抗凍植被混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

鄭敏敏

摘要：普通植被混凝土孔隙率較大，在受到凍融循環(huán)后，會(huì)發(fā)生斷裂、粉碎等嚴(yán)重破壞，抗凍性能極差。以抗凍植被混凝土為研究對(duì)象，分析不同因素對(duì)其強(qiáng)度的影響，進(jìn)而優(yōu)化抗凍植被混凝土的力學(xué)性能，得出以下結(jié)論：采用聚合物乳液膠結(jié)劑的抗凍植物混凝土的力學(xué)性能較優(yōu)。分析認(rèn)為，抗凍植物混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，其中的水泥會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)生產(chǎn)水化產(chǎn)物，而聚合物乳液可填充于其中的孔隙，與其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而提高了試樣的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：抗凍植被混凝土；抗壓強(qiáng)度；正交實(shí)驗(yàn)

基金：甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2023B-397）

基金名稱：抗凍植被混凝土在西北地區(qū)河道護(hù)坡中的研究與應(yīng)用

0? ?引言

普通植被混凝土孔隙率較大，在不采取任何抗凍措施的條件下，植被混凝土?xí)l(fā)生斷裂、粉碎等破壞，抗凍性能極差。近年來(lái)，許多專家學(xué)者針對(duì)抗凍植被混凝土開展相關(guān)研究。

高文濤等人[1]以抗凍植被混凝土為研究對(duì)象，開展正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析摻入不同纖維對(duì)其力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，最優(yōu)配合比的抗凍植被混凝土力學(xué)性能具有顯著提升。陳毅等人[2]開展凍融循環(huán)試驗(yàn)，分析對(duì)比分析植物纖維對(duì)抗凍植被混凝土力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，摻入棕纖維的試樣力學(xué)性能較優(yōu)。王慧穎等人[3]開展無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，分析水泥摻入量對(duì)植被混凝土承載力的影響規(guī)律，結(jié)果表明，當(dāng)水泥摻入量為11%時(shí)，植物的生長(zhǎng)情況及試樣的承載力較優(yōu)。周明濤等人[4]以植被混凝土為研究對(duì)象，分析不同生態(tài)基材對(duì)植被混凝土抗凍性能的提升效果，結(jié)果表明，符合抗凍劑可有效提高試樣的抗凍性能。謝清華等人[5]以植被混凝土為研究對(duì)象，分析該混凝土的植生性能，并對(duì)其孔隙液的pH值進(jìn)行優(yōu)化，以提高植被混凝土的植生性能。

本研究以西北地區(qū)河道護(hù)坡為研究背景，以抗凍植被混凝土為研究對(duì)象，分析不同因素對(duì)其強(qiáng)度的影響，進(jìn)而優(yōu)化抗凍植被混凝土的力學(xué)性能。

1? ?工程概況

本研究以西北地區(qū)河道護(hù)坡為研究對(duì)象，填方邊坡坡體為后期填土、粉質(zhì)黏土、凝灰?guī)r殘積黏性土、全風(fēng)化凝灰?guī)r，為土質(zhì)邊坡，回填土自穩(wěn)性差，挖方段邊坡坡體以坡積成因粉質(zhì)黏土及凝灰?guī)r殘積黏性土為主。該地區(qū)氣候寒冷，冬季平均氣溫在-20℃以下，普通植被混凝土孔隙率較大，其孔隙內(nèi)充滿水時(shí)極易發(fā)生凍脹破壞。

在不采取任何抗凍措施的條件下，在受到20次凍融循環(huán)后，普通植被混凝土?xí)霈F(xiàn)斷裂、粉碎等嚴(yán)重破壞，抗凍性能極差[6]。為解決以上問(wèn)題，本研究以抗凍植被混凝土為研究對(duì)象，分析不同因素對(duì)其強(qiáng)度的影響，進(jìn)而優(yōu)化抗凍植被混凝土的力學(xué)性能。

2? ?正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

為分析不同膠結(jié)劑對(duì)抗凍植被混凝土力學(xué)性能的影響，采用壓力試驗(yàn)機(jī)開展抗凍植被混凝土抗壓、抗折試驗(yàn)，抗凍植被混凝土試樣抗壓強(qiáng)度如變化規(guī)律如圖1所示。

