深入細(xì)致的研究日本大成建設(shè)技術(shù)研究所進(jìn)行了連續(xù)四年的探索性研究，在1993年提出生態(tài)材料(environmentconsciousmaeral)概的基上,日本混土工協(xié)會(huì)在1994－1995年設(shè)了“生態(tài)凝土研委員會(huì)”，195年日本混土工協(xié)會(huì)出了態(tài)混土(enirnmnalyfrenlycocrte/cococrte)的概念。[1]在生態(tài)混凝土的水質(zhì)凈化方面，文獻(xiàn)報(bào)道日本近畿大學(xué)的玉井元治教授從90年初就開(kāi)始進(jìn)行多孔混凝土（POC）在自然水環(huán)境中生物附著和水質(zhì)凈化的可能性的研究。表明POC在自然水環(huán)境中會(huì)有大量不同的生物附著生長(zhǎng)在其上面并具有水質(zhì)凈化的效果[2]文獻(xiàn)報(bào)日本崎學(xué)于1994年起進(jìn)海水場(chǎng)試驗(yàn),將直徑1ｍ高0.5ｍ的有孔試塊10個(gè)一組投入中,并于1995年2月至196年2月每月實(shí)一水質(zhì)化,發(fā)現(xiàn)生混凝有富營(yíng)養(yǎng)質(zhì)功能.另有文獻(xiàn)報(bào)道,使用生態(tài)混凝土在公園內(nèi)小河上建造凈水渠(1ｍ2ｍ×0.ｍ),水在其中停留1～3ｈ可去除水中的ＢＯ40～50%長(zhǎng)時(shí)間停留可去除80～90。[3]日本德島大學(xué)水口裕教授1997年在實(shí)驗(yàn)室建立了POC水質(zhì)凈化裝置并開(kāi)始研究多孔混凝土的空隙率粗骨料粒徑孔隙直徑對(duì)混凝土的強(qiáng)度生物膜附著和水質(zhì)凈化效果的影響。發(fā)現(xiàn)空隙率20%～30，粗骨料粒徑5～20mm的混凝土28天強(qiáng)度7.5～23MPa）在實(shí)驗(yàn)裝置中浸泡30天，P達(dá)%，N達(dá)0。[4]林正浩和水口裕之教授通過(guò)在生態(tài)混凝土中添加高爐礦渣和沸石粉方法研究其對(duì)多孔混凝土強(qiáng)度和水質(zhì)凈化的影響取得了較好的成果[]日宮中雄也室裝對(duì)POC的水質(zhì)凈化效果進(jìn)行了研究，表明POC對(duì)廢水的C、P、N。[6]我國(guó)在生態(tài)混凝土的研究在20世紀(jì)90年代后期才開(kāi)始與國(guó)外水平還存在較大的差距清華大學(xué)吉林水利科學(xué)研究所吉林水土保持科學(xué)研究所對(duì)植生型多孔混凝土進(jìn)行了一些研究近年來(lái)東南大學(xué)高建明教授呂錫武教授和河海大學(xué)的吉伯海教授共同對(duì)生態(tài)混凝土進(jìn)行了較為系統(tǒng)研究，取得一定的成果，并將其成功應(yīng)用于鎮(zhèn)江的江濱治理上。[7]同濟(jì)大學(xué)陳志山副教授利用生態(tài)混凝土為材料設(shè)置了一套裝置并研究其污水處理的效果。[3]除此之外，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究還是空白。1.3論文研究目的和內(nèi)容根據(jù)國(guó)內(nèi)外目前的研究現(xiàn)狀，我確定了本論文的研究?jī)?nèi)容：（1）研究用于生態(tài)護(hù)坡構(gòu)建的多孔混凝土的基本力學(xué)性能及耐久性能，主要是抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度以及干濕交替試驗(yàn)的研究；（2）研究生態(tài)護(hù)坡的坡面植物種群選型設(shè)計(jì)，種植基質(zhì)的選擇以及相應(yīng)的植物植生等相關(guān)技術(shù)；()研究同的配成混凈能。因此，本文的研究目的可歸納為以下三點(diǎn)：其一研究了粉煤灰硅灰以及礦渣對(duì)生態(tài)混凝土基本性能和耐久性能的影響關(guān)系；其二解決生態(tài)護(hù)坡的坡面植物種群選型問(wèn)題以及相應(yīng)的植物植生等相關(guān)技術(shù)；其三，提出了不同粒徑生態(tài)混凝土的水質(zhì)凈化效果。第二章原材料、試驗(yàn)方法及配合比設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)原材料及其基本性能2.1.1水泥本研究使用水泥為江南－小野田水泥有限公司生產(chǎn)的PI.5硅酸鹽水泥。水泥的化學(xué)成分和物理力學(xué)指標(biāo)如表2.1和表2.2所示。表2.1水泥化學(xué)成分(wt%)表2.2水泥物理力學(xué)性能2.1.2粗集料粗集料采用的是句容產(chǎn)的茅迪牌玄武巖，粒徑為10－15mm。2.1.3外加劑江蘇省博特新材料有限公司產(chǎn)JM-B型萘系高效減水劑粉劑主要成分β-萘磺酸亞甲基高聚物，減水率達(dá)到20以上。此外加劑的勻質(zhì)性能見(jiàn)表2.3。