CN109958102A - 一种抗冲刷植生型混凝土结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冲刷植生型混凝土结构，包括多孔结构的基体及上层骨料，基体由骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合而成，基体上表面设有挑角为预设角度的上层骨料，上层骨料下端嵌入基体中，上层骨料之间填充有营养土及草种。本发明还公开了制作所述抗冲刷植生型混凝土结构的方法。与现有的植生型混凝土相比，本发明中的上层骨料增强了对营养土及草种的保护，由于其上层骨料具有一定的凸起和角度，可以发挥类似于丁坝的作用，引导水流，轻微改变水流流动形式，从而减小水流对凹处植生混凝土及岸坡的冲刷，且具有一定的拦污拦沙能力，还可以充分利用河里的流沙填充混凝土孔隙，增强植草根部与边坡的整体性，同时为植物生长提供养料。

Description

一种抗冲刷植生型混凝土结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及水利工程材料与结构领域，提供了一种抗冲刷植生型混凝土结构及其制作方法。

背景技术

在时代发展，经济突飞猛进的同时，纯靠混凝土筑造的渠道护坡等水利工程对生态系统的破坏越来越引起人们的关注，目前的混凝土工程不符合人与自然是生命共同体的要求，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。植生型混凝土，又称为生态混凝土或无砂混凝土，是近年来发展起来的新型生态绿色环保材料，其本身既具有传统混凝土坚硬、耐久的性能，同时又能达到生态可植生的需求，具有显著的生态效益和社会效益，在海绵城市、生态都市建设中运用广泛，并且逐渐获得水利行业生态化的青睐，与现有施工技术相结合灵活运用在生态护坡、亲水阶梯、河岸净水、河畔路面等多个领域。

目前制备植生型混凝土一般是采用在多孔混凝土中种草的方法，但是植生混凝土抗冲刷能力有限，且营养土、植草易被水流冲刷带走，导致植草存活率降低。

因此，如何提高植生型混凝土的抗冲刷能力，保证植物长势良好，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提高植生型混凝土的抗冲刷能力，保证植物长势良好。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种抗冲刷植生型混凝土结构，包括多孔结构的基体及上层骨料，基体由骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合而成，基体上表面设有挑角为预设角度的上层骨料，上层骨料下端嵌入基体中，上层骨料之间填充有营养土及草种。

优选地，上层骨料采用10mm至20mm粒径的石子。

优选地，掺合料包括粉煤灰和/或硅灰。

优选地，外加剂包括聚羧酸减水剂。

优选地，基体的厚度为20mm至50mm。

优选地，上层骨料凸出于基体上表面的尺寸为5mm至15mm。

优选地，上层骨料的挑角为45°至60°。

一种抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法，所述抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法用于制作如权利要求1-7任一项所述的抗冲刷植生型混凝土结构，包括如下步骤：

将骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合后的浆体倒入基体模具中；

采用具有预设角度的斜面的凸起楞的上层骨料模具由上至下对基体模具内的浆体进行静压成型，形成上层骨料；

待浆体凝固后，进行预设时长的带模保护后，脱模，并在上层骨料之间填充营养土及草种。

优选地，将骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合，并采用浆体裹石法进行搅拌形成浆体。

优选地，在浆体凝固成型时采用人工振捣与静压成型结合的方式。

综上所述，本发明公开了一种抗冲刷植生型混凝土结构，包括多孔结构的基体及上层骨料，基体由骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合而成，基体上表面设有挑角为预设角度的上层骨料，上层骨料下端嵌入基体中，上层骨料之间填充有营养土及草种。本发明还公开了制作所述抗冲刷植生型混凝土结构的方法。与现有的植生型混凝土相比，本发明中的上层骨料增强了对营养土及草种的保护，由于其上层骨料具有一定的凸起跟角度，可以发挥类似于丁坝的作用，引导水流，轻微改变水流流动形式，从而减小水流对内部混凝土及岸坡的冲刷，且具有一定的拦污拦沙能力，还可以充分利用河里的流沙填充孔隙，增强植草根部与边坡的整体性，同时为植物生长提供养料。

