【摘要】：植生混凝土是一種新型的環(huán)境友好型材料,由混凝土層和植被層組成,混凝土層為多孔結(jié)構(gòu),主要起受力作用,其多孔結(jié)構(gòu)不但為植物根系提供生長(zhǎng)環(huán)境,還可以起到排水作用,使地面水還原為地下水;植被層一方面起到凈化水質(zhì),美化環(huán)景,保護(hù)生物多樣性,固堤護(hù)岸的效果,另一方面可以緩解城市“熱島效應(yīng)”,有利于調(diào)節(jié)城市的溫度和濕度。由于我國(guó)現(xiàn)在還沒有植生混凝土的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),讓植生混凝土的推廣遭到了阻礙,因此本文對(duì)其進(jìn)行了一系列研究,主要研究成果如下:(1)通過對(duì)植生混凝土的制備技術(shù)進(jìn)行研究得出:在保持粗骨料表明清潔的情況下,攪拌方法采用“裹漿法”,振動(dòng)方法采用在0.4MPa下的靜壓成型法,采用二次降堿,一次降堿選擇摻入粉煤灰和石膏兩種降堿材料,二次降堿采用水浸法,可以制備出強(qiáng)度較高且堿性較低的植生混凝土試塊。植生混凝土的強(qiáng)度、孔隙率和孔隙水環(huán)境pH值之間存在相互影響的關(guān)系,本文對(duì)此三種性能進(jìn)行深入研究。選取水灰比、粉煤灰摻量、設(shè)計(jì)孔隙率和陶粒替代量作為正交試驗(yàn)的四個(gè)因素,將不同材料的摻量和設(shè)計(jì)孔隙率作為四個(gè)水平。通過對(duì)16組成型試塊的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、孔隙率和孔隙浸出液pH值進(jìn)行測(cè)試,分析了測(cè)試結(jié)果的極差、方差和功效系數(shù),得出了影響植生混凝土性能的主要和次要因素,并根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)選出了一組最優(yōu)配合比。對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析,建立強(qiáng)度、孔隙浸出液pH值與四因素(水灰比、粉煤灰摻量、設(shè)計(jì)孔隙率和陶粒替代量)的回歸公式,并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行顯著性分析。(2)對(duì)優(yōu)選配合比制備出的植生混凝土在3%、5%、7%三種濃度的硫酸鹽中浸泡,通過15次、30次、60次、90次、120次的干濕循環(huán)侵蝕制度,觀察混凝土表觀變化;計(jì)算其相對(duì)重量變化和強(qiáng)度耐蝕系數(shù);分析了硫酸鹽侵蝕下植生混凝土破壞的原因。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加,植生型多孔混凝土試塊的表面破壞越來越嚴(yán)重,其骨料的脫落順序是從角落到對(duì)角再到四周,說明硫酸鹽侵蝕對(duì)植生混凝土產(chǎn)生了較大的影響。植生型多孔混凝土在不同濃度的硫酸鹽侵蝕作用下,其相對(duì)重量變化呈現(xiàn)從負(fù)值到正值的一個(gè)逐漸變大的過程,即植生混凝土試塊的質(zhì)量呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),硫酸鹽濃度越高,其重量的下降速度越快,幅度越大。植生型多孔混凝土在不同濃度的硫酸鹽侵蝕作用下,其抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)變化呈現(xiàn)一個(gè)逐漸變小的過程,植生混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),硫酸鹽濃度越高,其抗壓強(qiáng)度量的下降速度越快,幅度越大。(3)通過對(duì)植生混凝土的種植技術(shù)研究,選擇在孔隙中填充混合基質(zhì)土,在表面覆蓋天然土壤,營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的填充方法根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇,現(xiàn)澆植生混凝土選用滲入法,預(yù)制植生混凝土構(gòu)件選用浸入法。本文選取狗牙根、高羊茅、黑麥草、剪股穎、三葉草和四季青六種植物進(jìn)行種植試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明上述六種植物均能在植生混凝土上生長(zhǎng),其中高羊茅的生長(zhǎng)速率最快,成活率最高,其次是黑麥草,生長(zhǎng)速率相對(duì)較快,成活率也較高,四季青與狗牙根也能在植生混凝土中較好地生長(zhǎng),而剪股穎與三葉草的成活率相對(duì)較低,六種植物按發(fā)芽時(shí)間從短到長(zhǎng)排序?yàn)?高羊茅黑麥草狗牙根=剪股穎四季青三葉草,按成活率從高到低排序?yàn)?高羊茅黑麥草四季青狗牙根三葉草剪股穎。(4)通過ANSYS APDL程序,利用蒙特卡羅方法和孔隙投遞算法建立了植生混凝土的多孔骨架,使用Workbench程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行植生混凝土抗壓破壞數(shù)值仿真,對(duì)所得的總位移、應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行分析。結(jié)果表明,在壓力載荷下,模型的變化主要發(fā)生在試件頂部,位移變化量從試件頂部開始往下部逐漸減小,最大位移變形主要是試件頂部和孔隙間的薄弱部位。試件底部的試件變形很小,上部變形較大,其應(yīng)力云圖呈現(xiàn)出從孔隙出發(fā)逐漸向外擴(kuò)散的趨勢(shì),孔隙處應(yīng)力在逐漸增大,說明試塊在破壞時(shí)是由孔隙處開始發(fā)生破壞,逐漸蔓延到試塊的其他部分,這與實(shí)際試驗(yàn)中混凝土從孔隙中開始產(chǎn)生裂縫逐漸蔓延導(dǎo)致骨料脫落,從而使試塊發(fā)生破壞的情況相一致。進(jìn)一步說明了對(duì)于植生混凝土來說,抗壓破壞主要是先從孔隙處的較薄弱的界面開始破壞,之后開始擴(kuò)展延伸,最終導(dǎo)致試塊出現(xiàn)失穩(wěn),強(qiáng)度喪失,試塊破壞。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU528
【圖文】：

