CN1270996C - 用于河川护岸及倾斜面的高空隙多孔质混凝土及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于具有高空隙的多孔质混凝土及其施工方法，特别适合于在呈倾斜面状的河川护岸及倾斜地势处施工使用，因其具有必要的强度和透水性，而且在施工后能有效地减少碱性成份，使得施工处能够在短期内生长出植物。

Description

用于河川护岸及倾斜面的高空隙多孔质混凝土及施工方法

技术领域

本发明是关于具有高空隙的多孔质混凝土及其施工方法，特别适合于在呈斜面状的河川护岸及倾斜地势处施工使用，因为其具有必要的强度和透水性，而且在施工后能有效地减少碱性成份，使得施工处能够在短期内生长出植物。

背景技术

到目前为止的混凝土广泛使用于作为社会基础设施的道路、铁路、港湾、上下水道等土木结构工程和建筑物，它的使用的确为经济、文化的发展做出了很大的贡献。可是，这种旨在追求其建筑功能的混凝土，在实际上却导致了对自然环境的破坏、人类生活的影响，也妨害了动植物的生存，所以，人们认为混凝土引发了环境问题。因而，最近在城市开发及造景工程方面，为了实现能够让雨水自然地渗入还原到土地之中的目的，人们正在努力开发用具有特殊性能的混凝土铺设施工的技术。

可透水混凝土是指由粗骨材加上水泥浆或砂浆(mortar)等物粘着而成的，大多含有连续空隙和独立空隙，因此根据空隙特性，混凝土的特性也有很大的不同。

以前使用的透水性混凝土的主要要求是：具有一定的屈伸强度和引张强度，并可防止铺设表面产生龟裂。

在一般情况下，透水性混凝土是按照严密设定的骨材的粒度分布及水和水泥的构成比率关系合成的，所以它显示着充分的强度和较高的透水系数。

这种用来作为铺设道路路面的透水性混凝土的骨材粒度分布为：在孔径为13mm的筛子上，通过量的百分率是100％；在孔径为10mm筛子上，通过量的百分率是70～100％，在孔径为5mm筛子上，通过量的百分率是10～50％。

从所铺设的道路路面功能上来看，如果空隙率太大的话，虽然透水性良好，但结合力却较脆弱，而且外观也很粗糙，因此容易引发车辆的振动；反之，如果空隙率太小的话，虽然外观良好，但是又会造成透水性不良。所以，以上指标是在考虑到诸如此类等多种因素后所选择的最适度的粒度。可是，这种透水性混凝土如众所周知，主要是为道路等的路面施工所提供的，而不是专为河川护岸及倾斜地势处的施工所用的。

河川护岸及倾斜地势处的施工，应该考虑到可以让植物能够生长。到目前为止，尽管各种各样的多孔质混凝土一直在被开发，但是，尚未开发出适于作为河川等倾斜地势处的铺装材料。所以到目前为止，河川护岸及倾斜地势处的施工一直依靠护岸用的大块阻隔物(block，以下简称“大块物”)。直到有空隙的混凝土开发以前，在这种护岸用大块物的历史上，一直是使用一般混凝土来制作的。这样只是单纯为了防止堤坝的浸蚀，而不能提供植物可以成长的条件。近来，环境保护问题日趋严重，所以护岸用的大块物也作为破坏河川环境和自然界的原因被郑重提出。

为了解决上述问题，我们曾经提出“适于植物生植的多孔质混凝土大块阻隔物”的技术方案。(韩国专利公开号：10-2001-27247“适于作为生植基础的多孔质混凝土大块阻隔物”；“韩国专利申报号：第10-1999-35489：“生态稳定化大块阻隔物”)。

这些多孔质大块物是一种由混凝土制造而成的，具有15％的空隙率，和特定形状的构造，因此，可以让土砂填充其空间，植物便可依靠在空隙处所填充的土砂扎根生长。可是，为了在河川上使用这种适于植物生植的混凝土大块物，首先要制造大块物，为此，得准备好可以生产和储存的空间，然后还要运送到施工现场，而且大块物在平面上的连接或者上下层面之间的层叠等施工作业都是现有机械不能完成的，因此完全得依靠人工，所以施工本身需要大量的人力和劳动力，而且在施工上需要耗费相当多的时间。尤其是植物在大块物的混凝土处是无法扎根生长的，而只有在被填充到大块物所形成的空间中的土砂处才能扎根生长，所以在施工时，为了填充土砂还得需要相当多的劳动力和时间，而且如果因为风雨之故而造成所填充的土砂流失，那么植物就不能再生长了。