表2.3JM-B型萘系高效減水劑勻質(zhì)性能表2.1.4粉煤灰南京熱電廠生產(chǎn)的低鈣I級(jí)粉煤灰)，化學(xué)成分如表2.4所示。密度為2.4/m3需量比0.95，細(xì)(45μm篩篩余6%。2.1.5硅灰硅灰化學(xué)成分見(jiàn)表2.，密度2.10g/m3。2..6礦渣南京南磨有公司產(chǎn)鐘山牌S95礦渣微粉化學(xué)成份如表2.4所示。密度2．86gcm,比表面積590m2/k。表2.42.1.7拌和水普通自來(lái)水2.2生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究2.2.1配合比設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介到目前為止多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)還沒(méi)有統(tǒng)一的方法應(yīng)該說(shuō)還不是很成熟在國(guó)內(nèi)清華大學(xué)楊靜教授按照每立方米多孔混凝土的重量應(yīng)為骨料的緊密堆積密度和單方水泥用量及用水量之和為原則給出了配合比設(shè)計(jì)中粗骨料用量取骨料的緊密堆積密度數(shù)值大約在1200kg/m～1400kgm3在250kgm3～350k/m3之間；灰比于0.25～0.35之間的經(jīng)驗(yàn)據(jù)。日本，他們普用的法是（1（2望（2（3泥（5。[1]2.2.2配合比設(shè)計(jì)我們綜合了國(guó)內(nèi)外的方法，選擇了如下的設(shè)計(jì)步驟：配合比計(jì)算步驟如下：1.單位體積粗骨料用量的計(jì)算(2.1)式中—單位立方米粗骨料用量(kg/m3)；—碎石緊密堆積密度(kg/m3)；—修系，取0.98。2.膠材體的算(2.2)式中—膠結(jié)材漿體體積(L/m3)；—碎隙率(；—率()。.算(2.3)(2.4)式中—單位立方米水泥用量(kg/m3)；—單位立方米用水量(kg/m3)；—水灰膠比；—水泥密度(kg/m3)。4.外加劑的用量ma(kg)（25）式中A——外加劑的摻量（%。5.當(dāng)摻用粉煤灰（、硅灰（SF、增強(qiáng)劑時(shí)，摻量按水泥用量的百分比計(jì)算然后將其摻量換算對(duì)應(yīng)的體積分別計(jì)算各種原材料的用量計(jì)算出水泥用量后，摻合料的用量計(jì)算方法與式2.）相同。6最后列出配合比。2.2.3配合比設(shè)計(jì)結(jié)果＝0.2；2％表2.5每立方生態(tài)混凝土各組分含量Kg（不摻加礦物摻和料時(shí)）2.3生態(tài)混凝土的成型工藝及養(yǎng)護(hù)2.3.1生態(tài)混凝土攪拌過(guò)程由于生態(tài)混凝土中沒(méi)有細(xì)集料而且要形成具有宏觀連通空隙的多孔堆聚結(jié)構(gòu)因此就需要水泥漿體均勻地包裹在粗集料顆粒表面骨料之間通過(guò)接觸點(diǎn)處的水泥漿體膠結(jié)為整體而接觸點(diǎn)地?cái)?shù)量及接觸面積地大小就決定了生態(tài)混凝土地強(qiáng)度所以說(shuō)它的攪拌過(guò)程和普通混凝土是有較大差別的我們采用了如下的攪拌加料方法：那如何判斷生態(tài)混凝土是否攪拌均勻呢？我們綜合國(guó)內(nèi)外的研究[8]，以及我們自己試驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)，得出了以下三個(gè)判據(jù)：（1）水泥漿體均勻地包裹在粗集料表面，集料表面呈現(xiàn)出金屬光澤；（2）集料表面的水泥漿體不會(huì)流淌下來(lái)；（3）用手?jǐn)D捏新拌多孔混凝土混合料成團(tuán)，松手后團(tuán)塊不致于散開(kāi)，水泥漿體也不會(huì)將空隙堵塞。2.3.2生態(tài)混凝土成型工藝生態(tài)混凝土的成型過(guò)程也是和普通混凝土土有較大的差別的普通混凝土的的，土長(zhǎng)態(tài)。們，人入3的漿料，振搗10～15下繼續(xù)裝入1/3的漿料同樣振搗10～15下最后將模具裝滿繼續(xù)振搗10～15下在模具的表面人工拍壓使表面盡量平整然后在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)1～2秒，接著對(duì)表面進(jìn)行小范圍修補(bǔ)使得表面平整。2.3.3生態(tài)混凝土的養(yǎng)護(hù)過(guò)程采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為202℃，相對(duì)濕度95。2.3.4試件的尺寸用于測(cè)定立方體抗壓強(qiáng)度的試件尺寸為100mm×100mm100mm抗折實(shí)驗(yàn)、干濕交替實(shí)驗(yàn)、凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)、生態(tài)化評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)均使用尺寸為40mm40mm×160mm的試件。