翟家歡，王成名

1.泰山基業(yè)開發(fā)建設(shè)有限公司，山東泰安271018

2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東泰安271018

植生型再生磚瓦混凝土制備與試驗(yàn)

翟家歡1，王成名2

1.泰山基業(yè)開發(fā)建設(shè)有限公司，山東泰安271018

2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東泰安271018

本文研究了利用再生磚瓦骨料配制植生型混凝土的配合比、制備工藝、降堿技術(shù)、植生土施工、植物的種植等技術(shù)。利用16～20 mm的再生磚骨料，制備出了水灰比為0.29、灰骨比為0.36、強(qiáng)度6.8 MPa、孔隙率為30%、pH值10以下、厚度為10 mm的混凝土。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：植生草可以穿透混凝土層，并在室外環(huán)境下生長良好。

再生骨料；植生型再生磚瓦混凝土；制備工藝

我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。近年來，每年消耗大量的水泥用于國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)民用建筑，然而也產(chǎn)生大量的建筑垃圾和廢棄混凝土，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。在創(chuàng)建生態(tài)、環(huán)保社會(huì)的大背景下，如何充分利用廢棄混凝土，盡可能減少一次資源的消耗，受到社會(huì)各界高度關(guān)注。利用廢棄磚瓦再生骨料具有一定強(qiáng)度、孔隙率大、吸水率較高的特點(diǎn)，研究將其資源化利用，制備透水性能優(yōu)良、強(qiáng)度滿足基本使用要求、植物能夠直接在其中生長的再生磚瓦混凝土將是解決這一問題的一種可行方法，為其生態(tài)應(yīng)用提供必要的基礎(chǔ)性研究資料。植生型再生磚瓦混凝土是指以一定孔徑、一定孔隙率的多孔混凝土為骨架，在多孔混凝土孔隙內(nèi)填充植物生長所需的物質(zhì)，植物根系生長于孔隙內(nèi)或穿透多孔混凝土層生長于土壤中的一類混凝土或混凝土制品。植生型再生磚瓦混凝土可應(yīng)用于護(hù)岸、護(hù)坡等，不僅增加了城市綠化面積，還保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

本文利用廢棄磚瓦再生骨料，研究植生型生態(tài)再生磚瓦混凝土的制備和植生性能試驗(yàn)，為植生型再生磚瓦混凝土的工程應(yīng)用提供參考。

1　植生型再生磚瓦混凝土的制備

1.1原材料

1.1.1水泥泰安魯潤水泥制造有限公司生產(chǎn)P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積362 m2/kg，28 d抗壓強(qiáng)度52.4 MPa。

1.1.2碎磚建筑用廢棄磚瓦，經(jīng)過兩次破碎篩選符合試驗(yàn)需要的磚塊，所需骨料粒徑為16～20 mm。

1.1.3拌合水山東省泰安市普通自來水。

1.2再生磚瓦骨料的處理

1.2.1再生磚骨料的破碎與篩選試驗(yàn)選用建筑工地臨時(shí)用房拆除后的廢棄磚瓦，經(jīng)人工破碎、篩分、清洗出粒徑值為16～20 mm的骨料，用水沖洗的主要目的是去除表面附著的塵土及雜質(zhì)（圖1、2）。

1.2.2骨料掛漿根據(jù)多孔混凝土的配合比設(shè)計(jì)及攪拌目的要求，新拌多孔混凝土應(yīng)是特定稠度的、充分?jǐn)嚢璧哪z結(jié)漿體均勻包裹而成。為此，采用二次裹漿法進(jìn)行植生型再生磚瓦骨料混凝土的拌制，即先將一定量的磚骨料跟水泥、水等攪拌均勻，使骨料表面包裹一層薄薄的水泥漿體。經(jīng)晾干后再次用一定量的水、水泥將骨料包裹。如圖3所示為裹漿法的攪拌過程。圖4所示二次裹漿法攪拌的植生型再生磚瓦骨料混凝土表面具有金屬光澤，膠結(jié)漿體均勻，粘結(jié)性好，穩(wěn)定的包裹著骨料表面。

圖1　人工破碎廢棄磚塊Fig.1 Waste bricks crushed by men

圖2　人工篩選骨料Fig.2 Artificial screening aggregate

圖3　二次裹漿法攪拌過程Fig.3The mixing process of two times of slurry

圖4　二次裹漿法處理與未處理對(duì)比Fig.4The comparison with and without the treatment

1.3配合比設(shè)計(jì)

