无砂大孔混凝土的研究与应用

无砂大孔混凝土的研究与应用

1混凝土的社会应用前景混凝土生产以来，它给人们带来了舒适和财富，也对人类和环境产生了负面影响。随着社会的进步,人们对环境的要求起来越高,提出了人与自然环境和谐相处的科学发展观。混凝土做为人类社会使用量最大的建筑材料,在其生产过程中对山林和河道造成破坏,加重环境负荷,破坏生态平衡。因此,研究并推广使用生态、环保型的混凝土材料具有极为重要的社会意义和广阔的发展前景。在此背景下,无砂混凝土以其独特的性能,逐步进入人们的视野并得到推广,它不仅拥有传统混凝土的材料的性能,更赋予其新的特性,是一种能保护环境,使人类与自然和谐发展的新型混凝土。2无砂大孔混凝土的应用无砂大孔混凝土就是不含砂的混凝土,它与普通混凝土的最大区别在于其无细骨料,仅由水泥、粗骨料和水拌制而成。其粗骨料可以是碎石、卵石,也可以是人造轻骨料。由于没有细骨料,所以在混凝土内部存在着大量较大的孔隙,水可以在硬化的混凝土孔隙中流动。正是由于这些孔隙的存在,使得无砂混凝土具有与其它种类混凝土所不同的特点:(1)容重小,通常在1500~900kg/m无砂混凝土在房建上的应用,由于容重小、适当的强度、良好的吸音性能和保温性能,使得无砂混凝土成为一种较好的墙体材料,适用于制做墙体小型空心砌块、砖和各种板材,也可用于现浇墙体。这种墙体具有节能低耗、自重轻、保温、透气等优点。无砂混凝土具有良好的透水性、过滤性和稳定性,由于无砂混凝土具有自身的稳定性,用作反滤结构时不需要设置多层,还可以起到支撑作用,替代部分沟壁、井壁和挡墙等结构,可用于公路、铁路、水工建筑物中作反滤层。而无砂混凝土管则常应用在堤坝集渗工程和基坑排水工程中。良好的透水性,较小的毛细作用,使得无砂混凝土成为一种很好的地坪材料,可以用它浇筑停车场、网球场和城市广场等地面的垫层等。无砂大孔混凝土作为一种新型半刚性基层材料对改善公路隧道内路面板下地下水破坏状况、延长路面使用年限有着重要作用。当用于做透水路面时,通常会改用较好级配的粗骨料,并加入少量的沙,以增强材料的强度,但相应的透水性能降低。随着社会的发展,人们对生态环境日益重视,作为人类最大量使用的建设材料,混凝土今后的发展方向必然是既要满足现代人的要求,又要考虑环境的因素,减轻对地球的负荷,有利于资源、能源的节省和生态平衡。生态环境友好型混凝土应运而生。生态环境友好型混凝土是指既能减少对地球环境的负荷,同时又能与自然生态系统协调共生,为人类构造舒适环境的混凝土材料。而无砂大孔混凝土正好能满足这一要求。许多研究者在传统无砂大孔混凝土基础上进行研究,开拓其在生态环境保护、生态改善或生态修复方面的应用,并取得可喜的成就。(1)无砂混凝土在噪音防治上的应用。据统计,机动车交通产生的噪音大约占噪音来源的1/3,尤其是高速道路交通流量大,车速快,且夜间交通量日趋增大,对道路两侧的居民构成极大的困扰。为了防止噪音,一般从抑制噪音源、噪音传递路径、隔音及吸音等几个方面寻求对策。如果采用普通的、比较致密的混凝土做隔音壁,根据重量法则,墙壁的面密度越大,声波越不容易透过,隔音效果越好。但是致密性的混凝土对声波反射率较大,虽然对道路外侧降低噪音效果显著,但进一步增大道路内侧噪音。而无沙混凝土具有连续、多孔的内部结构,具有较大的内表面积,可与普通的密实混凝土组成复合构造。多孔的无沙混凝土直接暴露面对噪音源,入射的声波一部分被反射,大部分则通过连通孔隙被吸收到混凝土内部,其中有一小部分声波由于混凝土内部的摩擦作用转换成热能,而大部分声波透过多孔混凝土层,到达多孔混凝土背后的空气层和密实混凝土板表面再被反射,而这部分被反射的声波从反方向再次通过多孔混凝土向外部发散。在此过程中,与入射的声波具有一定的相位差,由于干涉作用互相抵消一部分,对减小噪音效果明显。(2)应用于透水性路面。