小河流护坡植草混凝土性能影响因素研究

(文成县大峃镇人民政府，浙江 温州 325300)

小河流护坡植草混凝土性能影响因素研究

刘宏

(文成县大峃镇人民政府，浙江 温州 325300)

传统水利工程排水对原始生态河道造成难以恢复的破坏，阻隔了河流与生态陆地的水循环。本文介绍了植草混凝土的制备原理与其各种性能的测定方法，并且设计了植草混凝土的配合比方案，分析了能够影响植草混凝土的孔隙率、抗冲刷强度、抗压、抗折等性能的各种因素，获得植草混凝土的最佳配合比方案。在最佳配合比方案下，对植草混凝土进行植生试验，发现植物能够很好地生长在植草混凝土护坡上，说明该配合比方案符合小河流治理的相关性能指标要求，为小河流治理提供科学依据。

小河流治理；植草混凝土；配合比；植生试验

随着经济的发展，人类对河流的不合理开发对原始的生态循环造成了严重破坏，出现了河流湖泊退化、水质污染以及水资源短缺等许多问题，所以使用环保型护岸材料是生态河道治理的必然趋势。植草混凝土是将骨料粒径作为骨架，在孔隙中添加利于植物生长的适生材料，并且在表层覆盖一层土壤，植物可以在其中茁壮生长的护岸材料[1]。在小河流护坡中应用植草混凝土技术，不仅可以净化水质、滤水保土、美化环境，而且还可以稳定边坡护岸，取得客观的经济效益与生态效益，在降低混凝土对河流污染和减少水泥使用方面具有重要意义[2]。植草混凝土通过结合土壤学、植物学与结构力学等知识理论，以多孔混凝土作为受力骨架，构成具有生态植物与工程结构的防护体系，在防护坡岸中是一种理想的护坡技术[3]。如何在小河流综合治理中应用植草混凝土护坡技术，确定出具有良好生态效益并且符合小河流治理工程标准的植草混凝土配合比显得尤为重要[4]。本文介绍了植草混凝土的制备原理与其各种性能的测定方法，并且设计了植草混凝土的配合比方案，分析了能够影响植草混凝土的孔隙率、抗冲刷强度、抗压以及抗折等性能的各种因素，获得植草混凝土的最佳配合比方案。在最佳配合比方案下，通过植草混凝土的植生试验，发现植物能够很好地生长在植草混凝土护坡上，说明该配合比方案符合小河流治理的相关性能指标要求。

1 植草混凝土制备原理及性能测定方法

植草混凝土是由细集料、粗集料、水泥、砂石、水、矿物质掺合料和化学外加剂等均匀拌和制备而成，不仅可以满足防洪抗冲的要求，而且能够提供动植物生长所需的养分。性能试验测试包括物理力学性能试验与配合比设计测试试验。具体方法为：在对应模具中，按照一定比例加入水与胶凝材料，均匀搅拌，制成试块，标准养护30d后，测定其pH值与孔隙率，测试抗冲刷强度、抗压以及抗折等性能。

制备试块尺寸分别为120mm×120mm×120mm和100mm×100mm×300mm，使用万能液压机对植草混凝土试块进行抗冲刷强度、抗压以及抗折性能测试。

孔隙率是植生性能与植草混凝土的透水性的重要指标，孔隙率包括全孔隙率和有效孔隙率[5]。采用标准养护30d的抗压试块来测量有效孔隙率，体积为120mm×120mm×120mm，体积记作V0；加入一部分水到量筒中并读取刻度值，水的体积记作V1，将试块放入量筒，读取刻度值，体积记作V2。有效孔隙率计算公式为

(1)

式中N1——植草混凝土试块的有效孔隙率。

测试全孔隙率使用称量法。试块放入烘箱，60℃下恒温烘烤24h，干燥器中冷却至室温，称取试块质量M；全孔隙率计算公式为

(2)

式中V0——试块标准体积，cm2；

ρt——植草混凝土试块的理论密度；

M——试块的干重，g；

N2——植草混凝土试块的全孔隙率。

测定pH值采用“碱性释放法”，水桶中放入植草混凝土抗折试块，加水至水面刚刚浸没试块的表面，浸泡24h，使用 pH 测量仪测量溶液的pH值。

2 植草混凝土最佳配合比试验设计与结果分析

体现植草混凝土工作性能的重要指标分别为植草混凝土的孔隙率、抗冲刷强度、抗压以及抗折等性能。本文对植草混凝土各性能进行了一系列试验，对植草混凝土的配合比设计、制备工艺与材料组成等方面进行优化设计。

2.1 植草混凝土的配合比设计

植草混凝土各项性能指标之间为相互影响与相互制约的关系，比如增加孔隙率能够降低混凝土强度，所以设计植草混凝土配合比需要综合考虑多个因素，本文设计植草混凝土配合比设计方案见表1，植草混凝土配合比设计方案试验结果见表2。

表1 植草混凝土配合比设计方案

表2 植草混凝土配合比设计方案试验结果

2.2 植草混凝土试验结果分析

2.2.1 胶凝浆体加入量对植草混凝土性能的影响

由表2得知，固定目标孔隙率不变，增加胶凝浆体加入量时植草混凝土的实测孔隙率减小，并且胶凝浆体加入量增加50kg，实测孔隙率降低约3.1%。胶凝浆体的加入量为525～565kg/m3时，实测孔隙率为20%～21%，30d试块强度为7.2～8.4MPa，满足小河流治理中混凝土护坡强度的要求。当目标孔隙率为25%时，实测孔隙率与目标孔隙率相差不大，但是抗压强度低于7MPa，不符合小河流治理中混凝土护坡强度的标准。