1.3.1原材料的物理性能測定按照標(biāo)準(zhǔn)JGJ535《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》測定碎石集料的表觀密度和緊密堆積密度見表1；參照砂漿密度測定方法測定水泥凈漿密度，見表2。

表1　再生骨料的物理力學(xué)性能Table 1 Physical and mechanical properties of recycled brick aggregate

表2　膠結(jié)材料凈漿密度Table 2 Net pulp density of cementing material

1.3.2最佳水灰比建筑垃圾骨料由于來源、生產(chǎn)方法等因素的影響，其物理力學(xué)性能均有很大的差異，因此每一種再生粗骨料配制的植生型再生混凝土的最佳水灰比和灰骨比是不同的，只有在最佳水灰比和灰骨比時(shí)，植生型再生磚瓦骨料混凝土才達(dá)到設(shè)計(jì)要求的孔隙率與強(qiáng)度。

植生型再生磚瓦骨料混凝土的制備的關(guān)鍵是膠結(jié)材流動(dòng)度試驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是觀測膠結(jié)材流動(dòng)性和粘聚性。而膠結(jié)材的流動(dòng)性和粘聚性是矛盾的，若水灰比過小，多孔混凝土?xí)蚋捎捕鵁o法攪拌均勻，膠結(jié)材料不能完全包裹集料表面，影響集料間的粘結(jié)，從而影響多孔混凝土的強(qiáng)度；反之，若水灰比過大，膠結(jié)材料容易發(fā)生離析，形成致密的水泥漿層，可能堵死多孔混凝土中的部分孔隙，不僅影響孔隙的連通，也不利于強(qiáng)度的提高［1，2］。

文獻(xiàn)表明，透水性混凝土的最佳水灰比為0.25～0.35［3］。本文設(shè)計(jì)孔隙率為30%，水灰比在0.29～0.33之間可以保證水泥砂漿具有一定的粘聚性和流動(dòng)性，試塊底部沒有沉漿現(xiàn)象，孔隙無堵塞。最終確定在水灰比為0.29時(shí)，植生型混凝土拌合物粘結(jié)性好，有金屬光澤，屬于最佳狀態(tài)。

表3　試驗(yàn)因素水平Table 3 Level of experimental factors

表4　最佳水灰比、灰骨比時(shí)混凝土物理力學(xué)性能測試結(jié)果Table 4 Mechanical performance test results under the optimum mix ratio

由表4可看出骨料粒徑為16～20 mm的再生磚骨料，在不用摻合料情況下，最佳水灰比為0.29，最佳灰骨比為0.36，植生型再生混凝土的強(qiáng)度及孔隙率符合設(shè)計(jì)要求。

1.3.3配合比計(jì)算因再生磚骨料吸水率大，根據(jù)飽和骨料體積法計(jì)算配合比，體積法的原理可概括為在攪拌混凝土前將再生磚骨料充分吸水，達(dá)到飽和狀態(tài)，膠結(jié)材料將緊密堆積的粗集料均勻地包裹粘結(jié)在一起，凝固硬化后形成的空隙空間即為目標(biāo)設(shè)計(jì)空隙。即粗骨料體積+膠結(jié)材漿體體積+目標(biāo)空隙體積=1。確定了要求孔隙率在30%，水灰比為0.29的多孔混凝土配合比，如表5所示

表5　植生型再生磚瓦混凝土配合比Table 5 The mix proportion of plant-growing concrete with recycled rubble

1.4攪拌工藝

植生型再生磚瓦混凝土，由于水泥漿體的數(shù)量較少，采用傳統(tǒng)的一次加料進(jìn)行攪拌的方法無法使水泥漿體把骨料完全包裹，使得骨料之間的粘結(jié)性降低，不利于強(qiáng)度的提高。本文經(jīng)過大量試驗(yàn)，采用分次給料，分次攪拌的工序得到的混凝土粘結(jié)性好，有金屬光澤，膠結(jié)材料能包裹在骨料的表面，不僅提高了植生型再生磚瓦骨料混凝土的粘結(jié)性，還提高了混凝土的連通孔隙率和強(qiáng)度（圖5）。

圖5　植生型再生磚瓦混凝土的攪拌工序Fig.5 The mixing process of plant-growing concrete with recycled rubble