2.4生態(tài)混凝土試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)由于摻加不同的礦物摻合料會(huì)對(duì)生態(tài)混凝土的性能以及生態(tài)化都會(huì)產(chǎn)生影響因此為了研究摻加不同摻合料對(duì)生態(tài)混凝土的性能以及生態(tài)化的影響我們總共采用了21組對(duì)比試驗(yàn)這21組試塊的編號(hào)及對(duì)應(yīng)的試塊中水泥粉煤灰、硅灰及礦粉摻量占膠凝材料總量的質(zhì)量百分比如表2.6：表2.6各編號(hào)試塊中水泥粉煤灰硅灰及礦粉摻量占膠凝材料總量的質(zhì)量百分比第三章生態(tài)混凝土的基本性能實(shí)驗(yàn)3.1生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)3.1.1強(qiáng)度測(cè)試時(shí)表面處理方法多孔混凝土表面是具有宏觀多孔的結(jié)構(gòu)因此在做強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)試件表面與試驗(yàn)機(jī)壓頭之間的接觸面積摩擦限制作用都將對(duì)測(cè)試數(shù)值的準(zhǔn)確性產(chǎn)生十分復(fù)雜的影響，因此我們采用了抹面這種方法來(lái)盡量減小這些因素對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。試件抹面處理過(guò)程中如果抹面后與試驗(yàn)機(jī)壓板接觸的抗壓面不平整將會(huì)使試件在受壓過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)數(shù)值的準(zhǔn)確性我們?yōu)榱吮ＷC抹面處理后試件表面理想平整狀態(tài)采用1m1.5m的平板玻璃鋪放在桌面上，在進(jìn)行抗壓試驗(yàn)前的2～3為180m左右水泥漿先抹在件表面將涂面朝按壓玻板上按壓程中盡保持件的平狀；然后去試四周擠出多漿體約過(guò)6小時(shí)水漿體凝后再相同的法將件相的另個(gè)壓表抹平。3..2立方抗壓度試方法齡期前1～2天將試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出，對(duì)受壓面進(jìn)行抹面(如圖3－1)。當(dāng)抹面結(jié)束時(shí)生態(tài)混凝土也正好到了28天齡期從而可以進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測(cè)試。圖3－1立方體抗壓試件圖3－2抗壓試驗(yàn)機(jī)采用NYL-00D型壓力試驗(yàn)機(jī)(如圖3－2進(jìn)行測(cè)試。試件安放在試驗(yàn)機(jī)下壓板上試件的中心與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直以0.3～0.5MPa的加荷速度連續(xù)均勻加荷當(dāng)試件接近破壞而開(kāi)始迅速變載)混：（1）式中：—立方體極限抗壓強(qiáng)度（MPa）（精確至0.1MPa；P—破壞荷載；A—試件承壓面積（mm2。3.1.3生態(tài)混凝土強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1.3.1單一礦物摻合料對(duì)生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響首先，我們分析的是基體生態(tài)混凝土（即不摻加任何摻合料的生態(tài)混凝土）及單一摻加不同摻量的硅灰粉煤灰和礦渣的試件抗壓強(qiáng)度變化曲線分別如圖33，圖3-4，圖3-5。圖3-3硅灰生凝抗強(qiáng)影圖3-4礦渣對(duì)態(tài)凝抗強(qiáng)度影響圖35粉灰生混土強(qiáng)影響從圖33可看生混土壓度著灰摻的而高，在量5%之基生混土抗強(qiáng)較的高但后壓的變較緩我考到灰成比在業(yè)硅的量超過(guò)5圖3-4中礦的量為10%時(shí)壓強(qiáng)比高比體生混土高出近65％。從圖3-5中以，煤對(duì)壓度影什規(guī)可，但摻的小對(duì)28天的抗強(qiáng)響大。3132礦摻料摻生混抗強(qiáng)的響此，現(xiàn)生中我根不摻料性及規(guī)進(jìn)混。因研硅灰礦的摻生凝的合用十必有意的在過(guò)中我計(jì)正試，交計(jì)水表表31，正交計(jì)驗(yàn)案表3.2中都詳表來(lái)。表31多混土交計(jì)素表表3.2硅灰、礦粉、粉煤灰摻量L)正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案為m為5為%劑JM-B的摻量為0.8%正交設(shè)完成后我們分測(cè)了正試驗(yàn)各的實(shí)際隙率和壓強(qiáng)如表3.3。