岩质边坡绿色高性能再生混凝土配合比设计

甘静艳 甘静宇

（1.浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴 312000；2.广西建设职业技术学院，广西 南宁 530000）

1 前言

绿色高性能再生混凝土具备绿色环保、可再生等特点，适于动植物生长，具有美化环境景观、调节生态平衡的功能。因此，综合分析岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土的配比设计，具有重要的现实意义。

2 岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土的主要类型

2.1 岩质边坡透水类型混凝土

岩质边坡透水类型混凝土属于大孔、多连通孔隙的一种混凝土，内含外加剂、粗骨料、胶凝材料等，参照相应比例经拌和制备完成。岩质边坡透水类型混凝土的配比设计，应结合大孔混凝土配比设计手段。在水泥材料方面，为满足混凝土自身强度的需求，应选择强度等级在42.5MPa以上的水泥材料，以确保维持最佳用水量。适当增加水泥用量，可确保增加骨料周边水泥的浆膜层实际厚度及稠度，提升混凝土自身的强度。但过多使用水泥材料，随着浆体增加会降低孔隙率及透水特性。所以，岩质边坡透水类型混凝土的配比设计中，水泥用量应以320～460kg/m3为宜。在减水剂及石子材料方面，岩质边坡透水类型混凝土所用的减水剂，应优选树脂系的减水剂；石子应选择10～20ml或者是5～10ml碎石。在水灰比方面，岩质边坡透水类型混凝土透水系数通常要比岩质边坡植被绿化类型混凝土高一些，水灰比通常设定在0.25～4.45之间。确定岩质边坡透水类型混凝土配比设计方案期间，应着重考虑岩质边坡透水类型混凝土会受强度与透水系数双向影响，增加透水系数，强度必然下降，增加强度，透水系数必然缩小。对此，在岩质边坡透水类型混凝土配比设计期间，务必确保其透水性与强度性维持统一状态。经反复试验研究确定，岩质边坡透水类型混凝土配比为：10～12kg减水剂、115～135kg水、400～430kg水泥、1 975～2 127kg/m3密度、＞ 50 抗冻融的循环次数、≥24%孔隙率、≥4.0mm/s透水系数。岩质边坡透水类型混凝土，适用于岩质护岸、护堤等边坡工程项目，可以让雨水快速渗透至地表中，并还原为地下水，及时补充地下水，维持土壤的湿度，为岩质边坡周边土壤的微生物及地表植物提供优质生存环境，扩大透气、透水面积，缓解降雨时对岩质边坡造成排水负担，维持生态与地下水位的平衡状态，其护坡效果较为突出。