1.5試件成型

本試驗(yàn)試塊尺寸為100×100×100 mm立方體，采用插搗密實(shí)的方法，分三層依次裝入模具進(jìn)行插搗密實(shí)，第一層插搗均勻后，再倒入第二層插搗，依次進(jìn)行。采用三層插搗密實(shí)法成型的多孔混凝土密實(shí)度高，成型效果好，水泥漿體能充分包裹骨料，保證了多孔混凝土的強(qiáng)度和成孔效果（圖6）。

1.6養(yǎng)護(hù)工藝

采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的方法，試件成型后，連同模具一起放入標(biāo)養(yǎng)室，由于植生型再生磚瓦混凝土早期強(qiáng)度很低，在試塊成型后隔天拆模比較適宜。如還按照普通混凝土第二天拆模則極易造成多孔混凝土試塊邊角骨料的脫落。試塊拆模后繼續(xù)移入標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至所需齡期（圖7、圖8）。

圖6　混凝土的成型效果Fig.6The forming effect of concrete

圖7　制備成功的多孔混凝土側(cè)面圖Fig.7The lateral view of prepared porous concrete

圖8　制備成功的多孔混凝土的底部圖Fig.8 The bottom diagram of prepared porous concrete

通過圖7、圖8可知，制備成功的多孔混凝土的孔隙率和底部的連通率符合試驗(yàn)要求。

2　降堿技術(shù)

土壤的pH值一般在3.5～9.5之間，而混凝土孔隙內(nèi)的pH值很高，在12～13之間，其主要原因是混凝土成型后水泥水化產(chǎn)生的晶體呈堿性。顯然，這么高的pH值無法滿足植物的生長，因此在進(jìn)行植生試驗(yàn)前，必須對(duì)混凝土孔隙內(nèi)的堿環(huán)境進(jìn)行改善。

2.1降堿原則

植生型再生磚瓦混凝土因水泥水化產(chǎn)生的晶體，使得孔隙內(nèi)的堿性很強(qiáng)，要想能使植物生長，就必須降低混凝土孔隙內(nèi)的堿性，但在降低的同時(shí)還需遵循以下原則：

（1）不能影響混凝土的強(qiáng)度。植生型再生磚瓦混凝土是植被生長的骨架，也是結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的根源，若在降低堿性的同時(shí)影響了強(qiáng)度，則會(huì)使混凝土的力學(xué)性能和耐久性受影響。

（2）滿足植物生長條件。植物要想生長，就必須使混凝土孔隙內(nèi)的堿性降低到植物生長的適宜范圍，否則植物不能正常生長。

2.2降堿措施

很多學(xué)者已經(jīng)在降堿方面取得了一定的成果。聶麗華通過改變輕質(zhì)混凝土中輕骨料的組成類型利用正交試驗(yàn)得出通過增加珍珠巖的量能有效地減小混凝土的pH值［4］；奚新國通過在膠結(jié)材料中添加各種添加劑，得出摻入65%～70%的粉煤灰，多孔混凝土28 d的pH值可降至11.50以下，90 d的pH值甚至可降至9.00～10.5［5］；胡春明通過對(duì)生態(tài)混凝土采用蠟封處理后，有效的抑制了生態(tài)混凝土孔隙內(nèi)的堿性物質(zhì)向外界釋放，孔隙內(nèi)水環(huán)境pH值降低了0.5～1，滿足植生性的需要［6］；孫道勝采用溶液對(duì)多孔混凝土進(jìn)行降堿處理，并將種子和營養(yǎng)土填入多孔混凝土孔隙中，植物能在孔隙內(nèi)發(fā)芽和生長［7］。

文獻(xiàn)表明，在28℃氣溫下，硅酸鹽水泥中的堿有86%～97%釋放出來，其中有45%～85%是在前幾個(gè)小時(shí)內(nèi)釋放出來的。在經(jīng)過較長的時(shí)間曝曬后，硅酸鹽水泥硬化漿體中僅保留15%的堿［8］。本文采用溶液的方法對(duì)混凝土孔隙內(nèi)的堿性環(huán)境改造，觀察混凝土的pH值是否能滿足植物生長。

