绿色高性能混凝土的研究与探索.pdf
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1、2 0 1 0年 第 4期 (总 第 2 4 6期 J Nu mb e r 4i n2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M I XED C0NCRE TE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 3 2 绿色高性能混凝土的研究与探索 , 王兆 。杨锐 ( 徐州建筑职业技术学院 a 土木系;b 建管系,江苏 徐州 2 2 1 1 l 6 ) 摘要: 主要介绍绿色混凝土涵义及分类, 重点研究了植被绿化型混凝土、 透水型混凝土 、 水生
2、物保护型混凝土的配制过程与应用, 包括 材料筛选、 配合比选择、 制作要点、 施工过程, 为减轻城市生态系统失调, 实现可持续发展提供保障。 关键词: 绿色混凝土;孔隙率;透水系数;水灰比 中圈分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 1 0 0 0 4 Re s e ar c h a nd e xplor a t i on o f gr e en hi gh pe r f or ma nc e c onc r e t es WANGZh a o y4 NGRu i ( a D e p a r t m
3、e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ; b D e p a r t me n t o f Ar c h i t e c t u r a l a n d Ma n a g e me n t , X u z h o u I n s t i t u t e o f Ar c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y , Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 , C h i n a ) Abs t r a c t : To i n t r o d u c t i o n t h e me an i n g a
4、n d c l a s s i fi c a t i o n o f g r e e n c o n c r e t e Emp h a s i s r e s e a r c h t h e c o n f e c t p r o c e s s and a p p l i c a t i o n o f v e g e t a - t i o n - r e f o r e s t e d a ffo r e s t a t i o n c o n cre t e a n d p e r v i o u s p e r v i o u s an d wa t e r o r g an i
5、s m t o p r o t e c t c o n c r e t e Inc l u d i n g ma t e r i a l s c r e e n i n g , a l l o c a t e d p r o p o r - t i o n c h o i c e, manu f a c t u r e ma i n po i m, c o n s t r u c ti o n p r o c e s s In o r d er t o r e d u c e c i t y e c o s y s t e m b e i n g o u t o fb a l a n c e,
6、 r e al iz e s t h e s u s taina b l e d e v e l o p - me nt t op r o v i d ethe s a f e g u a r d Ke y wo r ds : - e e n c o n c r e t e; v o i d r a t i o; p e rvi o u s c o e ffic i e n t ; wa t e r c e me n t r a t i o 0 引言 混凝土作为使用量最大的人造材料, 也是人类与自然界进行 物质与能量的交换活动中消费量较大的一种材料, 给人类带来 了文明, 也给环境造成了污染,