一般造景所用的混凝土大块物或者为植物生植用的多孔质大块物，它们无一例外地具有的另一个问题就是在相互连接时，块与块之间存在空隙，那么，多孔质大块物下面的泥土往往就从这里慢慢流失了。还有，一般流体在流动时，流体所通过的断面越窄，流动速度就会变得越快，因此，在被水淹没的护岸处，当水流在流动或回流过程中，经过大块物的连接空隙处时，往往会因流速变快而导致土砂流失，这样很可能造成堤防工事的坍塌。所以，它们不具备护岸功能。

发明内容

本发明的目的是利用已有的物资材料，在有限定的配合条件下，研制出与以前的透水性混凝土不同的具有新功效的可透水混凝土及其施工方法，使其在作为河川护岸及斜坡地势处的施工材料使用，施工时，能够充分显示出优秀的物理性质，尤其是使铺设面下方的土壤在新型混凝土的保养下，含碱量日益减少，并能使植物早日生植和扎根生长的特效。这种特效是由把波特兰水泥(portland cement)和矿渣(slag)水泥混合起来而形成的本发明所产生的。

下面参照附图对本发明加以详细说明：

本发明在如附图1所示的河川护岸或倾斜地势处(尤其是在倾斜地势处)的施工上效果最为显著。

根据本发明所生产的可透水混凝土的构成特征是：每立方米的混凝土材料是由260kg/m³～340kg/m³的波特兰和矿渣水泥的混合物，70kg/m³～150kg/m³的水，1200kg/m³～2100kg/m³的骨材和1kg/m³～50kg/m³的外加剂构成的。即，本发明中的可透水混凝土是利用波特兰水泥和矿渣水泥的混合功效，使其在“保养”(即指当混凝土在施工处铺设完毕后，需要用塑料薄膜将其铺设面覆盖保护起来等待其干硬并完全结合为一体的保护阶段)中或“保养”后使碱性成份中和，因而可在短期内使植物能够扎根生长。原来单纯的用波特兰水泥作为护岸材料时，在一定期间内会放出一定的碱性成份，从而防害植物的生长，和矿渣水泥混合后便达到了中和这种碱性成份并得到所需要的强度的效果。

在本发明中，水泥浆的比率(即水与水泥的重量百分比)大约以占重量的24～35％来构成最为合适。这是指每立方米的混凝土混合物中所包含的波特兰水泥和水的重量，应当相当于260～340kg，如果能保持在270～320kg最为理想。如果水泥量约为340kg以上的话，那么，作为一般的人行或机动车道路的强度要求还算可以，但是，如果作为本发明的目的，就会使得实际空隙率减少，并导致植物的生植困难；反之，如果水泥量不足260kg的话，就会导致强度不够。

本发明与一般的可透水混凝土相比，可以使水泥重量减少10％以上，而且，可以使水的使用量也同时减少，因而可以保持所需要的强度。

如果水量所占重量高达35％以上的话，就会由于水量的增加而不能确保本发明所要得到的能使植物生植的空隙；但如果水量所占重量在24％以下的话，则又会导致混合物配制时搅拌上的困难。

表1和表2显示了本发明在使用中的最好实例与依据这样的实例所测定的结果。

表1

水泥浆的比率wc(％)	水泥(kg/m3)	水(kg/m3)	骨材(kg/m3)	外加剂(kg/m3)
					28.6	280	80	1525	8

表2

空隙(％)	压强(kg/cm2)	骨材大小(mm)
			27	127	20-13

对骨材来说，在使用最大数值为25mm的25～13mm的单粒度骨材时，以如下比率最为合适：在孔径为25mm筛子上，通过量的百分率为100重量％；在孔径为13mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为5mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为2.5mm筛子上；通过量的百分率为1～15％。

