粉煤灰摻入量對植被生態混凝土性能影響的探究★

祝向群 陳月萍

(安慶職業技術學院，安徽安慶 246003)

傳統混凝土透氣性、透水性能差，缺乏調節空氣溫度和濕度的能力，使得地溫升高，氣候惡化，產生了“熱島現象”。大量鋼筋混凝土建筑物和混凝土道路使綠化面積明顯減少，降雨時，不透水的混凝土道路表面容易積水，雨水長期不能下滲，使地下水位下降，土壤中水分不足、缺氧，影響植物生長，造成生態系統失調。水利、鐵路、公路工程中的護坡，廣泛使用混凝土砌塊，甚至直接用混凝土澆筑成硬質斜坡或地坪，既不能長草，又不能下滲雨水，缺乏生態功能。另外，混凝土材料顏色灰暗，給人以粗、硬、冷、暗的感覺，缺乏藝術的美感［1］。

本課題利用工業廢料——粉煤灰，一方面能大大降低水泥用量，節約工程成本，減少水泥生產過程中CO2的排放量，降低廢棄物對環境的污染，另一方面因粉煤灰型生態混凝土具有較好的透水透氣性和濕熱交換能力，能降低地表溫度和城市的“熱島效應”，改善環境。所以本試驗研究了粉煤灰摻入量對該混凝土性能的影響。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

水泥采用安慶市懷寧海螺水泥廠生產的海螺牌P.O42.5水泥;普通河砂;石灰巖碎石;粉煤灰采用淮南市昆侖科貿有限責任公司生產的粉煤灰;外加劑采用合肥科順科貿有限公司生產的BSC(Bio-Substrate Concrete)生物基質混凝土添加劑;安慶自來水。

1.2 試驗設計

根據以往的試驗經驗，本試驗考慮粉煤灰四種不同摻入量對該植被型生態混凝土抗壓強度、抗折強度、孔隙率、透水性系數和pH值等性能的影響。每組試驗中粉煤灰和水泥的摻入量不同，其他材料摻入量均相同。每組試驗的成分配合比見表1。

表1 試件成分配合比

每個試驗號制作5組試塊，抗壓抗折試驗每組試驗制作3個標準試塊(其尺寸為150 mm×150 mm×150 mm)，孔隙率、透水試驗和pH值試驗每組1個標準試塊。本次試驗一共制作36個標準試塊，具體試驗種類和標準試塊個數安排見表2。

試件的制作:先將碎石、江砂和少量的水充分攪拌，使得石子表面潤濕，然后加入粉煤灰和水泥攪拌均勻，再加入BSC生物基質混凝土添加劑和水充分攪拌。最后取料入模、插搗、在振動臺上震動30 s，養護28 d。試驗結果見表3。

表3 試驗結果

2 試驗分析

2.1 力學性能

本試驗中，采用養護制28 d試件，抗壓、抗折試驗采用型號為YA-2000B的試驗機測定，試驗結果分別見圖1和圖2。

圖1 混凝土抗壓強度與粉煤灰摻入量的關系

圖2 混凝土抗折強度與粉煤灰摻入量的關系

由圖1可看出，與沒有添加粉煤灰試塊的抗壓強度值比較，當粉煤灰的摻入量超過90 kg時，試塊的抗壓強度明顯下降。由圖2可看出，試塊的抗折強度隨粉煤灰摻入量的增加有明顯的下降趨勢。

原因在于［2，3］:粉煤灰顆粒結構比較密實，比表面積小，存在很多球形顆粒，吸水能力較弱。在早齡期，粉煤灰幾乎不會發生火山灰反應。隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的抗折強度以及抗拉強度持續降低，如圖1和圖2所示。在晚齡期，由于粉煤灰的火山灰作用以及水泥熟料水化反應之間的相互促進作用，再加上粉煤灰的微集料反應。當摻量變大時，其強度則出現大幅度下降。