7、 所以它的生产与使用, 以及其本身 的性能极大地影响着地球环境、 资源和能源的消费量及其所构 筑的人类生活空间的质量。 为了达到高强度和高耐久性的要求, 传 统的混凝土始终在追求其结构的密实性。目前城市表面 8 0 以上 的面积被建筑物和混凝土路面覆盖1 】 , 使市区的温度比郊区和乡 村高2 , 产生所谓的热岛现象; 并且雨水长期不能渗人地下, 使城市地下水位下降, 影响地表植物的生长, 城市绿化面积减少, 结果造成城市生态系统失调; 另外混凝土质地脆硬, 表面粗糙 目呈 强碱性, 触觉效果差, 同时混凝土颜色灰暗, 视觉效果缺乏生机, 由 混凝土材料构筑的生活空间给人以粗、 硬、 冷、 暗
8、的感觉。 为了实现可持续发展的目标, 随着环保绿化重要性的增加, 将混凝土对环境造成的负荷控制在最小的限度内, 混凝土材料 的研究、 生产和应用必须考虑到环境因素。因此, 突破传统建筑 材料的范围, 发展新型混凝土 , 寻求与自然的和谐与发展, 成为 混凝土发展方向之一。绿色高性能混凝土, 作为一种新型的环 保建筑材料应运而生。 1 绿色高性能混凝土的概念及分类 1 1 绿色高性能混凝土的概念 绿色混凝土的“ 绿色” 涵义为 : 节约资源 、 能源 ; 不破坏环 收稿 日期 :2 0 0 9 1 2 - 0 3 基金项 目:江苏省教育厅 自然科学( J I- I Z D 0 8 2 2 ) 1
9、 0 0 境, 更有利于环境; 可持续发展, 既满足当代人的需求, 又不危 害子孙后代, 且能满足其需要脚 。 所谓绿色高性能混凝土 , 是指通过材料研选、 采用特殊工 艺、 制造出来的具有特殊结构和表面特性的混凝土; 既能减少 环境负荷, 又能与环境协调, 它具有能适应动、 植物生长, 对调 节生态平衡、 美化环境景观, 为人类构造舒适环境。 绿色高性能 昆 凝土指应具有以下特点的混凝土: 可满足混凝 土的可持续发展, 能减少环境污染, 又能与自然生态系统和谐开 发; 比传统混凝土具有更高的强度和耐久性 ; 可选择资源丰富, 能耗小的原材料; 能大量利用工业废弃资源, 实现非再生性资源 的可
10、循环使用和有害物质的从低排放; 适合人居, 对人体无害。 1 2 绿色高性能混凝土的分类 如今绿色高性能混凝土已逐渐形成一门独立学科, 根据使 用功能, 发展为植被绿化型混凝土、 透水型混凝土、 水生物保护 型混凝土等三大类。 1 2 1 植被绿 化型混凝土 植被绿化型混凝土是指能够适应植物生长、 可进行植被作 业的混凝土及其制品, 具有保护环境 、 改善生态条件、 基本保持 原有结构材料性 能。 多孔连续型绿化混凝土是植被绿化混凝土的一种类型, 这 种混凝土以多孔混凝土作为骨架结构, 内部存在着一定量的连 通孔隙, 为混凝土表面的绿色植物提供根部生长 、 吸取养分的 空间, 采用多孔混凝土作
11、为植物生长基体, 并在孔隙内充填植 物生长所 需的物质 3 】 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 2 透水型混凝 土 透水混凝土是具有 1 5 3 0 0 的连通孔隙的多孔或大孔混凝 土 。它是由胶凝材料、 粗骨料、 水和外加剂按照一定的比例拌和 而成。由于无细骨料, 在硬化后的? 昆 凝土中存在着较大的孔洞、 孔隙率大, 有较强的透水性能旧 。 1 2 3 水生物保护型混凝土 水生物保护型混凝土是指能够营造出适合生物生长、 生息 的空间或孔隙, 能够为水藻类生物提供合适的附着表面, 并能 在混凝土表面增殖, 通过相互作用或共生作用, 形成食物链, 使
12、 混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响, 为海洋生物和淡 水生物生长提供良好条件, 保护生态环境。 2 绿色高性能混凝土的配制及应用 2 1 植被 绿化 型 混凝 土 配制及 应 用 植被绿化型混凝土必须满足以下条件 : ( 1 ) 具有一定的连通孔隙, 能够提供并保持植物必须的水 分 、 养分。 ( 2 ) 混凝土应有较低的碱度, 适应植物的生长要求。 ( 3 ) 具有一定的强度 , 满足维护地表的负荷要求。 植被绿化型混凝土的相关技术参数 , 见表 1 所示。 表 1 植被绿 化型 混凝土的相关技 术参数 孑 值 抗 环 强度 , , 1 8 3 0 1 l 5 02 o 4 l 0 5