还有，在使用最大数值为20mm的20～13mm的单粒度骨材时，以如下情况最为合适：在孔径为20mm筛子上，通过量的百分率为100％；在孔径为13mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为5mm筛子上；通过量的百分率为1～20％；在孔径为2.5mm筛子上，通过量的百分率为1～15％。

表3显示了通过实验而选定的最合适的骨材粒度

表3

筛子孔径的大小(mm)	25～13mm骨材的通过量％	20～13mm骨材的通过量％
			25	90～100	100
20		90～100
			13	1～20	1～20
5	1～20	1～20
			2.5	1～15	1～15

本发明中所说的骨材，是以筛子通过量的百分率来限定的，在粒度范畴上，跟下限接近的数值与透水性能有密切的关系，尤其是与植物生植的条件有直接关系。因此，如果要想一方面提高实质空隙率，一方面让植物能生长，就必须充分考虑到具有细粒度和粗粒度的不同骨材之间的混合比例，并进行适当的调节。

在道路等铺设中，一般所使用的碎石中，包含着大量的脱离公称粒度范畴的碎石，而这正是与透水性能有密切关系的条件之一。所以，根据本发明作为骨材使用的材料在加工时，需要考虑到这一情况来决定全部骨材的配合比率，或者先把碎石洗涤好，把上文提及的细粒度的砂子提前清除掉。另外，在以筛子通过量的百分率来限定的骨材的粒度范畴上，接近上限的数值主要决定着混凝土构筑物的强度。

本发明中所需的添加外加剂，可以使用一般认为适用于作为水泥灰浆添加外加剂的所有粘合材料(binder)，其中，较为理想的是从AE减水剂、高性能减水剂、迟延剂、流动化剂、SBR橡胶乳(later)、丙烯酸树脂(acrylicresin)、二氧化硅(silica fume)，以及纤维质增强剂等材料中选择一种或一种以上，作为添加外加剂而使用。

本发明带给可透水混凝土构筑物的透水计数的可能特征是：能够具有20～40％的高空隙率。同时使用依据本发明上述混合比所生产的高空隙多孔质混凝土所修建的构筑物，不仅如前所述，显示出很高的空隙率和透水性，而且在施工结束后的现场条件下，使可承受100kg/cm²～300kg/cm²的压强。

本发明所提出的波特兰水泥和矿渣水泥的混合物，以波特兰水泥占总重量的50～99％，矿渣水泥占总重量的1～50％的比例为最理想。因为矿渣水泥有降低混凝土强度的弱点，所以它跟波特兰水泥的混合比率非常重要，只有在与上述混合比率相同的条件下，才可以达到最合适的强度及中和力。

根据这样的比率和倍率，可以充分保证上述压强的承受度，同时确保所希望的高空隙率，而且还能防止碱性成份的发生，因而，才能如附图2所示，使植物能早日扎根生长。

附图说明

图1是显示本发明适用对象的实例平面图。其中1为高水位护岸，2为高水部分，3为预计高水位，4为高水位部分护岸保护工事，5为堤防护岸，6为低水位护岸，7为低水路。

图2是关于本发明的适用状态图。其中1为覆盖土层，2为可透水混凝土层，3为原土层。

有益效果：

(1)、本发明以在最适当的状态下配合而成的多孔质混凝土的混合物，来作为河川护岸及倾斜地势处施工使用的，具有优秀透水性和承压强度的，可以提供植物生植所需要条件的多孔质混凝土铺装体。它跟以前的护岸用大块物相比，施工费用低廉，并且可用一体型施工，避免了由于如同以前的大块连结部位那样的空隙而造成的堤防损害。

(2)、本发明的施工方法不仅适用于平坦面，而且也适用于波状面，并且极易达到所希望的强度。

(3)、施工后的混凝土铺设面不会释放出碱性成份，为植物的尽早扎根生长提供了有利的环境，所以尽管是人为地改造了河川两岸，但是，却更好地起到了保护环境及生态界的效果。

具体实施方式

根据本发明及上述混合比，用带有高空隙的多孔质可透水混凝土，在河川的护岸或倾斜地势处的具体施工方法如下：

本发明施工方法包含如下步骤：

(1)第一阶段：用如铲土机等类的机械装备，把河川护岸的倾斜地势处平整轧实；

(2)第二阶段：为了防止土砂外流及地面下沉，应该在平整的倾斜地势处，盖上无纺织布；

(3)第三阶段：为防止混凝土的收缩和膨胀，应该沿着施工铺设地域的边缘，用与铺设物薄厚相同的维持部材(为了帮助混凝土固定成型，防止其滑落变形，而在边缘地带附加的起维护作用的板材)把铺设物固定下来；

