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原文传递植被型生态混凝土的制备及性能研究

论文题名：	植被型生态混凝土的制备及性能研究
关键词：	植被型;生态混凝土;有效孔隙率;粗骨料;透水;包裹层;配合比设计;植物;矿渣;孔隙模型;浆体;硅灰;粉煤灰;等效孔径;层厚度;孔结构;聚丙烯纤维;相容性;沙打旺;抗冻性
摘要：	植被型生态混凝土由于含有较多的连通孔隙，具有良好的透水与透气特性，并且可为植物根系提供生长空间，因此可用于透水路面材料，植物、花草生长基材以及公路、河川的植被护坡、护堤等，是一种新兴的环保型、功能型建筑材料。本文针对植被型生态混凝土的配合比设计及制备、孔隙模型及孔隙测试与表征方法、孔结构及透水特性、力学与耐久性能、植生情况等展开深入的探讨和研究。论文主要工作和研究结果归纳为以下几方面：　　第一，对植被型生态混凝土的孔隙模型展开研究，建立了植被型生态混凝土的孔隙率与粗骨料表面浆体包裹层厚度之间的关系，其可用下述的一元函数关系式表达：式中，R：植被型生态混凝土的孔隙率：H：粗骨料表面浆体包裹层厚度；式中其他参数决定于粗骨料的性质。当粗骨料表面浆体包裹层厚度变化于443～914μm时，植被型生态混凝土的孔隙率为23．1～33．7％。由该模型计算出的包裹层厚度理论值与试验实测厚度值相吻合。　　第二，借鉴所建立的孔隙模型和日本的生态混凝土配合比设计方法，探索出一种“预包裹”制备技术，为了保证浆体具有良好的包裹性，又有合适的流动性，胶结材浆体流动度应该控制在一定的范围。本试验条件下，当浆体的流动度控制在160～210mm时，通过四步搅拌工序和插捣以及振动与压制相结合的成型方式，可制得强度和孔隙率、孔结构符合要求的植被型生态混凝土。　　第三，研究了植被型生态混凝土的孔结构表征方法及其透水性能。研究结果表明，等效孔径的大小和孔隙的个数影响着平面孔隙率的变化。分别单掺粉煤灰、矿渣和硅灰时，植被型生态混凝土的有效孔隙率随着目标孔隙率的增加而增大，有效孔隙率与透水系数之间存在相关性良好的二次函数关系，并与抗压强度基本成反比例关系。当粗骨料粒径在10～20mm时，分别单掺粉煤灰、矿渣和硅灰且有效孔隙率在20～30％的植被型生态混凝土，其等效孔径大小在10～20mm之间，其中等效孔径主要集中在13～16mm范围内，此时其透水系数的增幅最大。　　第四，研究了植被型生态混凝土的力学性能和耐久性能。研究结果表明，当植被型生态混凝土的目标孔隙率为27％时，植被型生态混凝土的28天抗压和抗折强度最高可达12．2MPa和3．5MPa。单掺20％（占胶结材的质量百分比，下同）粉煤灰、20％矿渣、10％的硅灰、25％的细砂、0．3％的聚丙烯纤维或者8％的丙烯酸酯乳液时，均可提高植被型生态混凝土的抗压、抗折强度；掺加硅灰对提高植被型生态混凝土的抗冻性有利，掺加细砂、矿渣或者纤维时，抗冻性与对比样的持平，而掺加粉煤灰后植被型生态混凝土的抗冻性能降低；单掺矿渣或硅灰时，均可提高植被型生态混凝土在干湿交替状态下的抗硫酸盐侵蚀性能，且抗蚀系数均大于0．8；不同配合比的植被型生态混凝土干缩率在28天龄期以前增加较快，而后增幅减缓，单掺硅灰或矿渣均会使得于缩率增加，而掺加聚丙烯纤维可降低干缩值。　　最后，研究了植被型生态混凝土与植物的相容性以及混凝土孔隙内碱环境的改造方法。研究结果表明，欲把植被型生态混凝土孔隙内的碱度控制在pH3．5～9．5的范围内以获得适宜植物生长的环境条件，可考虑采用以下措施：（1）掺加适量矿物掺合料；（2）在混凝土成型后放置于空气中一段时间，等发生一定的碳化后再进行植物培植；（3）采用FeSO4溶液或者草酸溶液对混凝土进行浸泡或喷洒，往孔隙内填充偏酸性土壤。对混凝土孔隙内碱环境进行改造后，将由膨润土、营养土、珍珠岩、花生麸、普通土壤与种子等按照一定比例混合而成的培植基填充于混凝土内部孔隙，辅以必要的养护与管理，植物完全可在培植基中发芽和茁壮成长。对高羊茅、狗牙根和沙打旺与植被型生态混凝土的相容性研究结果表明：高羊茅与植被型生态混凝土的相容性最好，完全可以达到覆盖混凝土板体的目的，沙打旺和狗牙根次之；高羊茅、狗牙根和沙打旺三者混播，在植被型生态混凝土中既有互补又有竞争，能够形成小范围的生态环境。
作者：	李荣炜
专业：	材料学
导师：	余其俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文