13、 0 Cl 5 C 3 O 1 45 0 ,- - 2l 0O 2 1 1 植被绿化型混凝土配制 由于植被绿化型混凝土对强度要求不高, 故重点以研究多 孔混凝土和低碱混凝土为主。 以大孔混凝土的配制方法为基础, 其他的方式为补充完善 技术要求。将吸水 、 保水材料加入混凝土中, 使其起到提供、 保 持植物所需水分 、 养分的作用 ; 降低混凝土碱度可采用低碱混 凝土或将普通混凝土用酸性物质中和等措施。 大孔混凝土是以粗骨料、 水泥和水配制的混凝土, 为无砂混 凝土。此种混凝土是水泥浆包裹粗骨料颗粒表面, 使其黏结在一 起, 但水泥浆并不填满粗颗粒之间的孔隙, 且孔隙尺寸较大并连通, 而形成大孔
14、结构混凝土, 具有良好的渗透性能可适应植物生长。 2 1 1 1 植被绿化型混凝土的材料选择及配合比的确定 ( 1 ) 水泥的选择: 硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥、 矿渣水泥、 火山灰水泥和低碱度硫铝酸盐水泥。 将 5种水泥拌制成 1 : 1 0的水 泥浆, 用广泛试纸测定其 p H值, 6组平均值结果, 如表 2 所示。 表 2 水泥品种与 p H值的关系 所 以首选低碱度硫 铝酸盐水 泥。在保证基本强度的条件下 尽量减少水泥用量, 因为水泥用量越大 p H值越大。 可通过掺加 粉煤灰降低水泥用量 , 试验表明粉煤灰掺量( 质量分数 ) 达 6 5 7 0 的混凝土, 其 2 8 d的 p
15、H值可降至 l 1 5 O以下, 9 0 d的p H 值甚至可以达到 9 0 l 0 5 , 满足低碱度 、 多孔的要求13 。 ( 2 ) 减水剂: 主要用于调整混凝土的凝结时间和减少水的 用量, 在相同孔隙率的情况下可以提高混凝土的强度。外加剂 的用量以水泥和骨料不离析, 水泥能包裹住骨料为最佳。常用 的减水剂减水效果, 如表 3 所示。 表 3 各种减 水剂减水率情 况 故应优先选择树脂系减水剂。 ( 3 ) 石子 : 对于透水性而言, 人工碎石和单一粒径的石子孔 隙率大, 有利于透水。对强度而言在粗骨料相互接触而形成的 双凹黏结面上, 水泥浆厚度越厚 , 黏结点越多, 黏结就越牢固,
16、强度越高。由于植被绿化型混凝土对强度要求不高 , 容易达到 强度和透水的统一性。 试验可知使用 5 1 0 I T l l n和 1 0 2 0 t n r f l 的 碎石级配良好 ; 即能满足强度, 又能保证透水性。混凝土强度与 透水系数关系, 如图 1 所示。 透水 系数 ( mm s ) 图 1 强度与透水系数关系图 ( 4 ) 水灰比的选择 : 水灰比既影响混凝土的强度, 又影响其 透水性。水灰比过小, 浆体太稠, 水泥浆难以均匀地包裹骨料颗 粒 , 使其难以正常成型, 会使强度降低。或者水泥浆太厚, 堵塞 孔洞 , 透水性降低。如果水灰比过大、 浆体太稀、 流动性大, 水泥 浆会从
17、骨料颗粒上淌下, 造成黏结水泥太少, 骨料之间黏结面 积太小 , 形成不均匀的混凝土组织, 既不利透水, 也不能保证混 凝土的强度。 一 般植被绿化型混凝土的水灰比介于 0 2 0 4之间, 在实际 配制中常根据经验来判定水灰比是否合适。如水泥浆在骨料颗 粒表面包裹均匀, 没有水泥浆下滴现象, 而且颗粒有光泽。则说 明水灰比较为合适, 反之需要调整。 水灰比与混凝土强度、 透水系数和孔隙率的关系, 如图 2 - - 4 所示 。 水灰比 图 2 水灰比与混凝土强度关系图 水灰 比 图 3 水灰比与透水系数关系图 ( 5 ) 配合比的确定: 各种材料的用量要严格地控制在一定 的范围, 通过一定的