2.2 孔隙率

混凝土的孔隙率分為總孔隙率和有效孔隙率，總孔隙率是混凝土中全體孔隙的體積與其總體積的百分比，它是影響混凝土強度的主要因素［4］。孔隙率的測定方法:首先，根據試塊的尺寸計算出其體積V;然后，把試塊完全浸沒在水中，等到試塊充分吸滿水后，稱量試塊在水中的質量m1;再把試塊烘干后，待冷卻至室溫稱量其質量m2;最后根據式(1)計算試塊的孔隙率P:

其中，P為孔隙率，%;ρ為水密度，g/m3;m1為試件吸水飽和狀態時的質量，kg;m2為試件烘干后，恢復常溫時的質量，kg;V為試件的體積，m3。

該混凝土孔隙率與粉煤灰摻入量的關系見圖3。孔隙率隨粉煤灰摻入量的增加，其孔隙率呈現先增加后下降的趨勢。

圖3 混凝土孔隙率與粉煤灰摻入量的關系

2.3 透水性系數

透水性是護堤植生型生態混凝土的一個重要指標，它的大小隨混凝土基礎材料的顆粒組成不同而有些差異，這里要確保有0.5 mm/s以上的透水系數。表征生態混凝土透水性的透水系數在一定的水頭下，單位時間內透過混凝土的水量與混凝土透水面積成正比，與混凝土透水厚度成反比［5］。

本試驗中，取養護28 d的標準試塊，采用如圖4所示的原理對該混凝土做常水頭透水性試驗，通過該試驗測定相關數據，然后采用式(2)計算該混凝土的透水系數kT。

圖4 透水系數試驗原理

其中，kT為水溫為T℃時試樣的透水系數，mm/s;Q為t秒時間內從試件中滲出的水量，mm3;L為試樣的高度，mm;A為水滲過試樣的橫截面面積，mm2;H為水位差，mm;t為試驗測定的時間，s。

如圖5所示，透水系數隨粉煤灰的摻入量呈現先增加后降低的趨勢。

2.4 pH 值

普通混凝土的pH值高達12～13，對植被的生長不利。為滿足植物生長性能的需要，多孔混凝土的pH值不應超過10［6］。

取養護28 d的標準試塊，把標準試塊從中間鋸開，分成體積相等的兩部分(75 mm×150 mm×150 mm)。在常溫下，將分開的兩部分，迅速浸入裝有蒸餾水的容器中，待試塊充分吸水飽和后，將兩塊混凝土新鋸開的剖面用保鮮膜蓋嚴，然后將試塊的剖面朝上，坐在裝有蒸餾水的容器中。但蒸餾水不能淹沒剖面，水量保持試塊潤濕為宜，并將容器蓋嚴。2 h后用pH試紙測定剖面的pH值，每個試件的剖面測3個位置，取6個值的平均值作為最后結果，見表3。該混凝土pH值與粉煤灰摻入量的關系見圖6。由圖可知其pH值隨粉煤灰的增加呈現下降的趨勢。

圖5 透水系數與粉煤灰摻入量的關系

圖6 pH值與粉煤灰摻入量的關系

3 結語

1)根據試驗數據，粉煤灰的摻入量對該混凝土的相關性能有較明顯的影響。

2)綜合考慮抗壓強度、抗折強度、孔隙率、透水性系數和pH值，粉煤灰的摻入量選擇20%～40%較為合適。

3)通過對該混凝土綜合性能的分析，該配比設計的混凝土內部環境與植被的生長環境要求相吻合。

［1］張開猛，蔣友新，譚克鋒.生態混凝土研究現狀及展望［J］.四川建筑科學研究，2008(1):152-155.

［2］章慧蘭.不同摻量的磨細粉煤灰對水泥性能的影響研究［J］.山西建筑，2014，40(1):126-127.

［3］田 卿，劉 丹.粉煤灰對混凝土的影響及其原因［J］.中國高新技術企業，2008(6):90-92.

［4］鐘文樂.無沙多孔生態混凝土力學和植生性能試驗研究［J］.混凝土，2012(6):133-134.

［5］吳智仁.現澆護堤植生型生態混凝土性能指標及耐久性能［J］.江蘇大學學報，2005(5):381-382.

［6］徐榮進，劉榮桂，顏庭成.植生型多孔生態混凝土的制備和性能試驗的研究［J］.混凝土，2006(12):18-21.