多孔轻集料植被混凝土试验研究★

管斌君

(浙江万里学院设计艺术与建筑学院，浙江宁波 315100)

1 概述

多孔植被混凝土是一种具有连续孔隙结构、能让植被在其中生长的混凝土。该混凝土具有改善生态条件、保护环境等优点。多孔植被混凝土能适合植物生长，其原理是在混凝土结构上营造出能适合植物根系生长的适当空隙、水分和充足的养料。因而，多孔植被混凝土一般为无砂混凝土，并采用间断级配的粗集料，这与普通混凝土的密实结构完全不同。多孔植被混凝土常采用的粗集料有碎石、轻集料(陶粒)、再生混凝土等。其中多孔轻集料混凝土及植被的荷载往往在200 kg/m2以下，可用于一些低荷载设计的既有建筑，比如屋顶绿化等。多孔轻集料植被混凝土若采用较大的孔隙率，植物生长环境比较好，但易产生直孔，影响混凝土的防护性能及抗压强度;若孔隙率小，混凝土防护性能和强度较好，但植物所需生长基料不易充填，植物的成活率低。另一方面，多孔轻集料植被混凝土的碱环境，主要来源于水泥水化产物氢氧化钙。从植被的角度来看，因南方的土壤大多呈酸性，故要求多孔轻集料植被混凝土的碱度低些。然而，碱环境是维持水化水泥稳定的主要因素。对于多孔轻集料植被混凝土来说，需要保持一定范围的碱度，这样才能保证强度发展。因而，如何维持孔隙率、碱度和强度之间的平衡，是多孔轻集料植被混凝土配制的关键。

2 实验原材料及实验方法

2.1 实验材料

1)水泥:采用42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间为95 min，终凝时间为245 mm;3 d的抗压强度为25.3 MPa，28 d的抗折强度为48.8 MPa。2)粉煤灰:宁波本地的Ⅰ级粉煤灰。3)轻集料:宁波本地建材有限公司生产的高强陶粒，表观密度为0.698×103kg/m3，堆积密度为0.381×103kg/m3。4)减水剂:HR脂肪族减水剂，减水率为16%左右。5)粘合剂:主要成分是甲基纤维素，白色纤维状粉。

2.2 实验方法

1)强度测试方法:受压面(150×150)mm2，保持外加力0.1 MPa～0.2 MPa的速度，每组测试六个试样。因多孔轻集料植被混凝土是孔隙结构，受压时容易产生应力集中，故拆模后，需对试样受压面用砂浆进行抹面处理，使试验结果接近于混凝土强度的真实值。

2)孔隙率测试方法:普通混凝土有总孔隙的测定方法，没有连通孔隙率的概念。本研究参考相关文献，采用总孔隙率和连通孔隙率指标。因总孔隙率包括内部孔隙，故连通孔隙率更接近植被所需的孔隙指标。多孔轻集料植被混凝土的总孔隙率p1和连通孔隙率p2，分别按下式计算:

其中，v为试样的外观体积;w1为试样水中浸泡24 h后在水中的质量;w2为试样烘干至恒重的质量;w3为试样在标准养护的条件下放置24 h后在空气中的质量。

3)pH值测试方法:采用固液萃取法测定碱度。将选择的试样破碎，充分研磨，过80 μmm方孔筛，称取10 g准备好的粉体试样，加入10倍重量的蒸馏水中，每隔约5 min震动均匀一次，2 h后用滤纸过滤，使用pHS-3C型酸度计测定滤液的pH值。

3 多孔轻集料植被混凝土实验研究

1)减水剂、粘合剂对多孔轻集料植被混凝土性能的影响。结合国内外经验，本研究设定多孔轻集料植被混凝土目标孔隙率为28%、抗压强度2 MPa～3 MPa以上。为此，本研究以陶粒用量为1，进行混凝土配合比设计，实验及结果分别见表1，表2。其中减水剂、粘合剂的掺量分别是胶凝材料用量的1.5%，0.5% ～1.0%。

表1 多孔轻集料植被混凝土配合比(一)