表3.3正交設(shè)試驗(yàn)各的實(shí)測(cè)隙率及壓強(qiáng)度然后，們對(duì)結(jié)進(jìn)行極分析，析結(jié)果表3.4。表3.4正交試極差分析從表3.5和粉煤相于灰影是較的同我可看第組Si1S0a5的抗壓強(qiáng)度是最高的，而且礦物摻合料占膠凝材料的比例達(dá)到55％，雖然成本較高的硅灰含量達(dá)10％，但從總體來(lái)看，不管是成本還是抗壓強(qiáng)度都是比較令人滿意的。3.2生態(tài)混凝土的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)3.2.1生態(tài)混凝土抗折試驗(yàn)方法抗折強(qiáng)度采用40mm40mm×160mm尺寸的試件（如圖3－6?？拐蹚?qiáng)度試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為AEC-1（如圖3－7所示。圖3－6抗折試件圖3－7抗折試驗(yàn)機(jī)3.22生態(tài)混土抗折驗(yàn)結(jié)果分析我們分研究了灰礦渣粉煤灰一摻加生態(tài)凝土中生態(tài)混土的抗折度產(chǎn)生影響，響曲線分別如圖3-8圖3-9圖3-10。圖3-8硅灰生態(tài)混凝抗折強(qiáng)影響圖39礦對(duì)態(tài)土折度影響圖3-0粉煤對(duì)生混凝抗強(qiáng)度響從圖3-8中可到硅對(duì)態(tài)凝抗強(qiáng)是益，摻量2％以時(shí)折度體態(tài)凝有分的此上摻硅則圖3-9在0。響圖3-10）摻量15％時(shí)達(dá)到最大，小于或大于15時(shí)，對(duì)其影響是鋸齒狀的影響。3.3生態(tài)混凝土的干濕交替試驗(yàn)3.3.1干濕交替試驗(yàn)的研究背景隨著潮漲潮落水利工程中的多孔混凝土常常遭受干濕交替的作用一般認(rèn)為正常溫濕度范圍內(nèi)的干濕交替作用對(duì)普通混凝土的影響可以忽略但是多孔混凝土的漿體層厚度僅為2～3mm而水泥基材料的干燥收縮裂縫頂寬可達(dá)0.5～3mm，干濕交替有可能對(duì)多孔混凝土造成破壞。[9]多孔混凝土在干濕交替的情況下面臨著兩種破壞因素的作用溫度的影響到50℃。者，是。達(dá)到46℃在30％近0％端有。2理干濕交替對(duì)多孔混凝土的影響可以認(rèn)為是高溫干燥環(huán)境下造成的自應(yīng)力和試件放入水中濕潤(rùn)后自應(yīng)力部分消除這一應(yīng)力循環(huán)作用的結(jié)果高溫干燥環(huán)境下造成自應(yīng)力包括兩部分[9]（1）溫度產(chǎn)生的自應(yīng)力：溫度變化造成骨料與包裹漿體形變的不同步，同時(shí)造成漿體孔隙水蒸發(fā)的加速；（2）濕度產(chǎn)生的自應(yīng)力：濕度過(guò)低導(dǎo)致包裹漿體干燥收縮的加劇。如果多孔混凝土試件處于約束條件下不能自由的脹縮和翹曲產(chǎn)生這將加劇多孔混凝土的破壞嚴(yán)格來(lái)說(shuō)干燥收縮是塑性收縮和凝結(jié)后干燥收縮自收縮以及碳化收縮的總和其中塑性收縮指的是施工后硬化前的表面水蒸發(fā)及集料模板材料對(duì)水分的吸收當(dāng)水分的散失速率超過(guò)多孔混凝土泌水的上升速率時(shí)造成毛細(xì)管的負(fù)壓新拌多孔混凝土表面迅速干燥而產(chǎn)生的收縮碳化收縮是指大氣中的CO2在存在水的條件下與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣和水而導(dǎo)致體積收縮的過(guò)程這兩者都不在干濕交替的考慮范圍之內(nèi)，干濕交替中的干燥收縮主要是指多孔混凝土試件凝結(jié)后的干燥收縮和自收縮。多孔混凝土的自收縮造成的影響不可忽視自收縮指的是在養(yǎng)護(hù)期間除了拌和水之外沒(méi)有補(bǔ)充水分由于漿體內(nèi)水分被水化消耗造成混凝土內(nèi)部干燥導(dǎo)致的收縮。這種收縮在低水灰比的情況下以及加入活性火山灰摻和料時(shí)表現(xiàn)明顯[47]。多孔混凝土的水灰比一般控制在0.3以下，屬于水灰比的圍，當(dāng)入粉煤灰或硅灰等火山灰性材料時(shí)，可能發(fā)生體積收縮。多孔混凝土凝結(jié)后的干燥收縮可分為兩部分可逆干燥收縮和不可逆干燥收縮干燥收縮發(fā)生后再潮濕過(guò)程中恢復(fù)的那部分收縮稱為可逆收縮無(wú)法恢復(fù)的那部分稱為不可逆收縮。在事實(shí)上在干濕循環(huán)過(guò)程中有相當(dāng)一部分的收縮是不可逆的可逆收縮的機(jī)理大部分都是物理性能即干縮取決于孔結(jié)構(gòu)和表面性能而漿體的化學(xué)結(jié)構(gòu)則對(duì)不可逆收縮有著重要的影響水灰比水化程度控制著漿體的孔隙率孔隙率只對(duì)不可逆收縮有影響而對(duì)可逆收縮影響不大除此之外養(yǎng)護(hù)溫度也影響漿體的干燥收縮養(yǎng)護(hù)溫度較高時(shí)不可逆收縮減少但不影響可逆收縮收縮的在5約3減約3。不逆的可從C-H的不穩(wěn)定無(wú)形性發(fā)。