土工格栅对透水混凝土基本性能的影响研究

黄佳斌，王丽梅，邢振贤，宋 兵，刘宇航

华北水利水电大学，河南 郑州 450045

0 前言

在河岸的护坡上，常年河水冲刷经常造成河堤毁坏、水土流失、生态破坏。使混凝土生态化是解决这些问题的有效方法。引入土工格栅，来防止严重滑移的发生，增强护坡整体性，谋求在个别区块混凝土力学等性能失效的前提下而不影响总体的基本性能，需要初步探究在透水混凝土中加入土工格栅对其力学性能，植生性能等基本性能的影响。透水混凝土主要由水泥、粗骨料、水和外加剂等组成，主要利用水泥的聚合性将骨料粘结成型，并形成一定比例的连通孔隙［1］。从蒋正武的研究课看出其透水效能很高，已知应用于路面、绿化、污水净化及吸声材料等领域［2］。参考王正宏的工程应用试验，格栅的加入能够较好地应对普通土的非聚合性，使之一体化更好［3］。

1 试验原材料

1.1 水泥

42.5级普通硅酸盐水泥基本性能见表1。

表1 水泥基本性能

1.2 粗骨料

粒径为5～10mm，10～15mm，15～20 mm的碎石，粗骨料材料性能试验结果见表2

表2 粗骨料材料性能

1.3 土工格栅

孔隙长宽为1.5cm，原材料为玻璃纤维双向经编土工格栅（以下统称GSJ25/GE），其每延米纵横极限拉力为25KN，其断裂伸长率与老化时间呈反比，经过一定老化时间后趋于稳定值;

孔隙长宽为3.5cm，原材料为聚乙烯的双向拉伸土工格栅（以下统称GSL20/PE），其每延米纵横极限拉力为20KN，屈服伸长率只有4%～10%，是理想的合成材料。

2 试验设计

按照《水工混凝土试验规程》设计试验选取水灰比0.3，设5-10级骨料试件中不加格栅为组1，加GSJ25/GE格栅为组2，加GSL20/PE格栅为组3；10～20级骨料试件中不加格栅为组4，加GSJ25/GE格栅为组5，加GSL20/PE格栅为组6。试件制成100mm×100mm×100mm与100mm×100mm×300mm试块在水中养护28 d后分别进行抗压、抗折、劈裂抗拉强度试验、孔隙率测定试验。

3 试验结果与分析

其各性能方面的结果见表3

表3 试件力学性能与孔隙率

3.1 力学性能分析

对比表3的数据可知，5～10级骨料级配试件的力学性能普遍优于10～20级骨料级配试件。这是由于级配低的试件在捣实过程中其孔隙更容易被填充，更密实，而级配高的试件孔隙较大。格栅对试件的抗压强度无明显影响。添加格栅后抗折强度明显提高，加GSL20/PE格栅的试件强度提高得更多。这是由于塑料格栅材质更坚硬，韧性大有利于形变抗折；添加塑料格栅的试件在格栅两边的混凝土联结一体的表面积更大更有利于抗折。添加格栅比不加格栅的试件劈裂抗拉强度明显提高，其中加GSJ25/GE格栅的试件强度提高得更多。这是由于玻璃纤维土工格栅具有抗拉强度大、弹性模量高、延伸率低等优点，加入试件中更有利于劈裂抗拉。

3.2 孔隙率分析

连通孔隙率是植生性的重要指标。

20%左右的连通孔隙率较有利于在混凝土中种植植物。

添加格栅的试件连通孔隙率明显高于无格栅的试件，分析是由于格栅的加入使混凝土两边联结不致密，产生孔隙。其中添加GSL20/PE格栅的试件孔隙率更大，因为塑料格栅硬度大，韧性强在垫入难以避免凹凸的试件中时，不可避免地产生了向外的相对挤压，从而使得孔隙率增大。

3.3 沉浆量分析

在浇筑混凝土时，会有骨料表面的水泥浆缓缓淌下，沉积至底部成型后形成封底沉浆。观察发现，未加格栅的试件的沉浆面积在75%～80%不利于种植植物生长。观察发现，加GSJ25/GE格栅的试件沉浆面积在20%～25%比较适合植物生长。其材质致密，相对柔软两边混凝土能更好结合，格栅也能阻挡相当部分水泥浆下沉，沉浆面积适中。

加GSL20/PE格栅的试件沉浆在40%～45%对于植物生长较为不利。塑料材质坚硬孔大使得试件孔隙率高对于水泥浆下沉较为方便，沉浆面积相对较高。

4 结论

（1）土工格栅对混凝土抗压强度无提高作用。在应用于劈裂抗拉的地方建议采用GSJ25/GE格栅，应用于抗折方面建议采用GSL20/PE格栅。

（2）格栅的添加有利于提升混凝土的孔隙率，GSL20/PE格栅混凝土孔隙率较高，沉浆量较高，植生性效果略差于GSJ25/GE格栅。

（3）加GSJ25/GE格栅的基本性能普遍较好，建议优先采用。