一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法与流程

1.本发明涉及混凝土配合比设计技术领域，具体是一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法。


背景技术：

2.混凝土是当下使用广泛的建材，其原料丰富，具有成本低、坚固且耐久性好的优点。在一段时间内，由于我国粗放型的发展模式，混凝土的过度生产造成了严重的环境问题和能源危机，而传统混凝土的弊端不仅于此。近年来的观测表明，一些城市环境问题，诸如城市内涝、热岛效应和粉尘污染等都与传统混凝土的使用有关。此外，混凝土单调诙谐的色彩给人以“生”、“冷”、“硬”的直观感受，降低了城市居民的生活品质。
3.传统护坡多采用砌砖或浇填混凝土的方法，使用了大量的水泥，不仅不相容于环境，还造成了较多的砂石耗费。现代城市堤防不仅要求能在汛期防范较大规模的洪水，而且城市居民对滨江景观、亲水、休闲设施的反映也愈发强烈，这对护岸的设计也提出了新的要求。近年来，我国相继开发出草皮、三维植物网等生态护坡技术，旨在体现河道的环保、植生、固土及修复环境等功能，但这些技术的允许不冲流速低，防冲效果较差；工程实践表明，传统的草皮植被护岸、三维网垫护岸等绿色护岸形式，在水流大于3m/s时就容易发生破坏；连锁式水工砌块护坡技术可以解决水流速度大时岸坡防冲效果不好的问题，但是在施工时对基底平整的要求高，且植被只能在拼接的孔处种植，导致植被覆盖率较低，景观效果不佳。植生生态混凝土护岸较其他类型的生态护岸具有更强的抗冲防护能力，大孔隙率更有利于植物的生长，完备的透水性能够起到改善生态条件的功能。孔隙率是植生生态混凝土最为重要的参数，决定了植物生长的效果，如何设计植生生态混凝土的孔隙率尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法，以解决现有技术中如何设计出具有合适孔隙率的植生生态混凝土的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明提供了一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法，所述方法包括如下步骤：
7.预设多孔植生生态混凝土的目标孔隙率；
8.计算粗骨料的孔隙率；
9.根据粗骨料的孔隙率，计算单位体积多孔植生生态混凝土内粗骨料的质量；
10.根据多孔植生生态混凝土的目标孔隙率以及粗骨料的孔隙率，计算单位体积多孔植生生态混凝土内胶凝材料的体积；
11.根据胶凝材料的体积，计算单位体积多孔植生生态混凝土内胶凝材料的质量以及水的用量。
12.进一步的，所述计算粗骨料的孔隙率的方法包括：
13.构建椭球模型，将每颗粗骨料均近似为平均直径为d
p
的圆球，每颗粗骨料的体积为其中：δ为椭球系数，δ＝f(d
p
)；
14.单位体积的正方体中包含颗粗骨料，测量单位体积的正方体中粗骨料的密度ρ为2650
㎏
/m3；
15.开展实验，通过实验得到椭球系数δ的表达式为
[0016][0017]
粗骨料的孔隙率为
[0018][0019]
进一步的，所述平均直径d
p
的计算方法包括：
[0020]
随机选取100颗粗骨料，测量每颗粗骨料的长轴长ai、中间轴长bi和短轴长ci，采用倒数加权方法得到d
p
的表达式为
[0021][0022]
进一步的，所述开展实验，通过实验得到椭球系数δ的表达式为的方法包括：
[0023]
选取10组粗骨料，每组粗骨料均包括随机选取的100颗粗骨料，每组粗骨料中每颗粗骨料的平均直径d
p
均不相同；
[0024]
将10组粗骨料分别放入单位体积的水中，通过测量溢出的水的体积得到每组粗骨料的实际体积为100*vs，其中，vs为每组粗骨料中每颗粗骨料的实际体积；
[0025]
根据椭球模型，计算每组粗骨料的理论体积为根据椭球模型，计算每组粗骨料的理论体积为其中，为每组粗骨料中每颗粗骨料的理论体积；