2.2 岩质边坡植被绿化类型混凝土

岩质边坡植被绿化类型混凝土设计的水泥层面，将硫铝酸盐低碱度、火山灰、矿渣、硅酸盐及普通硅酸盐等水泥混合在一起，制成1∶10水泥浆，以广泛试纸测定pH值，测定结果显示为：硫铝酸盐低碱度类型水泥pH值=8.9～10、火山灰类型水泥pH值=10.3～11.3、矿渣类型水泥pH值=11.2～12.3、硅酸盐类型水泥pH值=13～14.3、普通硅酸盐类型水泥pH值=12.5～13.4,故硫铝酸盐低碱度为首选水泥材料类型。以保证强度条件为基础，尽可能减少水泥实际用量，因为，水泥用量越大，pH值越大，掺入粉煤灰可以减少水泥用量。试验分析表明，粉煤灰实际掺合量在65%～70%作用的混凝土，28dpH值能够降低到11.50，90dpH值能够降低至9.0～10.5，能够满足多孔和低碱度方面的要求。岩质边坡植被绿化类型混凝土设计的石子层面，单一粒径与人工碎石有较大石子孔隙率，对透水十分有利，边坡防护作用较为突出。在强度方面，粗骨料因互相接触形成双凹的粘结面，水泥浆越厚，黏结点越多，黏结越牢固，强度越高。因岩质边坡植被绿化类型混凝土在强度方面无特殊的要求，所以，只需与透水性维持统一。经多次试验得出，10～20mm、5～10mm为碎石最佳级配，可满足于岩质边坡植被绿化类型混凝土配比对透水性与强度维持统一的要求。岩质边坡植被绿化类型混凝土自身透水系数和强度的关系曲线示意图，如图1所示。在减水剂层面：岩质边坡植被绿化类型混凝土中，减水剂的作用表现为对混凝土凝结时的调整作用。处于同等孔隙率条件时，减少用水量，以提升混凝土强度。JHJ11减水剂用量，以骨料与水泥不离析、水泥可包裹好骨料的状态为佳。树脂类型减水剂为20%～33%减少率、蔡系的减水剂为11%～22%减少率、木质系的减水剂为8%～12%减少率。综合考量分析后，决定选用树脂类型的减水剂。关于水灰比，一定程度上会对混凝土自身强度和透水性产生直接影响。水灰比过小，浆体过稠，水泥浆无法均匀包裹骨料颗粒，难以实现正常成型，混凝土自身强度难以得到保证；水泥浆过厚，孔洞会产生堵塞现象，透水性会下降；水灰比过大，则浆体过稀，流动性较大，水泥浆自骨料颗粒滴落，以至于黏结水泥量减少，骨料相互间的黏结面积缩小，缺少均匀的混凝土组织，影响混凝土自身强度与透水性，不利于边坡防护。通常情况下，岩质边坡植被绿化类型混凝土水灰比是0.2～0.4。具体配比设计中，要根据以往实践经验，判断和分析该水灰比是否适宜。水泥浆均匀包裹骨料颗粒的表面，无水泥浆时，颗粒可维持光泽性，表明此水灰比实用；反之，需及时调整。经试验最终确定岩质边坡植被绿化类型混凝土配比设计方案为：8～10kg减水剂、90～132kg水、330～400kg水泥、1 828～2 040kg/m3密度、＞ 50抗冻融的循环次数、21%～28%孔隙率、31～50mm/s透水系数。岩质边坡植被绿化类型混凝土属于固堤、固土、固沙类材料，适用于岩质边坡两侧护坡，不仅护坡效果相对良好，还可以对周边生态环境起到良好的平衡作用。

图1 岩质边坡植被绿化类型混凝土自身透水系数与强度的关系曲线示意图

3 配比设计实践

3.1 材料选定

岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土配比设计当中，水泥选择加勒比生产厂家生产的42.5水泥材料，矿粉为S95，砂为Ⅱ类机制河砂材料，碎石为5～25mm和25mm再生碎石。水选择当地河水，经检测符合相关标准，外加剂选择聚羧酸SIKI 10J40减水剂。

3.2 配比设计

岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土配比设计需满足混凝土的耐久性、强度、和易性等相关标准。在水胶比层面，选择容重2 250kg/m3，水泥材料为矿粉60%∶40%；机制砂为50%∶50%河砂；再生骨料为465∶465，实际用水量为190kg/m3；外加剂的掺合料约为2.6%。试验水胶的比例为0.36、0.40、0.44、0.48、0.52、0.60期间混凝土状态及强度。若再生的粗骨料及水量一定，则强度会伴随水胶比的降低而逐渐升高，相较于普通混凝土，其强度增长的规律几乎一致。伴随水胶比逐渐缩小，混凝土工作性能相对良好。由于胶凝材料逐渐增多，极易黏附于骨料的表面，再生骨料短时间内吸水率会逐渐减小，提高混凝土自身工作性能。集浆比小幅度变化，集料表面润滑作用会较为明显，浆体逐渐增多，提升混凝土自身各项特性。在不同再生的粗骨料代替量层面，选择400kg/m3胶凝材料，水泥材料为矿粉60%∶40%；机制砂为50%∶50%河砂；再生骨料为465∶465，实际用水量为190kg/m3；外加剂的掺合料约为2.8%。天然及再生的粗骨料之间比例分别为：0%∶100%、20%∶80%、40%∶60%、50%∶50%、60%∶40%、80%∶20%、100%∶0%，进行试拌。岩质边坡地带绿色高性能再生粗骨料代替率分别为100%、80%、60%、50%、40%、20%、0% 时， 再生混凝土28d强度参数分别是46.8MPa、45.3MPa、44.7MPa、44.4MPa、44MPa、43.2MPa、43.3MPa。

4 结语

总之，岩质边坡透水类型混凝土、岩质边坡植被绿化类型混凝土是岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土的主要类型。对于岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土的配比设计，需要广大设计研究人员结合项目具体情况和要求周密分析，设定岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土最佳配比，以确保岩质边坡地带绿色高性能再生混凝土在护坡工程中有效发挥作用。