水從微孔排和細(xì)應(yīng)施于規(guī)的C--H顆粒集時(shí)其聚將由進(jìn)可以作為由于干燥收縮加速了C-S-H的老化來(lái)看待改變水灰比和摻加礦物摻和料也可改變C-S-H凝膠的聚合度，這又影響了他們之間的結(jié)合、微觀孔的尺寸分布和以后在干燥時(shí)老化C-S-H凝膠聚合度愈高表面積愈小，不可逆收縮越小。不可逆收縮是由于C-S-H凝膠等硅酸鹽結(jié)構(gòu)的改變而造成的。在多孔混凝土的干濕交替中除了包裹漿體的影響之外還必須考慮到集料的影響漿體變形受集料的約束集料的干燥收縮值比水泥凈漿要小集料在溫濕度條件改變時(shí)尺寸都很穩(wěn)定集料的數(shù)量集料的剛性和粗集料的最大尺寸都影響著集料對(duì)漿體收縮的抑制作用在多孔混凝土中由于集料含量多而漿體含量少，集料對(duì)漿體收縮的限制作用將會(huì)較為突出。3.3.3干濕交替試驗(yàn)方法干濕交替實(shí)驗(yàn)中多孔混凝土試件尺寸為4040160mm，經(jīng)過(guò)28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行干濕交替實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)的方法為：將試件放入20℃水中一天后放入恒溫恒濕箱中兩天，再將試件放入2℃水中一天后放入恒溫恒濕箱（如圖3－5）中三天（一星期為一個(gè)循環(huán)恒溫恒濕箱中的溫濕度可以控制調(diào)節(jié)分別采用溫度4℃相對(duì)濕度40；溫度5℃對(duì)度4%度0℃度3%三種干濕循制度每個(gè)干濕環(huán)后量試的質(zhì)損失和相動(dòng)彈量的化相動(dòng)彈量的化采用聲法行測(cè)于間關(guān)們此試中主的研的是渣對(duì)干濕交的影。圖3-5恒溫恒濕箱3.3.4試件的配制我們分別采用了礦渣摻量為20％，30％，40％；水灰比分別為0.25，0.27，0.29進(jìn)行交叉試驗(yàn)，試件編號(hào)如表3.5。表3.5干濕交替試驗(yàn)試塊編號(hào)3.3.5礦渣對(duì)干濕交替試驗(yàn)的影響干濕交替作用下多孔混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈模量下降及質(zhì)量變化率見(jiàn)圖3－6～3－1行。圖3-650℃、40%的相對(duì)濕度時(shí)的干濕交替相對(duì)動(dòng)彈模量試驗(yàn)結(jié)果圖3-740℃、40%的相對(duì)濕度時(shí)的干濕交替相對(duì)動(dòng)彈模量試驗(yàn)結(jié)果圖3-840℃、30%的相對(duì)濕度時(shí)的干濕交替相對(duì)動(dòng)彈模量試驗(yàn)結(jié)果圖3-950℃、40%的相對(duì)濕度時(shí)的干濕交替質(zhì)量變化率試驗(yàn)結(jié)果圖3-1040℃、40%的相對(duì)濕度時(shí)的干濕交替質(zhì)量變化率試驗(yàn)結(jié)果圖0、%果，0、H孔，0、H和0、H多相降0高0。為7最為0和0；到0如0和0％量0。6結(jié)度：（1）生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著硅灰的摻量的增加而提高的，在摻量5%之前較基體生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大的提高但隨后抗壓強(qiáng)度的變化較為緩慢抗壓強(qiáng)度隨礦渣的摻量不是一個(gè)簡(jiǎn)單的直線而是存在著一個(gè)比較理想的摻量，即摻量10％。而粉煤灰對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響沒(méi)什么規(guī)律可言，對(duì)生態(tài)混凝土后期強(qiáng)度比較有益。（2）混摻試驗(yàn)中，硅灰對(duì)生態(tài)混凝土的影響較大，而礦渣和粉煤灰相比于組量0％，粉煤灰摻量15％）的抗壓強(qiáng)度是最高的，而且礦物摻合料占膠凝材料的比例達(dá)到55％。（3）隨著硅灰的摻入，生態(tài)混凝土的抗折強(qiáng)度是越來(lái)越高的，但是在摻量2％以上后，抗折強(qiáng)度的增加就十分緩慢了。礦渣的摻入對(duì)抗折強(qiáng)度也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，同樣存在最優(yōu)摻量，即摻量為20％時(shí)達(dá)到最大。而粉煤灰的摻量在15％時(shí)抗折強(qiáng)度達(dá)到最大。（4干濕交替破壞對(duì)多孔混凝土?xí)斐善茐脑趯?shí)驗(yàn)室條件下度0，度%度50度%度0度30%三種干濕度0度%，度0度%。（5）礦渣的摻入有利于提高試件的抗干濕交替性能。且試驗(yàn)表明，礦粉摻量3％時(shí)，試件抗干濕交替效果最好。