附图说明

图1是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构的基体的结构示意图；

图2是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构的结构示意图；

图3是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构种植植物后的结构示意图；

图4是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构的剖面示意图；

图5是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构种植植物初始阶段的剖面示意图；

图6是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构植物成长良好的剖面示意图；

图7是本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构的上层骨料及其挑角的示意图；

图8为水流经过上层骨料时的流动形式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述说明。

如图2及图4所示，本发明公开了一种抗冲刷植生型混凝土结构，包括多孔结构的基体及上层骨料，基体由骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合而成，基体上表面设有挑角为预设角度的上层骨料，上层骨料下端嵌入基体中，上层骨料之间填充有营养土及草种。

本发明中，基体由骨料、水泥、掺合料、外加剂和水按植生型生态混凝土配合比混合而成，推荐水灰比为0.265。本发明中，采用的骨料倾斜方向为背向水流方向。

与现有的植生型混凝土相比，本发明中的上层骨料增强了对营养土及草种的保护，由于其上层骨料具有一定的凸起和角度，可以发挥类似于丁坝的作用，引导水流，轻微改变水流流动形式，从而减小水流对内部混凝土及岸坡的冲刷，且具有一定的拦污拦沙能力，还可以充分利用河里的流沙填充孔隙，增强植草根部与边坡的整体性，同时为植物生长提供养料。

具体实施时，考虑到骨料的凸起高度，上层骨料采用10mm至20mm粒径的石子。

具体实施时，掺合料包括粉煤灰和/或硅灰，以增强混凝土的工作性能，降低植生混凝土的碱性。

具体实施时，外加剂包括聚羧酸减水剂。

聚羧酸减水剂是一种高效减水剂。

具体实施时，基体的厚度为20mm至50mm，以保证草种的正常生长。

具体实施时，考虑到骨料尺寸及抗冲刷能力等综合因素，上层骨料凸出于基体上表面的尺寸为5mm至15mm。

具体实施时，上层骨料的挑角为45°至60°。

本发明中，挑角为上层骨料的轴线与水平面的角度。

使用本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构进行水流试验，在流量一定时，探究上层骨料不同倾斜角度对植生混凝土冲刷的影响，在骨料挑角为 30°、45°、60°时进行测量来得出最优方案。首先采用清水实验，不考虑冲刷、淤积情况。通过流速、水面线分布及弯道附近水流流态说明骨料不同工况下对营养土、植物、内部混凝土及岸坡防护的影响。

一般情况下，河流弯道凹岸水位为整个弯道处最高点，而凸岸则是整个弯道处水位最低点，这是由于支流顶冲作用形成，使得河道主流偏向凹岸，流量一定时，由于弯道处总流量不变，水位的高低决定着流速的大小。

通过比较试验得出，挑角为 45°时，流速变化相对稳定; 30°挑角的挑流范围较小，导致挑流作用较小，所以对营养土、植物、植生混凝土及岸坡的防护作用也很有限。当挑角为 30°时，河岸流速较大，对混凝土淘刷也较为严重，不利于植物、内部混凝土及岸基防护。45°挑角时，凸起骨料中轴线和凸岸附近流速相对稳定，有利于植物、内部混凝土及岸基防护。因此，上层骨料最佳的倾斜角度为45°。

如图8所示，当本发明公开的抗冲刷植生型混凝土结构在河流弯道中布置后，虽然其不会像丁坝一样起到对整个河床的束窄作用，但上层骨料对靠近河岸的局部水流会起到局部的束窄水流作用，这样就使得上层骨料附近水流流速改变，特别是凹处流速会明显减小，并且在个别流域出现负流速。从水流本身特性来看，束窄水流是导致水流流速重新分布的根本原因，由于靠近抗冲刷植生型混凝土的水流受到上层骨料的束窄作用。在抗冲刷植生型混凝土结构阻挡水域，一部分水流直接绕过上层骨料而下，对混凝土内部骨料、营养土、植物等形成冲刷，其余水流则沿上游转向，由于水流受到惯性作用影响，绕过上层骨料而下后流速仍然较大，而沿上层骨料转向的水流逆流而上，通过上层骨料的作用流速相对比较小，同时水位差必然引起水流势能与动能的交换。在上层骨料挑角为 45°时，此区域流速较为稳定。在弯道岸坡上布置不同挑角的抗冲刷植生型混凝土结构，会出现不同程度的螺旋流。结果表明上层骨料附近横向水面线呈马鞍形，纵向水面呈下凹形曲线，上层骨料附近产生局部壅水，有纵向倒比降。通过分析，随着上层骨料挑角的不断变换，当挑角接近45°时，流速分布趋于稳定。由此，上层骨料的挑角度数大小对营养土、植物的防护起到决定性作用。当上层挑角约为 45°时，水面流态较为稳定，流速分布大体相似，对植生混凝土的动态压力相对较小，对植生混凝土及弯道的防护作用较为理想。因此，本发明中，上层骨料的挑角为45°至60°，最优选择为上层骨料的挑角为45°。