2.1? ?不同膠結(jié)劑下試樣抗壓強(qiáng)度

由圖1可知，聚合物乳液試樣的抗壓強(qiáng)度最大，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗壓強(qiáng)度有最大值，其值為24.6MPa。007建筑膠粉試樣的抗壓強(qiáng)度最小，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗壓強(qiáng)度僅為7.63MPa。抗凍植被混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度與其養(yǎng)護(hù)齡期間呈正相關(guān)關(guān)系，隨著齡期的增大，其抗壓強(qiáng)度逐漸增大。

對(duì)比齡期為3d與28d的試樣抗壓強(qiáng)度可得，聚合物乳液試樣的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)最大，二者間的抗壓強(qiáng)度差值為10.42MPa，007建筑膠粉試樣的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)最小，二者間的抗壓強(qiáng)度差值為1.99MPa。

由此說(shuō)明，養(yǎng)護(hù)過(guò)程能顯著提升聚合物乳液試樣的抗壓強(qiáng)度，對(duì)于007建筑膠粉試樣而言，其強(qiáng)度提升效果并不顯著。

2.2? ?不同膠結(jié)劑下試樣抗折強(qiáng)度

抗凍植被混凝土試樣抗折強(qiáng)度如變化規(guī)律如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)齡期較小時(shí)，不同膠結(jié)劑試樣間的抗折強(qiáng)度差距較小，除齡期為7d外，聚合物乳液試樣的抗折強(qiáng)度均有最大值，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗折強(qiáng)度為8.95MPa。JK試樣的抗折強(qiáng)度最小，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗折強(qiáng)度僅為5.97MPa。

綜合以上分析可得，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28d時(shí)，聚合物乳液試樣的力學(xué)性能較優(yōu)。分析認(rèn)為，抗凍植物混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，其中的水泥會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，生產(chǎn)水化產(chǎn)物，而聚合物乳液可填充于其中的孔隙，與其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而提高試樣的力學(xué)性能。因此，本研究以聚合物乳液為抗凍植物混凝土的膠結(jié)劑，以開展后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.3? ?正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為分析不同因素對(duì)抗凍植被混凝土力學(xué)性能的影響，以聚合物乳液為抗凍植物混凝土的膠結(jié)劑，開展正交試驗(yàn)，對(duì)其配合比進(jìn)行優(yōu)化，本研究的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

3? ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1? 試驗(yàn)編號(hào)-抗壓強(qiáng)度曲線分析

當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28d時(shí)，抗凍植被混凝土試樣的力學(xué)性能較優(yōu)，因此本研究以28d為養(yǎng)護(hù)齡期，根據(jù)表1所示的試驗(yàn)方案，得出的試驗(yàn)編號(hào)-抗壓強(qiáng)度曲線如圖3所示。

由圖3可知，各組試驗(yàn)得出的植被混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度具有一定的差異性。其中，編號(hào)3試驗(yàn)得出的28d抗壓強(qiáng)度最大，其值為18.3MPa。編號(hào)15試驗(yàn)得出的28d抗壓強(qiáng)度最大，其值為4.17MPa。

由此說(shuō)明，孔隙率、骨料含量系數(shù)、水膠比與膠結(jié)劑摻量，對(duì)抗凍植被混凝土的抗壓強(qiáng)度存在一定的影響，不同組試驗(yàn)的試樣抗壓強(qiáng)度差距可達(dá)到4.5倍。對(duì)比編號(hào)3試驗(yàn)與編號(hào)15試驗(yàn)的以上參數(shù)可得，兩組試驗(yàn)的差異主要體現(xiàn)在其骨料含量系數(shù)、膠結(jié)劑摻量及目標(biāo)孔隙率。為分析不同因素對(duì)抗凍植被混凝土抗壓強(qiáng)度的影響程度，需對(duì)其正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析。

3.2? ?對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析

對(duì)以上正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，當(dāng)極差分析的R值越大時(shí)，說(shuō)明該因素對(duì)試樣結(jié)果的影響程度較大。計(jì)算不同正交試驗(yàn)的R值可得：膠結(jié)劑摻量的R值最大，其值為5.75；其次為骨料含量系數(shù)，其值為4.86；再次為水膠比，其值為4.40；目標(biāo)孔隙率的R值最小，其值為3.98。由此說(shuō)明，膠結(jié)劑摻量對(duì)抗凍植被混凝土的抗壓強(qiáng)度影響最大，目標(biāo)孔隙率對(duì)抗凍植被混凝土的影響最小。