第四章生態(tài)混凝土護(hù)坡的植生技術(shù)我們這里的生態(tài)混凝土護(hù)坡植生技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是讓植物能在生態(tài)混凝土上正常的生長(zhǎng)從某種程度上來(lái)看也可以看作是無(wú)土栽培的一種無(wú)土栽培是不在自然土壤中種植植物而是把植物種植在其他材料中這種除土壤以外的其他材料稱為基質(zhì)因此本文中的生態(tài)混凝土從某種程度上也可被看為是基質(zhì)這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)包括生態(tài)混凝無(wú)土栽培基種植基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液和植物種子生混土性主在章經(jīng)行研所章要從物生長(zhǎng)必條、坡物擇植試三方展究。41植生的要件411營(yíng)成分植能收用元可為大即量素微元元素、。，，。，機(jī)以-和-磷。態(tài)。氧。。2照充足的光照對(duì)于維持一定的光合速率以補(bǔ)償呼吸消耗和滿足新生長(zhǎng)所需光合產(chǎn)物是必要的因此我們需要根據(jù)護(hù)坡所在地的氣候陽(yáng)光情況來(lái)決定我們所選用的草種。4.1.3溫度溫度是植物生命活動(dòng)中最為基本的要素雖然植物對(duì)溫度有一定的適應(yīng)性范圍但其生長(zhǎng)發(fā)育需要在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度大于5℃或低于0℃大多數(shù)植物的生物活性已基本停止每一種植物的生長(zhǎng)都有各自特定的三基點(diǎn)溫度即最高溫度、最低溫度和最適溫度。三基點(diǎn)溫度代表植物生長(zhǎng)的溫度范圍。此外，還有兩種基點(diǎn)溫(最低和最高生存溫，它是溫度極限值，在這個(gè)極限之外，植物不能生存。一般認(rèn)為，植物最活躍生長(zhǎng)的溫度范圍在10℃～40℃。但最大代謝活力或生長(zhǎng)的適宜溫度依不同植物甚至有時(shí)同一植物的不同品種而有所差異冷季型植物生長(zhǎng)適宜溫度范圍在15℃～24℃，而暖季型植物生長(zhǎng)適宜溫度范圍是2℃3℃。因此在護(hù)坡構(gòu)建時(shí)是需要考慮季節(jié)的選擇的季節(jié)合適則構(gòu)建出來(lái)的護(hù)坡上的植物茂盛，水質(zhì)凈化效果明顯，生態(tài)化較好。4.1.4水分水分是植物生長(zhǎng)與生存最重要的因素之一。植物組織中的水分一般要占到70～90過(guò)高或過(guò)低的含水量會(huì)顯著地影響植物生長(zhǎng)與外觀質(zhì)量甚至致死。水分的供應(yīng)狀況會(huì)直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況稱之生理需”同時(shí)由于水有調(diào)節(jié)基質(zhì)和植物的溫度功能從而影響肥料的分解并改善小氣候最終影響到植物的生態(tài)狀況，稱之生態(tài)需。植物在水分逆境脅迫下生存的能力叫做抗旱性我國(guó)許多地區(qū)年降水量少且降水分布不均常出現(xiàn)干旱這對(duì)植物的生存發(fā)育及質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅因此因地制宜選擇合適的物種在多孔混凝土植生試驗(yàn)中具有重大的意義。4.1.5空氣植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育需要新鮮的空氣因?yàn)橹参锼枰场贝蟛糠謥?lái)自于空氣植物光合作用所需要的二氧化碳同樣也來(lái)自于空氣空氣中二氧化碳的濃度越高植物光合作用的速率也越快但若空氣中二氧化碳的濃度過(guò)高又會(huì)使植物的氣孔關(guān)閉而抑制光合作用的速率另外植物的呼吸作用是其全部生命活動(dòng)的能量來(lái)源對(duì)于植物來(lái)說(shuō)非常之重要植物的呼吸必須在有氧氣參加的情況下才能進(jìn)行空氣中氧的含量也會(huì)影響到植物的呼吸作用在正常情況下氧氣的供應(yīng)不成問(wèn)題。生態(tài)混凝土有著20～30的連續(xù)空隙較之普通混凝土的密閉性其通氣性良好，這就使植物可以正常地進(jìn)行呼吸活動(dòng)和光合作用。4.1.6酸堿度植物正常生長(zhǎng)情況下其根系在pH值5.5～6.5的弱酸性的范圍內(nèi)生長(zhǎng)最好。通常土壤的pH值在3.～9.5物。生態(tài)混凝土內(nèi)部空隙中的pH通過(guò)摻加摻合料和其他元素來(lái)進(jìn)一步降低其pH一的]。4.2護(hù)坡植物的選擇4.2.1護(hù)坡植物選擇的原則不同的植物具有各自不同的基因特性，因而對(duì)環(huán)境條件表現(xiàn)出不同的適應(yīng)性，護(hù)坡植物的選擇應(yīng)遵循以下原則].；2.適應(yīng)當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件(水分、pH等)；.