本发明还公开了一种抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法，所述抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法用于制作上述的抗冲刷植生型混凝土结构，包括如下步骤：

将骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合后的浆体倒入基体模具中；

采用具有预设角度的斜面的凸起楞的上层骨料模具由上至下对基体模具内的浆体进行静压成型，形成上层骨料；

待浆体凝固后，进行预设时长的带模保护后，脱模，并在上层骨料之间填充营养土及草种。

具体实施时，将骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合，并采用浆体裹石法进行搅拌形成浆体。

具体实施时，在浆体凝固成型时采用人工振捣与静压成型结合的方式。

选取合适粒径的石子，本发明采用10mm至20mm的连续粒径的石子，水泥中以一定比例添加粉煤灰及硅灰掺合料，在减水剂外加剂的条件下浇筑具有一定孔隙，足够强度的低碱性多孔混凝土。初步浇筑成型的抗冲刷植生型混凝土结构（即基体模具内的浆体）如图1所示，由10-20mm石子、水泥及掺合料、外加剂、水组成，用搅拌机采用浆体裹石法搅拌，倒入基体模具进行人工振捣，然后采用上层骨料模具静压成型。

如图2所示，将初步成型的抗冲刷植生型混凝土结构用具有预设角度的斜面的凸起楞的上层骨料模具将上层骨料压制成如图7所示的形式，使其一部分骨料间隔凸起并形成大约45°的挑角，通过模型计算显示，45°倾角时，河岸附近流速相对稳定，有利于岸基防护，70°以上效果较差，类似于微型丁坝，因骨料粒径原因，凸起高度控制在5mm至20mm，使上层骨料部分嵌于整体混凝土之中，从而保证混凝土的完整性。

如图3所示，抗冲刷植生型混凝土结构的在进行静压成型后，进行带模养护48小时后可在上层骨料的间隔之间进行营养土及草种的安置。草种播种前需浸泡10分钟，然后以一定合适的比例与营养土混合均匀，本发明采用的是草种：营养土为1:2-3的重量比。

草种初步生长情况如图5，草种与营养土保存良好植物生长较茂盛，根系发达。

20天左右的植物生长如图6，根系可以贯通整个抗冲刷植生型混凝土结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，包括多孔结构的基体及上层骨料，基体由骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合而成，基体上表面设有挑角为预设角度的上层骨料，上层骨料下端嵌入基体中，上层骨料之间填充有营养土及草种。

2.如权利要求1所述的抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，上层骨料采用10mm至20mm粒径的石子。

3.如权利要求1所述的抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，掺合料包括粉煤灰和/或硅灰。

4.如权利要求1所述的抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，外加剂包括聚羧酸减水剂。

5.如权利要求1所述的抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，基体的厚度为20mm至50mm。

6.如权利要求1所述的抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，上层骨料凸出于基体上表面的尺寸为5mm至15mm。

7.如权利要求1所述的抗冲刷植生型混凝土结构，其特征在于，上层骨料的挑角为45°至60°。

8.一种抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法，其特征在于，所述抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法用于制作如权利要求1-7任一项所述的抗冲刷植生型混凝土结构，包括如下步骤：

将骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合后的浆体倒入基体模具中；

采用具有预设角度的斜面的凸起楞的上层骨料模具由上至下对基体模具内的浆体进行静压成型，形成上层骨料；

待浆体凝固后，进行预设时长的带模保护后，脱模，并在上层骨料之间填充营养土及草种。

9.如权利要求8所述的抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法，其特征在于，将骨料、水泥、掺合料、外加剂和水混合，并采用浆体裹石法进行搅拌形成浆体。

10.如权利要求8所述的抗冲刷植生型混凝土结构的制作方法，其特征在于，在浆体凝固成型时采用人工振捣与静压成型结合的方式。