18、试验筛选 , 达到较好的配合比。根据以上原 则 , 一般配制强度 C1 5 - 4 2 2 0的混凝土既可满足要求。确定 l m 】 O1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水 灰 比 图 4水灰比与孔隙率关系图 混凝土的配合比, 如表 4所示。 2 1 1 2 植被绿化型混凝土的施工 ( 1 ) 搅拌混凝土需采用强制式搅拌机拌和。各种材料应准确 计量后加入, 由于水泥浆的稠度较大, 且数量较少, 为保证水泥 浆能够均匀地包裹在骨料上, 搅拌时间应适当延长为 4 mi n 。 ( 2 ) 由于混凝土的石子用量比普通混凝土的用量大 1 4 1 6 倍左右, 所以考虑
19、计量和搅拌机的搅拌能力, 每盘搅拌的材料 量要根据集料斗的计量范围要相应减少方量。 ( 3 ) 由于混凝土流动性很小 , 所以不能用普通混凝土搅拌 车运输, 应采用专门运输车进行运输。混凝土入车前, 必须用水 将车厢体湿润( 不积水) , 同时使用保水性好的材料湿润后覆盖 表面, 以减少混凝土内部水分的蒸发、 流失。 ( 4 ) 混凝土浇筑前基础必须湿润 , 避免干燥的基础吸收混 凝土的水分 , 降低骨料与浆体的黏结力 , 影响混凝土的强度。振 捣应采用外部振捣或表面振捣的方式。 ( 5 ) 常温下浇筑 、 振捣完毕后 5 8 h 内应洒水及覆盖塑料薄 膜进行养护 , 防止失水。 完全硬化后
20、, 连续养护不少于 7 d 。 其成 品如图 5 所示 表 4选定的混凝土配合比 图 5 植被绿化型混凝 土成品图 2 1 2 植被绿化型混凝土的应用 植被绿化混凝 土作 为固沙 、 固土 、 固堤材料 , 可用 于城市的 道路两侧及中央隔离带 、 护坡、 停车厂、 人行路面及建筑物的局 部( 楼顶、 阳台、 院墙顶部等不与土壤相连的部位) 。适合于大面 积的绿化工程, 尤其是大型土木工程之后的景观修复等。可以 增加城市绿色空间, 调节人们的生活情绪, 同时能够吸收噪音 和粉尘 , 对城市的生态平衡也起到了积极作用。 2 2透 水型混 凝土 配制及 应用 2 2 1 透水型混凝土配制 透水型混
21、凝土的配制可借鉴植被绿化型混凝土, 以大孔混 凝土的配制方法为基础。由于透水型混凝土对 p H值基本无要求, 但对强度要求较高一般C 3 0 。 故重点以研究多孔混凝土为主。 在保证强度的条件下尽可能的提高透水性能。 透水型混凝土的材料选择及配合比的确定 ( 1 ) 水泥的选择 : 为保证混凝土的强度 , 应采用 14 2 5 MP a 强度等级的水泥。可在保证最佳用水量的前提下, 适当增加水泥 用量, 这样能够增加骨料周围水泥浆膜层的稠度和厚度, 可有效 地提高混凝土的强度。但水泥用量过大会使浆体增多, 孔隙率减 少, 降低透水性。 通常透水型混凝土的水泥用量在 3 2 0 ,- -4 6
22、0 k g m3 范围内较合适。 ( 2 ) 减水剂和石子: 透水型混凝土的减水剂和石子可参照 植被绿化型混凝土, 应优先选择树脂系减水剂。石子可采用级 配良好的 5 1 0mm和 1 0 2 0 mlT l 的碎石。 ( 3 ) 水灰比的选择 : 由于透水型混凝土的透水系数一般要 大于植被绿化型混凝土, 故水灰比要相应的提高。在实际配制 中根据经验透水型混凝土的水灰比应介于0 2 5 ,- - 0 4 5 之间。 ( 4 ) 配合比的确定 : 由于透水混凝土受透水系数和强度的 双重制约, 透水系数增大, 强度相应降低; 强度提高 , 透水系数 相应减小。应尽量达到强度和透水性的统一。 根据以
23、上要求, 一般配制强度C 3 0的透水型混凝土既可 满足要求。确定混凝土的配合比, 如表 5 所示。 表 5 选定 的混凝土配合比 2 2 2 透水型混凝土的应用 透水型混凝土主要用于城市道路、 广场、 护提、 护岸工程等。 能 够使雨水迅速地渗入地表, 还原成地下水, 使地下水资源得到及时 补充, 保持土壤湿度 , 改善城市地表植物和土壤微生物的生存 条件, 扩大城市的透水、 透气面积。当降雨时能够减轻排水设施的 负担, 避免路面积水和夜间反光, 增加行人、 行车的舒适性和安全 性, 减小交通噪音, 对调节城市空间的气温和湿度, 缓解城市的“ 热 岛效应” , 维持地下水位和生态平衡具有重要
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