性等)；.；.；.；.。態(tài)混。。表1適。表1種[1]4.3種植基質(zhì)的選擇生態(tài)混凝土為植物生長(zhǎng)提供了一定的場(chǎng)所但其堅(jiān)硬的表面使得植物的根系不能在其上直接生長(zhǎng)，故必須在生態(tài)混凝土內(nèi)部空隙中填充一定數(shù)量的種植基質(zhì)使植物的根系能夠有賴以附生的載體這些種植基質(zhì)可以不必為植物提供營(yíng)養(yǎng)成分而用外加營(yíng)養(yǎng)液的方法來(lái)給植物提供賴以生存的營(yíng)養(yǎng)種植基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)液一起通過(guò)滲透的方法填充生態(tài)混凝土的內(nèi)部空隙為植物根系的生長(zhǎng)及發(fā)育提供載體和必要的營(yíng)養(yǎng)。當(dāng)然在適當(dāng)?shù)那闆r下也可選用提供營(yíng)養(yǎng)成分的種植基質(zhì)。另外種基質(zhì)選擇必兼顧氣、保性無(wú)毒等面要求[12]4.3.1優(yōu)良種植基質(zhì)的特征適用于不同植物的種植基質(zhì)的要求是不同的但優(yōu)良的種植基質(zhì)應(yīng)具有一些共同的特征。即必須具備良好的物理化學(xué)和生物學(xué)特性；具備質(zhì)輕、通透性好、保肥保水能力強(qiáng)；酸堿性適宜，材料易得；無(wú)毒害成份及有害微生物等。[13]1.適宜物理性植基的物性包括隙率質(zhì)、結(jié)、容比這針比。.適宜的化學(xué)特性種植基質(zhì)的化學(xué)特性是指其酸堿度、保肥性和緩沖力(CEC養(yǎng)分含量及組成等這些化學(xué)性質(zhì)將影響植物的生長(zhǎng)速度及株型。因此要根據(jù)栽培植物的特性來(lái)設(shè)計(jì)各種基質(zhì)材料的配方比例，到一定的酸堿有。.，有之。2質(zhì)材、等[1]。下面簡(jiǎn)要介紹幾常用的植基質(zhì)。1.蛭石蛭類經(jīng)80℃～0蛭石的容重很小，每立方米約80kg，具有很強(qiáng)的保肥保水能力，吸水的質(zhì)量可達(dá)蛭石自身質(zhì)量的1.5～8倍。此外蛭石還可以提供一定量鉀、錳和少量鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。2珍珠巖珍珠巖是由硅質(zhì)火山巖在120℃下高溫膨脹而成，其容重約為每立方米80k～180kg。雖然珍珠巖的吸水量約為自身質(zhì)量的4倍，不如蛭石，但在下層有水的情況下能通過(guò)顆粒間的水分傳導(dǎo)將下層水吸收到上層基質(zhì)中保持含水量的均勻和一定的通氣性珍珠巖的密度比水輕在大量灌水而積水時(shí)會(huì)浮在水面致使珍珠巖顆粒與根系脫離容易傷根植株也容易倒伏珍珠巖的粉塵對(duì)喉嚨有強(qiáng)烈刺激，使用前應(yīng)用水噴濕，以免粉塵飛揚(yáng)。3.泥炭泥炭又稱草炭泥煤是古代湖沼地帶的植物被埋壓在地下在淹水和缺少空氣的條件下形成的分解不完全的特殊有機(jī)物泥炭吸水量大吸收養(yǎng)分的能力也很強(qiáng)溶解在水中的養(yǎng)分很容易被泥炭吸附緩慢地供給植物使用泥炭一般透氣性很好透氣條件能滿足根系的生長(zhǎng)需要但有時(shí)有些泥炭含有有害成分或含鹽量較高，需經(jīng)試種少量植物觀察其無(wú)害后才能使用。4.爐渣爐渣是鍋爐燒煤后的殘?jiān)捎谌济悍N類和鍋爐類型不同爐渣的容重變化比較大，一般每立方米200kg～700kg，總孔隙率55%左右，其中空氣容積20%積30%左右爐渣中含有一定的磷、鉀和微量元素，是一種較好的。4.3.3則幾。1.顆粒小，否水前。2.吸水能力強(qiáng)生態(tài)混凝土由于內(nèi)部具有連續(xù)的空隙，水分很容易透過(guò)但另一方面也易流失故需選用吸水能力強(qiáng)的種植基質(zhì)如蛭石泥炭及某些高分子聚合物等吸水能力強(qiáng)即意味著保水能力強(qiáng)當(dāng)植物根系缺水的時(shí)候周圍種植基質(zhì)內(nèi)部仍然能提供水分供其繼續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育。3.保肥能力強(qiáng)生態(tài)混凝土種植基質(zhì)一般不提供植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)成分營(yíng)養(yǎng)成分主要靠營(yíng)養(yǎng)液提供故需種植基質(zhì)有良好的保肥能力即陽(yáng)離子代換量大另外很多有機(jī)基質(zhì)材料本身就是一種可逐漸釋放養(yǎng)分的肥料這種肥料的緩釋能力對(duì)植物根系的生長(zhǎng)及發(fā)育更為有利。4.