2.3降堿試驗(yàn)方案

2.3.1制備試塊試驗(yàn)選用兩組A、B，每組各三個(gè)試塊，按按配比成型100 mm×100 mm×100 mm尺寸立方體試塊，在標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。設(shè)計(jì)1 d、3 d、7 d、14 d、28 d共五個(gè)齡期進(jìn)行內(nèi)部空隙中pH值的測定，具體方案見表6。

表6　內(nèi)部空隙pH值測試試驗(yàn)方案Table 6 Test scheme for pH of internal voids

2.3.2試塊處理同時(shí)對(duì)A組、B組的試塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，按照試驗(yàn)的齡期進(jìn)行pH值測試；養(yǎng)護(hù)A組的三個(gè)試塊分別用清水浸泡12 h后測出pH值；用溶液對(duì)養(yǎng)護(hù)7 d的B1、14 d的B2、28 d的B3試塊分別進(jìn)行浸泡12 h，分別測出pH值。

2.3.3pH值測定方法將到規(guī)定齡期的試件從標(biāo)養(yǎng)室從取出進(jìn)行破碎，充分研磨，過篩（0.08 mm方孔篩），稱取10 g，然后加入到10倍質(zhì)量的蒸餾水瓶中，用橡皮塞塞緊以防碳化，每隔約5 min搖動(dòng)均勻一次，2 h后使用酸度計(jì)測定pH值。

2.3.4試驗(yàn)結(jié)果及分析對(duì)兩組植生型再生磚瓦混凝土進(jìn)行了pH值的測定，結(jié)果如表7所示

從表7中看出用清水浸泡處理的植生型再生磚瓦混凝土孔隙內(nèi)的pH值保持在12～10左右。經(jīng)過用溶液處理后，植生型再生磚瓦混凝土孔隙內(nèi)的堿性降低比較明顯，對(duì)強(qiáng)度沒有明顯影響。28 d后處理時(shí)的降堿效果最好，滿足了植物的生長要求。充分驗(yàn)證了下列反應(yīng)：

從反應(yīng)的過程可以看出，堿性物質(zhì)被消耗，最終生成了中性的物質(zhì)，因此，pH值可被降低［7］。同時(shí)也證明了用溶液處理植生型再生磚瓦骨料混凝土，降堿是可行的。

3　植生型再生磚瓦混凝土植生試驗(yàn)

3.1植生土的選擇

植生土的主要成分包括：（1）有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)；（2）保水材料（3）堿度中和、緩沖材；（4）長效肥；（5）防水沖刷的粘結(jié)劑（6）殺蟲和其他組分［10］。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選擇山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)泰安花卉市場出售的種植土和天然土壤按比例混合均勻，再摻加保水成分、酸度中和劑、長效肥和殺蟲劑即可。

3.2植生土的填充

試驗(yàn)采用灌漿法進(jìn)行植生土的填充施工。灌漿法是將植生土拌和均勻后用水及適量減水劑調(diào)制成漿體，將漿體填充于混凝土孔隙中。由于漿體失水后會(huì)收縮，為了達(dá)到更好的填充效果，可多次灌漿。如圖9、圖10所示為植生土的灌注后的狀態(tài)。試件尺寸250 mm×150 mm×100 mm。

圖9　混凝土灌注后的側(cè)面圖Fig.9The lateral view after pouring concrete

圖10　混凝土灌注后的狀態(tài)Fig.10 The state after filling concrete

3.3植物的選擇

根據(jù)本地的氣候和土壤條件（pH值、水分、土壤性質(zhì)等）選擇植物莖挺拔、穿透能力強(qiáng)、耐寒、耐旱、耐踐踏、耐修剪的植物物種。對(duì)泰安當(dāng)?shù)貙?shí)際情況考慮，本試驗(yàn)選擇早熟禾進(jìn)行植物種植試驗(yàn)。早熟禾為多年生，具有伸展能力較強(qiáng)的根莖，生活周期長、適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)，再生力強(qiáng)，廣泛適用于寒冷潮濕帶和過渡帶［9］。

