植生混凝土孔隙碱环境改善措施的试验研究

发表于 讨论求助 2020-06-05 16:43:10

发表于《新型建筑材料》2015年01期

王永海 1,王伟 1,周永祥 1,2,何更新 1,2
( 1.中国建筑科学研究院,北京 100013;2.全国混凝土标准化技术委员会,北京 100013)

「摘要」

针对植生混凝土孔隙环境 pH 值过高,不适于植物生长的技术难题,进行了大量的试验研究。结果表明,降低水泥浆体水胶比、 掺加矿物掺合料及内掺酸性等抑碱材料很难抑制硬化水泥浆体的碱物质外渗,而水泥浆体表面处理是行之有效的抑碱处理措施。根据试验结果,筛选出几种有效的抑碱处理材料及方法,为降低植生混凝土孔隙内的碱度、 改善植物生态环境提供了有效的途径。
「关键词 」

植生混凝土;碱环境;pH 值 

0 引 言

随着混凝土技术的发展,人们不限于利用混凝土的结构性能,也在拓展其它功能,如生态性、 智能性等。植生混凝土是一种多孔连续型混凝土,利用其内部存在的一定比例的连通孔隙,为绿色植物提供根部生长、吸取养分的空间。植生混凝土是一种既能减少对生态环境的负荷,同时又能与自然生态系统协调共生,为人类构造舒适环境的生态混凝土。 将多孔植生混凝土用于已被破坏的河道护岸、沟渠驳岸、公路边坡等生态环境的修复和重建,不仅具有传统的混凝土护岸功能,而且由于多孔混凝土表面生长绿色植物,既改善了周围大气的环境,又保持了绿色自然景观。同时,微生物及小动物在多孔混凝土凹凸不平的表面或连续孔隙内生息,既保持了生物的多样性,又能对河川、湖泊的水质间接地进行净化,具有多重综合的生态效应,对可持续发展具有重要贡献。植生混凝土具有结构防护、水土保持、植被恢复、净化水域以及减少生态灾害等特殊功能,此方面研究对提高我国护坡技术,保护自然生态环境和生物的多样性等具有重要的实际价值[1]。在建筑、 交通、水利、环境等多个综合交叉领域具有广泛的应用前景。目前植生混凝土已被住房和城乡建设部列为 《建筑业 10 项新技术( 2010)》进行推广应用。

虽然植生混凝土在环境与生态方面的优势有理由使其成为将来混凝土研究的热点之一,但是目前存在若干关键技术问题成为制约其推广应用的瓶颈,如植生混凝土外渗性 “碱”的控制技术,由于水泥混凝土本身具有 pH 值高达 13 以上的碱性,如果这些碱性物质渗透进入覆盖其上的土壤,造成土壤盐碱化,将对植被的长期生长造成致命性危害[2-3]。而对于混凝土本身而言,维持较高的碱性是保证其化学成分和宏观性能稳定的基础性条件。 因此,要在这一对矛盾中寻求最优的技术方案。 控制植生混凝土孔隙内的碱环境,以适应植物的生长是植生混凝土目前需要解决的关键技术难题。

1 试 验

1.1 碱环境评价方法

目前植生混凝土在国家和行业层面尚无相应的标准规范,重庆市出台了地方标准 J11416—2009《多孔混凝土河道护坡及坡面绿化施工技术规程》,但其中无碱环境测试方法的相关规定。 对于植生混凝土的碱环境,目前尚无标准规定碱度评价测试方法。由于影响植物生长的碱主要从水泥浆体内渗透析出,因此,测试水泥浆体外部水环境的 pH 值大小,可以反映植生混凝土的孔隙碱环境状况。本试验研究针对不同抑碱措施处理过的净浆试件。采用蒸馏水对净浆试件进行浸泡,通过测试浸泡后水溶液的 pH 值来评价不同抑碱措施的处理效果。 具体试验方法如下:净浆试件为 20 mm×20 mm×20 mm 的立方体试块,试件成型后标养至7 d 龄期进行抑碱处理,然后置于盛有 2500 ml 蒸馏水的广口瓶中,每隔一定时间测一次 pH 值,对比不同抑碱措施的净浆试件浸出液的 pH 值,pH 值采用 PHS-3C 酸度计进行测试。

1.2 试验原材料

水泥:冀东P·O42.5 水泥;粉煤灰:京能热电厂Ⅱ级粉煤灰;矿渣粉:S95 级;硅灰:埃肯硅灰,SiO2 含量 96.1%,比表面积 2.01×104 m2/kg; 水:蒸馏水;外加剂:巴斯夫 SP8 聚羧酸减水剂;其它抑碱材料。