由表1，表2可见，水灰比为0.35的组别(如B2)的碱度比水灰比0.40的组别(如B1)要低约0.10，且强度要高。这是因为包裹在集料表面的水化水泥中的碱，分为可溶性碱与非可溶性碱。水泥中可溶性碱是水泥加入水中搅拌一定时间后，能溶解出的那部分碱。当水灰比低时，水泥水化比例相对较低，溶解出的碱也相对较少，故其碱度比水灰比大的组别要低一些。

掺加一定量的HR脂肪族减水剂后，在水灰比一样的情况下，增加了水泥浆的流动性，同时也提高了多孔轻集料植被混凝土的强度。如B3组28 d的强度是3.24 MPa，是B2组的122%。

表2 多孔轻集料植被混凝土性能(一)

粘合剂的主要成分是甲基纤维素，能将水泥等胶结材料均匀包裹在集料表面，增加混凝土间的粘结力，尤其是多孔轻集料植被混凝土孔隙大，主要靠水泥间的粘结力。比如B4组(掺加0.5%粘合剂)28 d的强度是 3.15 MPa，B5组(掺加 1.0%粘合剂)28 d的强度是3.23 MPa，分别是B2组的119%和122%。

但值得注意的是:粘合剂的掺量对孔隙率影响较大。比如B4组(掺加0.5%粘合剂)和B5组(掺加1.0%粘合剂)的总孔隙率分别为27.9%和27.4%，与植被生长息息相关的连通孔隙率只有26.7%和26.1%。我们认为这主要是因为粘合剂掺加后，水泥浆的粘性增加，流动性下降，使得包裹陶粒颗粒表面的水泥浆表面凹凸不平，甚至形成死孔，从而导致总孔隙率和连通孔隙率减少。

2)粉煤灰对多孔轻集料植被混凝土性能的影响。粉煤灰采用内掺法，掺量分别为10%，20%，30%，实验及结果分别见表3，表4。

表3 多孔轻集料植被混凝土配合比(二)

表4 多孔轻集料植被混凝土性能(二)

随着粉煤灰的掺加，多孔轻集料植被混凝土的孔隙率基本没有影响，强度稍有下降，pH值明显减少，比如B8，B9，B10(粉煤灰的掺量分别为 10%，20%，30%)3 d的 pH值分别为12.02，11.98，11.94，28 d 的 pH 值分别为 11.90，11.84，11.74，比 B2 组3 d的 pH 值12.19和28 d的 pH 值12.09减少了约0.20～0.30。这是因为多孔轻集料植被混凝土的碱环境主要是水泥水化产物氢氧化钙导致。掺加粉煤灰后，粉煤灰和富集在集料颗粒周围的氢氧化钙发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物，而且可以减少氢氧化钙的含量，从而达到降低多孔轻集料植被混凝土碱度的目的。

4 结语

1)适当掺量的粘合剂可以增加多孔轻集料植被混凝土间的粘结力，提升多孔轻集料植被混凝土的强度，但掺量过多，会导致水泥浆的粘性增加，流动性下降，使得包裹陶粒颗粒表面的水泥浆表面凹凸不平，总孔隙率和连通孔隙率减少。2)多孔轻集料植被混凝土的碱环境主要是水泥水化产物氢氧化钙导致的。掺加粉煤灰后，粉煤灰和富集在集料颗粒周围的氢氧化钙发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物，而且可以减少氢氧化钙的含量，从而达到降低多孔轻集料植被混凝土碱度的目的。3)通过掺加减水剂、粘合剂，内掺粉煤灰等方法，可以配制具有碱度较低(pH值小于12)、合适孔隙率(连通孔隙率28.0%左右)和抗压强度2 MPa～3 MPa以上的多孔轻集料植被混凝土。

［1］丁旭东，杨宏星，赵成仕，等.绿化混凝土的研究和应用［J］.新型建筑材料，2005(5)：30-32.

［2］沈 炫.构造型多孔植被混凝土的试验研究［D］.武汉：湖北工业大学硕士论文，2009.