2.2.2 含砂率对植草混凝土强度的影响

图1 孔隙率为25%下含砂率对试块的影响

图2 孔隙率为20%下含砂率对试块的影响

由图1与图2得知，增加含砂率，植草混凝土的强度也随之增大。这是因为加入细骨料河砂以后能够增加混凝土的维勃稠度，使粗骨料之间的接触面、点增多，同时增加粗骨料表面的胶凝浆体膜厚度，使植草混凝土的强度增大，所以加入适量的细骨料有利于增大植草混凝土的强度，但是加入量不能过多，否则植草混凝土过于严密，无法起到保土滤水的效果，所以含砂率推荐为11%～13%。

2.2.3 实测孔隙率对植草混凝土强度的影响

由图3可知，当植草混凝土的实际孔隙率增加时，其抗压强度大体趋势变低。实际孔隙率在20%～24.6%之间变化时，植草混凝土的抗压强度减小幅度较小。原因是增加实际孔隙率时，胶凝浆体的加入量减少，随之也减少了植草混凝土骨架结构中骨料胶结面积。

图3 实测孔隙率对试块强度的影响

2.3 植草混凝土理论最佳配合比

通过以上分析，得出植草混凝土的最佳配合比，见表3。

表3 植草混凝土最佳配合比

3 植草混凝土植生性能试验

根据小河流治理工程对植草混凝土护坡强度和植物生长所需的孔隙率，植生混凝土最佳配合比使用表3中的值。为了研究不同草种在植草混凝土中的生长情况，植生性能试验选取高羊茅与马尼拉为草种，以自然土壤为种植材料，按一定比例加入长效复合肥和草木灰作为适生材料。高羊茅与马尼拉的茎芽生长情况见图4与图5。

图4 高羊茅茎叶生长情况

图5 马尼拉茎叶生长情况

由图4与图5可知，草种播种30d内生长情况与植草混凝土厚度没有直接关系，说明种子前期生长受环境影响因素不大，生长所需要的水分与养分由种子自身提供，随着生长天数的增加，两种植物的茎叶长度伴随着试块厚度的增厚而增加，说明植物后期生长受周围环境因素影响比较大，试块厚度越大，植物越容易汲取自身生长所需的水分与养分。

4 结 论

根据植草混凝土护坡材料的特点，本文介绍了植草混凝土的制备原理与其各种性能的测定方法，并且设计了植草混凝土的配合比方案，分析了能够影响植草混凝土的孔隙率、抗冲刷强度、抗压以及抗折等性能的各种因素，并且通过植生试验模拟实际工程中河流护岸的草种种植施工工艺，主要得到以下结论：

a. 通过分析得出植草混凝土最佳配合比为：1m3植草混凝土中水泥用量222kg，河砂用量222kg，碎石用量1485kg，水用量111L，SR-4用量3L以上。

b. 在植草混凝土最佳配比下，通过植生性能试验发现植物能够在其中茁壮生长，说明植物根系可以穿过植草混凝土进入自然土层吸收生长所需营养，使得自身根部与植草混凝土完美结合；也说明该配合比方案符合小河流治理的相关性能指标要求，为小河流治理提供科学依据，论证了植草混凝土生态护坡技术在小河流治理中的可行性。

[1] 夏振尧, 许文年, 王乐华. 植被混凝土生态护坡基材初期强度特性研究[J]. 岩土力学, 2011, 32(6): 1719-1724.

[2] 赵玉青, 邢振贤. 生态混凝土护坡技术与应用[M]. 北京： 中国水利水电出版社, 2016.

[3] 肖成志, 孙建诚, 刘晓朋. 三维土工网垫植草护坡效果的影响因素试验研究[J]. 北京工业大学学报, 2011(12): 1793-1799.

[4] 陈雄, 刘娟, 蒋凡. 植筋技术在江滩浆砌块石护坡改造中的应用[J]. 水利建设与管理, 2016, 36(10): 1-4.

[5] 贾佳. 防渗墙塑性混凝土抗压性能的影响因素研究[J]. 中国水能及电气化, 2016(2): 41-43.

Researchonfactorsaffectingsmallriverslopegrassconcreteperformance

LIU Hong

(WenchengDaxueTownPeople’sGovernment,Wenzhou325300,China)

Drainage of traditional water conservancy projects leads to irreduciable damage to original ecological river channels. Water cycle between river and ecological land is blocked. In the paper, the preparation principle of hermophytic concrete and measurement methods of various performances are introduced. The mixing ratio plan of hermophytic concrete is designed. Various factors affecting hermophytic concrete porosity, anti-scouring strength, compressive strength, flexural performance, etc. are analyzed. The optimum mixing ratio plans of hermophytic concrete are obtained. And hermophytic concrete undergoes a plant-growing test. It is discovered that plants can well grow on the plant concrete slope. It is obvious that the mixing ratio plan is consistent with relevant performance index of the small river governance, thereby providing scientific basis for small river control.

small river control; hermophytic concrete; mixing ratio; plant-growing test

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.11.020

TV85

A

2096-0131(2017)011-0074-05