1.1 研究背景及意義植生混凝土（Plant concrete）是一種環(huán)境友好型材料，由混凝土層和植被層組成，混凝土層為多孔結(jié)構(gòu)，主要起受力作用，其多孔結(jié)構(gòu)不但為植物根系提供生長(zhǎng)環(huán)境，還可以起到排水作用，使地面水還原為地下水；植被層一方面起到凈化水質(zhì)，美化環(huán)景，保護(hù)生物多樣性，固堤護(hù)岸的效果，另一方面可以緩解城市“熱島效應(yīng)”，有利于調(diào)節(jié)城市的溫度和濕度。隨著我國(guó)城區(qū)擴(kuò)大，湖泊、河涌河道有可能出現(xiàn)安全、生態(tài)與環(huán)境問題，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）自然邊坡有可能出現(xiàn)安全問題。修建湖泊、河涌、河道時(shí)，改變了原始地貌和植被，形成裸露的邊坡。在植被自然恢復(fù)前，邊坡表層土壤易受雨水侵蝕而流失。即使有自然植被的河岸邊坡，其土壤也不一定能夠抵抗暴雨和水力沖刷，植被生長(zhǎng)難以持久。邊坡在汛期一旦坍塌，將給人民生命財(cái)產(chǎn)造成損失。

圖 1-2 混凝土邊坡出現(xiàn)生態(tài)問題Fig. 1-2 Ecological problems in concrete slope由上可知，湖泊、河涌河道工程出現(xiàn)了以“安全”和“生態(tài)”為焦點(diǎn)的兩難矛盾臨著越來越嚴(yán)峻的安全、生態(tài)與環(huán)境問題，其護(hù)岸材料與技術(shù)更成為科研技術(shù)人員高關(guān)注的難題[1-5]。近年來我國(guó)一直都在倡導(dǎo)“海綿城市”建設(shè)，其本質(zhì)就是將城市建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的

圖 1-3 植生混凝土結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-3 Schematic diagram of plant-grown concrete structure要保證具有一定強(qiáng)度的同時(shí)具有足夠的孔隙率，因此成型方備方法，一般采用靜壓的方法；與普通混凝土相比，植生混度的損失會(huì)導(dǎo)致其施工性能的降低，所以在實(shí)際施工時(shí)需要壓實(shí)完成之間的時(shí)間間隔，由于植生混凝土的基本骨架與透以參考《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（）[7]的相關(guān)規(guī)定表 1-1 植生混凝土從攪拌機(jī)出料至澆筑完畢的允許最長(zhǎng)時(shí)間The maximum time allowed for plant concrete from the discharge of mcompletion of pouring施工氣溫 t（℃） 允許最長(zhǎng)時(shí)間（h）5≤t＜10 2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2792845