3.4植物的種植

在經(jīng)過多孔混凝土澆筑、孔隙降堿、植生土填充等工藝后，將早熟禾草種均勻播撒在植生土上，并用同樣組成的植生土覆蓋、撒水即可。

3.5養(yǎng)護(hù)措施

種植完成到種子發(fā)芽這段時(shí)間非常重要，因此進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理是必要的。養(yǎng)護(hù)期間植物對(duì)水需求量很大，要注意灑水。一般水分不易過多，每次澆水應(yīng)澆透；本文種植試驗(yàn)是用噴壺向葉面灑水，每天早晚兩次，并隨時(shí)觀察植物的生長發(fā)育狀況。同時(shí)也要注意保溫，若夜間溫度很低，可以用塑料薄膜覆蓋。根據(jù)種子發(fā)芽狀況，及時(shí)對(duì)植物施肥，同時(shí)還要防治植物病蟲害，保證其正常生長。

植物種植10 d左右開始發(fā)芽，20 d基本成苗，這階段尤其要注意防旱、防蟲害以及養(yǎng)料的供應(yīng)。由于幼苗根系尚不發(fā)達(dá)，無法從植生土中吸引大量養(yǎng)料，所以要施加液態(tài)營養(yǎng)肥料，以促進(jìn)幼苗根系生長，使其根系深入植生土及混凝土孔隙內(nèi)，以保證自然生長。

3.6種植試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖11、圖12反映了植物在植生型再生磚瓦骨料混凝土中的生長情況。試件置于戶外，半個(gè)月時(shí)，大部分種子都能正常的發(fā)芽，幼苗發(fā)育良好，葉片呈鮮綠色。一個(gè)月時(shí)，植被生長良好，植株高度達(dá)到5～15 cm，植被覆蓋植生型混凝土的表面，達(dá)到了預(yù)期的綠化效果。

圖13反映了植物根系在植生型再生磚瓦混凝土孔隙中的發(fā)展情況。圖中植生型混凝土的厚度為10 cm，被面層的厚度約0.5 cm～1 cm。植物生長生2個(gè)月后，根系穿過了植生型再生磚瓦骨料混凝土層，同時(shí)根系生長比較茂盛，扎根于土壤中繼續(xù)發(fā)展，這對(duì)水土保持和強(qiáng)度的提高非常有利。

圖11　植物生長半個(gè)月的狀況Fig.11 Status of growth for half a month

圖12　植物生長一個(gè)月狀況Fig.12 Status of growth for a month

圖13　植物根系發(fā)展情況Fig.13 Development of roots

4　結(jié)論

（1）由于再生磚骨料吸水率大，可用飽和骨料體積法設(shè)計(jì)植生型再生磚瓦混凝土配合比；用二次裹漿法處理植生型再生磚瓦骨料，工作性能良好。

（2）通過優(yōu)化配合比，采用分次給料、分次攪拌的攪拌工藝以及分層插搗密實(shí)的成型工藝，最終得到水灰比為0.29、孔隙率為30%、實(shí)際抗壓強(qiáng)度為6.8 MPa的植生型再生磚瓦混凝土，工作性能最佳。

（3）采用降堿技術(shù)可使植生型再生磚瓦骨料混凝土孔隙內(nèi)pH降低，滿足了植物生長的要求。

（4）選擇花卉市場市售營養(yǎng)土和校園內(nèi)土壤按比例混均再摻加保水成分、緩釋肥和殺蟲劑等配制植生土，用灌漿法將植生土灌注于植生型再生磚瓦骨料混凝土內(nèi)是一種比較好的植生方法。

（5）通過植生試驗(yàn)，獲得了比較理想的綠化效果，證明試驗(yàn)方案是有效可行的。

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Preparation of Plant-growing Concrete with Recycled Rubble and Planting Test

ZHAI Jia-huan1，WANG Cheng-ming2
1.Taishan Jiye Development Construction Ltd.Co.，Taian 271018，China
2.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University，Taian 271018，China

This paper studied the preparation technology for plant-growing concrete with recycled rubble，including the proportion，process，alkali reduction，planting test，etc.to prepare by 16～20 mm rubble the cultivating soil with water cement ratio 0.29，cement-aggregate ratio 0.36，strength 6.8 MPa，porosity 30%，pH 10 and thickness 10 mm.The results showed that planting grass was able to readily penetrate the planting soil with rubble and grew well outdoor.

Recycle aggregate；plant-growing concrete with recycled rubble；preparation technology

TU378.2

A

1000-2324（2016）02-0286-06

2014-08-05

2015-03-30

山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013GNC11402）

翟家歡（1986-），男，肋理工程師，主要從事工程設(shè)計(jì)與管理工作.E-mail：zhaial@sdau.edu.cn