(4)第四阶段：为了使气缸型机械手(cylinder finisher)能从护岸的上部到下部移动，应该铺设轨道(rail)；

(5)第五阶段：把配有螺旋推进机(screw)的轧路辊(road roller)的某种气缸机械手安装到护岸上已铺设好的轨道上。以便利用其对施工铺设面进行机械调整，以保证铺设薄厚的均匀；

(6)第六阶段：在如(3)所述的维持部材的框子里，铺设可透水混凝土；

(7)第七阶段：用如(5)所述的气缸型机械手把已铺设好的可透水混凝土平整轧实；

(8)第八阶段：在平整轧实的倾斜面上，铺盖塑料薄膜以“保养”铺设面。

上述施工方法所提出的用可透水混凝土在倾斜面处的施工方法，是在用可透水混凝土在道路等水平面处的施工方法的基础上改良而发明的，尤其是提出了在平整轧实的施工部分，在倾斜面上自上而下铺设轨道，利用气缸型机械手来克服在倾斜面上的混凝土施工之不便的方法。

另外，本发明的施工方法是通过可透水混凝土的多层施工法来调节铺设面的厚薄，从而实现所希望的强度。当然，上述铺设面所使用的可透水混凝土，如果是根据本发明中的波特兰水泥和矿渣水泥的混合方案而配制生产的，那么，效果将更为理想。

Claims (4)

1、用于河川护岸及倾斜地势处的具有高空隙的多孔质混凝土，其构成成份为：每立方米的混凝土材料含：260kg/m³～340kg/m³的波特兰水泥和矿渣水泥的混合物，其中波特兰水泥所占重量为50～99％，矿渣水泥所占重量为1～50％；70kg/m³～150kg/m³的水；1200kg/m³～2100kg/m³的骨材，其粒度为，在孔径为25mm筛子上，通过量的百分率为100重量％；在孔径为13mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为5mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为2.5mm筛子上，通过量的百分率为1～15％；还有1kg/m³～50kg/m³的外加剂。

2、根据权利要求1所述的用于河川护岸及倾斜地势处的具有高空隙的多孔质混凝土，其特征在于骨材粒度为在孔径为20mm筛子上，通过量的百分率为100重量％；在孔径为13mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为5mm筛子上，通过量的百分率为1～20％；在孔径为2.5mm筛子上，通过量的百分率为1～15％。

3、根据权利要求1所述的用于河川护岸及倾斜地势处的具有高空隙的多孔质混凝土，其特征在于所需要添加的外加剂是从高性能减水剂、迟延剂、流动化剂、SBR橡胶乳、丙烯酸树脂、二氧化硅以及纤维质增强剂材料中选择出来的一种或一种以上的外加剂。

4、权利要求1所述的用于河川护岸及倾斜地势处的具有高空隙的多孔质混凝土的施工方法包括：

(1)第一阶段：用如铲土机类的机械装备，把河川护岸的倾斜地势处平整轧实；

(2)第二阶段：为了防止土砂外流及地面下沉，在平整的倾斜地势处，盖上无纺织布；

(3)第三阶段：为防止混凝土的收缩和膨胀，沿着施工铺设地域的边缘，用与铺设物薄厚相同的维持部材把铺设物固定下来；

(4)第四阶段：为了使气缸型机械手能从护岸的上部到下部移动，铺设轨道；

(5)第五阶段：把配有螺旋推进机的轧路辊的某种气缸机械手安装到护岸上已铺设好的轨道上，以便利用其对施工铺设面进行机械调整，以保证铺设薄厚的均匀；

(6)第六阶段：在如(3)所述的维持部材的框子里，铺设可透水混凝土；

(7)第七阶段：用如(5)所述的气缸型机械手把已铺设好的可透水混凝土平整轧实；

(8)第八阶段：在平整轧实的倾斜面上，铺盖塑料薄膜以“保养”铺设面。

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