目前城市表面80%以上的面积被建筑物和混凝土路面覆盖,这种密实性混凝土缺乏透气性和透水性,调节空气的温度、湿度的能力差,使市区的温度比郊区和乡村高2~3℃,产生所谓的“热岛现象”。雨水长期不能渗入地下,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。无沙混凝土内部存在着大量较大的连通孔隙,具有透气性和透水性,当用于做透水性路面时,通常会改用较好级配的粒径较小的粗骨料,甚至加入少量的沙,以增强材料的强度,但相应的透水性会降低。为了区别于一般的无沙混凝土,并强调其透水性,称其为透水性混凝土,将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道路等,能够扩大城市的透水、透气面积,增加行人、行车的舒适性和安全性,减少交通噪音,对调节城市空气的温度和湿度,补充地下水,减轻城市的防洪排涝压力,改善城市树木生长的土壤环境和调整生态平衡具有重要作用。3无砂大孔混凝土护坡技术随着人们对生态环境的日益重视,传统利用混凝土、浆砌石等圬工护坡因其不生态而深受批评,为了兼顾强度和生态,人们提出绿化混凝土的概念。根据文献,绿化混凝土可定义为: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、基本保持原有防护作用三个功能。绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长的多孔混凝土。混凝土内部存在许多连续的空隙,使其具有良好的透水、透气特性,施工时,只要在混凝土块的孔隙中充填腐植土、种子、缓释肥料、保水剂等混合材料,草籽就可生根、发芽,并穿透到土壤中生长,从而可以大大改善周围大气的环境。同时,利用其多孔,透水透气性,不仅可使微生物及小动物在其凹凸不平的表面或连续空隙内生息,保持了生物的多样性,具有显著的生态效应;还可成功地解决常规硬化路面存在的散热少、无呼吸、雨水聚积成涝等问题.可以减轻市政排水设施负担,使地下水得到及时补充,避免造成地下水位明显下降等严重问题。此外,绿化型多孔混凝土具有较好的力学性能,若加入特殊的合成纤维,其抗压强度可达到15~18MPa。因此无砂混凝土在一些水利工程中的护坡也得到了应用。对于利用无砂大孔混凝土进行护坡的核心科学问题是:如何控制大孔隙率和连通孔隙;如何有效地的降低孔溶液的碱度。孔隙率主要决定植物根系的可生长空间。无砂混凝土孔隙间相互的贯通程度,决定着植物根系的发育扩展及获得养分补给的能力,而贯通性取决于水灰比及灰骨比。灰骨比大时,贯通性较差;而水灰比大会造成下层淤堵。等效孔径对直根系花卉有直接影响。根据实验观察,等效孔径不宜小于10mm。为了使植草能够在混凝土孔隙间生根发芽并穿透至土层,要合理选择骨料粒径,保证有一定的孔隙率、表面空隙率。福建省水利水电工程局有限公司于2005至2007年在广州南沙区蕉东闸桥工程中内涌河道护坡采用无砂大孔混凝土护坡技术。采用预留孔洞的无砂混凝土护坡(厚20cm),预留孔洞是为了植草和方便水生动物的栖息和繁殖。内河涌护坡对强度要求不高,为了保证有较大的孔隙,对护坡无砂混凝土配合比的设计如表1所列。根据表1试验数据可知,在粒径相同时,透水混凝土的强度与pH值随胶凝材用量的增加而提高,透水系数与空隙率随着胶凝材用量的增加而降低;粒径不同时,强度随粒径的增大有所增加,但增幅不是太大,说明粒径增大时,骨料的比表面积减少,单位面积浆量增多,界面强度有所增加,空隙率和透水系数随粒径的增大增加明显。为能给植被提供足够的养分与水分,生态混凝土成型后,需要灌注营养液(主要由有机缓释肥、有机营养材料、纤维类材料、土壤、土壤安定剂、种子、水按一定比例调和而成)。经试验,灌注处理后空隙率和透水系数随粒径的增大逐渐减小,且变化幅度随粒径的增大越来越大,但最小透水系数都达到0.35cm/s,已超过植