質(zhì)輕、分散能力強(qiáng)輕質(zhì)的種植基質(zhì)即能固定根系又利于搬運(yùn)運(yùn)輸吸水后能在水中懸浮的種植基質(zhì)最利于在植生型多孔混凝土內(nèi)部的填充這是由于如果種植基質(zhì)吸水后懸浮于水中則其分散度較好利于形成連續(xù)的均勻的基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)液混合體從而能充分地填充生態(tài)混凝土內(nèi)部的空隙此外吸水后極易成團(tuán)的某些些高分子吸水樹(shù)脂不宜選用做植生型多孔混凝土的種植基質(zhì)。5.偏酸性由于生態(tài)混凝土的內(nèi)部環(huán)境偏堿性所以選用適當(dāng)偏酸性的種植基質(zhì)有利于改善根系生長(zhǎng)的外部環(huán)境這樣不僅對(duì)植物根系快速成長(zhǎng)發(fā)育有利同時(shí)也能擴(kuò)大種植植物的種類與范圍。蛭石和泥炭等都種植基質(zhì)有著偏酸的特性。6.經(jīng)濟(jì)性好主要是選用資源豐富，價(jià)格合理的種植基質(zhì)如蛭石、珍珠巖等。4.4植被種植試驗(yàn)研究植被種植試驗(yàn)的目的是研究所選植物能否在生態(tài)混凝土上正常生長(zhǎng)選擇的種植材料對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，以及植物根系在多孔混凝土孔隙中的生長(zhǎng)情況。生態(tài)混凝土的植被試驗(yàn)方法分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行首先將土壤水粉煤灰等按照一定的比例配制成漿體然后填充生態(tài)混凝土孔隙中只填充生態(tài)混凝土種完后種發(fā)的時(shí)內(nèi)常要因其行護(hù)理必要護(hù)理包灑肥除等容水植發(fā)階尤關(guān)鍵天炎早應(yīng)當(dāng)灑證物系正生灑水的同時(shí)注意觀察植物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況若夜間溫度很低還應(yīng)采取一些保溫措施如用塑料薄膜覆蓋等。4.5本章小結(jié)在本章中我們研究了植物的生長(zhǎng)條件生態(tài)護(hù)坡植物的選擇以及種植基質(zhì)的選擇和植物種植試驗(yàn)。通過(guò)本章的研究，我們得出以下結(jié)論：（1）生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)主要是由多孔混凝土、種植基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)液及植物種子構(gòu)成種植基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)液及種子混合組成多孔混凝土的種植基采取滲透或浸漬的方法填充多孔混凝土內(nèi)部空隙。（2）種植基質(zhì)要求有良好的物理、化學(xué)及生物特性，即顆粒小、吸水保水珍。（3）植被種植試驗(yàn)時(shí)，依據(jù)不同的環(huán)境及氣候條件采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)管理措施對(duì)植物的生長(zhǎng)及發(fā)育極為關(guān)鍵盡力為植物生長(zhǎng)營(yíng)造親自然的小環(huán)境有益改善植株的生長(zhǎng)環(huán)境，利于其快速健康穩(wěn)定地生長(zhǎng)[14]第五章生態(tài)混凝土水質(zhì)凈化性能試驗(yàn)在這里我們主要研究的是動(dòng)態(tài)水質(zhì)凈化試驗(yàn)關(guān)于靜態(tài)水質(zhì)凈化試驗(yàn)在這里我們不做過(guò)多的討論。5.1水質(zhì)凈化試驗(yàn)5.1.1水質(zhì)凈化試驗(yàn)設(shè)計(jì)我們采用的生態(tài)混凝土試件的尺寸為4040160mm的，在養(yǎng)護(hù)8取圖5-1搭裝置[15]。圖5-1水質(zhì)凈化裝圖5..2水質(zhì)化方設(shè)計(jì)將室溫度制在25℃，采用與然光為近的6000ux的熒光射，配一比人水以為的循通們?cè)嚋y(cè)得工水終害質(zhì)量中們章要的不徑粗集對(duì)水理。們制工水表5.1：表51人廢配方5.1.3水質(zhì)凈化的具體參數(shù)指標(biāo)一、溶解氧（DO：溶在分氧解然解量水大氣的氧含氣的壓溫關(guān)水。，水魚(yú)死。廢中解含決廢排的理過(guò)一含低很大類事是于量污水耗性增解很低造魚(yú)息，此解評(píng)水重標(biāo)一。二高酸數(shù)：（3）混摻試驗(yàn)中，硅灰對(duì)生態(tài)混凝土的影響較大，而礦渣和粉煤灰相比于組Si1S0F1（即灰量10量0％，粉煤灰摻量15％）的抗壓強(qiáng)度是最高的，而且礦物摻合料占膠凝材料的比例達(dá)到55％。（4）隨著硅灰的摻入，生態(tài)混凝土的抗折強(qiáng)度是越來(lái)越高的，但是在摻量2％以上后，抗折強(qiáng)度的增加就十分緩慢了。礦渣的摻入對(duì)抗折強(qiáng)度也不是一個(gè)簡(jiǎn)單