根據(jù)K值與Kavg值可確定抗凍植被混凝土的最優(yōu)配合比，目標(biāo)孔隙率對(duì)應(yīng)的水平3的K值與Kavg值有最大值時(shí)，試樣的目標(biāo)孔隙率為0.26；骨料含量系數(shù)對(duì)應(yīng)的水平1的K值與Kavg值有最大值時(shí)，試樣的骨料含量系數(shù)為0.94；水膠比對(duì)應(yīng)的水平1的K值與Kavg值有最大值時(shí)，試樣的水膠比為0.28；膠結(jié)劑摻量對(duì)應(yīng)的水平3有最大值時(shí)，試樣的膠結(jié)劑摻量為4%。

3.3? ?抗壓強(qiáng)度曲線分析

根據(jù)以上分析可得，膠結(jié)劑摻量與骨料含量系數(shù)對(duì)抗凍植物混凝土的影響較大，為分析以上兩種因素變化對(duì)抗凍植被混凝土力學(xué)性能的影響，以28d抗凍植被混凝土為研究對(duì)象，得到骨料含量系數(shù)-抗壓強(qiáng)度曲線、膠結(jié)劑摻量-抗壓強(qiáng)度曲線如圖4所示。

由圖4a可知，骨料含量系數(shù)與試樣的抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。分析認(rèn)為，當(dāng)試樣的骨料含量較小時(shí)，其中的水泥含量較大，水泥與骨料的膠結(jié)作用會(huì)提升試樣的抗壓強(qiáng)度。由圖4b可知，當(dāng)膠結(jié)劑摻量為4%時(shí)，抗凍植被混凝土的力學(xué)性能最優(yōu)。綜合以上分析，當(dāng)試樣的骨料含量系數(shù)為0.94，膠結(jié)劑摻量為4%時(shí)，抗凍植被混凝土有抗壓強(qiáng)度最大值。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

普通植被混凝土孔隙率較大，在受到凍融循環(huán)后，會(huì)發(fā)生斷裂、粉碎等嚴(yán)重破壞，抗凍性能極差。本研究以西北地區(qū)河道護(hù)坡為研究背景，以抗凍植被混凝土為研究對(duì)象，分析不同因素對(duì)其強(qiáng)度的影響，進(jìn)而優(yōu)化抗凍植被混凝土的力學(xué)性能，得出以下結(jié)論：

聚合物乳液試樣的抗壓強(qiáng)度最大，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗壓強(qiáng)度有最大值，其值為24.6MPa。007建筑膠粉試樣的抗壓強(qiáng)度最小，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗壓強(qiáng)度僅為7.63MPa。

當(dāng)齡期較小時(shí)，不同膠結(jié)劑試樣間的抗折強(qiáng)度差距較小。除齡期為7d外，聚合物乳液試樣的抗折強(qiáng)度均有最大值，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗折強(qiáng)度為8.95MPa。JK試樣的抗折強(qiáng)度最小，當(dāng)齡期為28d時(shí)，其抗折強(qiáng)度僅為5.97MPa。

各組試驗(yàn)得出的植被混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度具有一定的差異性。其中，編號(hào)3試驗(yàn)得出的28d抗壓強(qiáng)度最大，其值為18.3MPa。編號(hào)15試驗(yàn)得出的28d抗壓強(qiáng)度最大，其值為4.17MPa。由此說(shuō)明，孔隙率、骨料含量系數(shù)、水膠比與膠結(jié)劑摻量對(duì)抗凍植被混凝土的抗壓強(qiáng)度存在一定的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 高文濤，劉福勝，韋梅，等.新型抗凍植被混凝土配比及性

能研究[J].新型建筑材料，2016，43（11）：30-33+89.

[2] 陳毅，梁永哲，劉大翔，等.植物纖維加筋對(duì)植被混凝土抗

凍耐久性的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（19）：4840-4844.

[3] 王慧穎，王堯天.寒區(qū)植被混凝土無(wú)側(cè)限抗壓性能試驗(yàn)研究

[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，28（4）：4-7.

[4] 周明濤，胡歡，胡旭東.植被混凝土復(fù)合抗凍劑的組配試驗(yàn)

[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2014，12（4）：62-66.

[5] 謝清華，高文濤，齊強(qiáng)，等.植被混凝土降堿植生技術(shù)優(yōu)化

研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，48（3）：429-

432.

[6] 孫新，李雪朋，陳超，等.抗凍抗?jié)B混凝土C35F200W6配

合比設(shè)計(jì)[J].散裝水泥，2023，No.222（1）：191-193.