植生混凝土配合比设计及成型方式试验研究

贾文文，张洪猛，张琦，谢慧东

（山东华森建材集团有限公司，山东 济南 250101）

0 前言

植生混凝土最早发明于日本，可用于护坡护岸固定水土。我国南方多雨山区及河道地区使用较早，黄河流域使用较少，大部分采用传统基石护坡，生态植生混凝土的推广使用，能更好地降低成本，绿色环保[1-9]。本试验研究植生混凝土配合比设计采用体积法，通过设计孔隙率确定各原材料单方用量，采用单级配 16～31.5mm 碎石、150mm×150mm×150mm 塑制试模，自制孔隙率测试仪，测量不同成型方式试件实际孔隙率，通过对比设计孔隙率与实际孔隙率确定更加有效的成型方式。

1 试验概况

1.1 试验原料

（1）水泥：淄博市宝山 P·O42.5 水泥，物理性能如表 1 所示。

（2）骨料：16～31.5mm 碎石，物理性能如表 2 所示。

（3）添加剂：山东华森建材集团有限公司添加剂，掺量 2.5%。

（4）拌合水：自来水。

表 1 水泥物理性能

表 2 骨料物理性能

1.2 试验方法

1.2.1 搅拌

搅拌过程中采用二次投料方法，首先将骨料倒入搅拌机中，加入 1/3 的拌合水搅拌 30s，然后加入水泥搅拌 30s，再加入添加剂和剩余拌合水搅拌 5min 后卸料。

1.2.2 成型方式

（1）采用捣棒插捣成型，植生混凝土拌合物分两层装入试模中，第一层的厚度约为试模高度的 2/3，第二层约高出试模 30mm。每层插捣次数按 10000mm2截面积内均匀插捣 12 次，其中四个角各一次，在侧面和平面内部插捣次数力求等距离和均匀分布。插捣完毕后，用抹刀处理，使混凝土上表面基本与试模表面齐平。

（2）采用自制压捣器压捣成型，直径 20mm、长度 250mm 的铁棒一端连接 50mm×50mm 的钢板，钢板厚度为 10mm。植生混凝土拌合物分两层装入试模中，第一层的厚度约为试模高度的 2/3，第二层约高出试模30mm。每层压捣次数按 10000mm2截面积内均匀压捣 8次，其中四个角各一次，在平面内部插捣次数力求等距离和均匀分布。插捣完毕后，用抹刀处理，使混凝土上表面基本与试模表面齐平。

（3）使用混凝土振动台振动成型，一次性装料至试模中，高出试模表面约 50mm，装料时应用抹刀沿试模内壁插捣，振动时间为 10s，然后用抹刀处理，使混凝土上表面基本与试模表面齐平。

1.2.3 养护

试件成型后，覆膜置于混凝土标准养护室 48 小时后拆模，拆模后放入混凝土标准养护室中养护。

1.2.4 试验配合比

体积法计算，设计孔隙率为 20%、24%、28%、32%。植生混凝土配合比计算公式见式 (1)：

其中：

mg、mc、mw、ma——分别为单位体积混凝土中粗骨料、水泥、水、外加剂用量，kg/m3，mg取 0.95m3粗骨料质量，W/C 比取 0.30；

ρg、ρc、ρw、ρa——分别为粗骨料、水泥、水、添加剂的表观密度，kg/m3；

P——设计孔隙率，%。

1.2.5 孔隙率测量方法

自制植生混凝土孔隙率测试仪，准备一个 10L 铁质容量筒，并于容量筒侧壁距离底面 20cm 处钻一直径大约 15mm 圆孔，准备一个外径 15mm 左右水嘴，将水嘴固定于圆孔上，保持水嘴平行于底面，水嘴连接软管即可。将孔隙率测定仪置于水平试验台，加水至水嘴上方 3cm 处，等待水不再流出即可。将试件从混凝土标准养护室中取出，用湿毛巾将试件表明水分拭干，用量尺测出试件的尺寸，并计算体积 V0，将试件放置于加满水的测试仪中，等待水不再流出，测量流出水的体积V1，孔隙率计算公式见式 (2)：

式中：

CV——试件的连通孔隙率，%，精确至 0.1%；

V0——试件体积，mL；

V1——排出水体积，mL。

1.2.6 抗压强度试验方法

标准试件是边长为 150mm的立方体试件；边长为200mm 的立方体试件是非标准试件；每组试件应为 6块。

按 GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》方法测量试件尺寸，进行抗压强度试验和计算立方体试件的抗压强度，计算结果应精确至0.1MPa，立方体试件抗压强度值的确定应符合下列规定：取 6 个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值；当单个试件测值与算术平均值之差大于 20% 时，应逐次舍弃偏差最大的试验值，直至各试验值与算术平均值之差不超过 20%。当试件有效数据不少于 3 个时，取其算术平均值为该组试件的强度值；当有效数据少于3 个时，该组试件的试验结果应为无效，并应重新制备试件进行试验。

立方体抗压强度试验宜采用标准试件，用非标准试件测得的强度值应乘以尺寸换算系数，200mm×200mm×200mm 试件的换算系数可取为 1.05。

2 试验结果及分析

混凝土试验配合比及性能试验结果见表 3。

由表 3 和图 1～3 可以看出：

（1）植生混凝土要求连通孔隙率大于 20%，采用体积法计算植生混凝土配合比，设计孔隙率分别为20%、24%、28%、32%，设计孔隙率越大，水泥用量越小，28d 抗压强度越小。

（2）植生混凝土同一配合比，插捣成型试件孔隙率较设计孔隙率减小 4% 左右，压捣成型试件实测孔隙率与设计孔隙率基本相符，振动成型试件孔隙率较设计孔隙率减小 4% 左右。

（3）植生混凝土同一配合比，插捣成型与振动成型实测孔隙率基本相同，插捣成型试件 28d 抗压强度比振动成型试件 28d 抗压强度大 2MPa。

（4）振动成型容易水泥浆体沉积，不能均匀、稳定包裹骨料周围，试件表面浆体较少，骨料间粘结力较低，底面形成致密水泥浆层，待植生混凝土终凝后，不利于植物生存。

表 3 试验配合比及性能

图 1 不同成型方式试件实测孔隙率与设计孔隙率

图 2 压捣成型试件底面

图 3 振动成型试件底面

3 结论

（1）体积法计算植生混凝土配合比，设计孔隙率越大，水泥用量越小，28d 抗压强度越小。

（2）植生混凝土插捣成型、振动成型试件实测孔隙率与设计孔隙率差距太大，试验结果不能作为试验结论及生产依据。

（3）植生混凝土拌合物振动成型时，浆体不能均匀、稳定包裹于骨料周围，底面易形成致密沉浆，不利于植物扎根生长。

（4）植生混凝土拌合物采用压捣成型方式，分两层装料，每层均匀压捣次数按 10000mm2截面积内均匀压捣 8 次，其中四个角各一次，在平面内部插捣次数力求等距离和均匀分布，成型试件实测孔隙率与配合比设计孔隙率基本相符，可作为试验结论及生产依据，为理想成型方式。