1.3 试验配合比

为了保证成型试件的密实性,在水胶比为 0.3 的净浆中掺入一定量的减水剂,使其与水胶比为 0.5 的净浆具有相同的流动度,净浆试件配合比如表 1 所示。

2 不同抑碱措施的效果分析

2.1 水胶比对碱度的影响

将 Z1 和 Z2 试件分别置于盛有 2500 ml 蒸馏水的广口瓶中,测试不同龄期的 pH 值,结果如表 2 所示。


从表 2 可见,水胶比为 0.5 和 0.3 时,各个测试龄期的净浆浸出液 pH 值基本相当,说明水胶比的变化对净浆浸出液的 pH 值影响不大。从理论上讲,低水胶比的净浆孔隙率低,内部毛细孔通道细小,可以抑制碱物质的析出,但实际试验结果表明,水胶比的变化对净浆浸出液的 pH 值影响不大,这可能是水泥净浆体表面及内部均富含大量的碱,在浸泡环境中,浆体表面大量的Ca(OH) 2 溶解到蒸馏水中,从而使溶液具有较高的 pH 值。

2.2 矿物掺合料对碱度的影响

将 Z2 和 Z3 试件分别置于盛有 2500 ml 蒸馏水的广口瓶中,测试对比不同龄期的 pH 值,结果如表 3 所示。


从表 3 可见,掺加矿物掺合料对净浆试件浸出液的 pH 值影响不大,从理论上讲,掺加了矿物掺合料能够消耗水泥浆体内部的碱,可以降低浆体内部的碱含量。但实际试验结果表明,掺加矿物掺合料对净浆试件浸出液的 pH 值影响不大,这可能是净浆体表面及内部仍然富含大量的碱,浸泡液仍然具有很高的 pH 值。

2.3 碱度控制的有效处理措施

选用配合比为 Z2 的净浆试件,进行大量的抑碱处理效果对比试验。经筛选后,有效的表面抑碱处理措施如下:

Z2-1:试件浸泡在碳酸溶液内7 d 后取出,将其表面用蒸馏水冲洗干净,再放入 2500 ml 蒸馏水中浸泡;

Z2-2:试件放置于碳化箱,CO2 浓度保持在 ( 20±3)%,相对湿度控制在( 70±5)%,碳化 28 d 后用 2500 ml 蒸馏水浸泡;

Z2-3、Z2-4:试件浸泡在中国建筑科学研究院开发的植生混凝土碱性抑制剂 CABR-YJ2 溶液中,浓度为 3%,分别浸泡 1d ( Z2-3)、 7 d ( Z2-4)后取出,将其表面用蒸馏水冲洗干净,再放入 2500 ml 蒸馏水中浸泡;

Z2-5:将试件喷涂中国建筑科学研究院开发的植生混凝土碱性抑制剂 CABR-YJ1,晾干后再放入 2500 ml 蒸馏水中浸泡;Z2-6:试件浸泡在 3%浓度的醋酸溶液中 1 d 后取出,将其表面用蒸馏水冲洗干净,再放入 2500 ml 蒸馏水中浸泡。经表面抑碱处理后,各龄期净浆试件浸出液的 pH 值与处理前的 Z2 试件进行对比,结果如图 1 所示。

图 1 表明,根据浸泡 60 d 的 pH 值测试结果,Z2-1~Z2-5的抑碱处理均起到了较好的抑碱效果,不同浸泡龄期的 pH 值均有所下降。Z2-6 的表面抑碱处理措施在前 12 d 浸泡龄期达到了较好的抑碱效果,但在第 30 d 龄期后,pH 值又和表面未处理的试件的浸泡液 pH 值相当,这可能是由于 Z2-6 所采用的处理材料具有易挥发性的特点,在后期,处理材料有所挥发所致。

根据图 1 结果,采用 Z2-1~Z2-5 处理的净浆试件,其浸泡液的 pH 值在浸泡第12 d 达到峰值,后期 pH 值基本处于稳定状态。 

本次研究中,对水泥浆体采用内掺、 外涂、 浸泡等多种抑碱处理措施进行试验。 根据理论分析,选用酸性等抑碱材料内掺至净浆试件中,也可以达到耗碱和抑碱的效果,但结果表明内掺法的抑碱效果不明显。

3 结 论

( 1)采用降低水胶比和掺加矿物掺和料及内掺酸性等抑碱材料的方法很难降低水泥净浆试件浸泡液的 pH 值,因此对于植生混凝土而言,通过降低水胶比和掺加矿物掺和料来控制植物生长环境碱度的效果非常有限。

( 2)通过对净浆体试件进行表面处理,如果材料及措施选用恰当,可以达到较好的抑碱效果,且材料和措施不同,抑碱效果不同。因此,对于植生混凝土而言,改善植生混凝土内部的植生基材碱环境,混凝土表面抑碱处理措施是行之有效的方法。 通过试验研究,验证了几种有效的抑碱材料及相应的处理方法。 

参考文献

[1] 张朝辉.多孔植被混凝土研究[D].重庆:重庆大学,2006.
[2] 周斌,王发洲,张运华.植物相容性生态混凝土研究进展与应用展望[J].新型建筑材料,2005 ( 8):37-39.
[3] 董建伟.随机多孔型绿化混凝土孔隙内盐碱性水环境及改造[J].吉林水利,2003 ( 10):1-4.  


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