[0026]
将每组粗骨料中每颗粗骨料的理论体积作为横轴，将每组粗骨料中每颗粗骨料的实际体积vs相对应作为纵轴，点会和vs之间的关系曲线，所述关系曲线的斜率即为椭球系数δ，采用线性拟合，得到椭球系数δ的表达式为
[0027]
进一步的，所述单位体积多孔植生生态混凝土内粗骨料的质量w的表达式为w＝ρ
(1-ξ)。
[0028]
进一步的，所述单位体积多孔植生生态混凝土内胶凝材料的体积v
p
的表达式为v
p
＝(ξ-λ)
×
1，其中，λ为多孔植生生态混凝土的目标孔隙率。
[0029]
进一步的，所述单位体积多孔植生生态混凝土内胶凝材料的质量wc的表达式为其中：r为优化的水灰比为0.35，ρc为胶凝材料的密度，所述单位体积多孔植生生态混凝土内水的用量ww的表达式为ww＝0.35wc。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0031]
本发明提供的一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法，胶凝材料、粗骨料和水是植生生态混凝土的原材料，胶凝材料、粗骨料和水的配合比决定了植生生态混凝土的孔隙率，直接影响到植生生态混凝土的生态性能；本发明提供的多孔植生生态混凝土的配合比设计方法，能使多孔植生生态混凝土具有理想的孔隙率，便于植物生长。
附图说明
[0032]
图1是本发明实施例提供的一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法的流程图；
[0033]
图2是本发明实施例提供的由该多孔植生生态混凝土的配合比设计方法得到的孔隙率为30％的多孔植生生态混凝土。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
本发明实施例提供了一种多孔植生生态混凝土的配合比设计方法，所述方法包括如下步骤：
[0036]
s1：预设多孔植生生态混凝土的目标孔隙率为30％。
[0037]
s2：计算粗骨料的孔隙率。
[0038]
构建椭球模型，将每颗粗骨料均近似为平均直径为d
p
的圆球，所述平均直径d
p
的计算方法包括：随机选取100颗粗骨料，测量每颗粗骨料的长轴长ai、中间轴长bi和短轴长ci，采用倒数加权方法得到平均直径d
p
的表达式为
[0039][0040]
每颗粗骨料的体积为其中：δ为椭球系数，δ＝f(d
p
)。
[0041]
单位体积的正方体中包含颗粗骨料，测量单位体积的正方体中粗骨料的密度ρ为2650
㎏
/m3。
[0042]
开展实验，通过实验得到椭球系数δ的表达式为其具体方法包括：
[0043]
选取10组粗骨料，每组粗骨料均包括随机选取的100颗粗骨料，每组粗骨料中每颗粗骨料的平均直径d
p
均不相同；
[0044]
将10组粗骨料分别放入单位体积的水中，通过测量溢出的水的体积得到每组粗骨料的实际体积为100*vs，其中，vs为每组粗骨料中每颗粗骨料的实际体积；
[0045]
根据椭球模型，计算每组粗骨料的理论体积为型，计算每组粗骨料的理论体积为其中，为每组粗骨料中每颗粗骨料的理论体积；
[0046]
将每组粗骨料中每颗粗骨料的理论体积作为横轴，将每组粗骨料中每颗粗骨料的实际体积vs相对应作为纵轴，点会和vs之间的关系曲线，所述关系曲线的斜率即为椭球系数δ，采用线性拟合，得到椭球系数δ的表达式为
[0047]
粗骨料的孔隙率为
[0048][0049]
s3：根据粗骨料的孔隙率，计算单位体积多孔植生生态混凝土内粗骨料的质量w＝2650(1-0.4)＝1590
㎏
/m3。
[0050]
s4：根据多孔植生生态混凝土的目标孔隙率以及粗骨料的孔隙率，计算单位体积多孔植生生态混凝土内胶凝材料的体积v
p
＝(ξ-λ)
×
1＝0.1m3。
[0051]
s5：根据胶凝材料的体积，计算单位体积多孔植生生态混凝土内胶凝材料的质量以及水的用量ww＝0.35wc＝165
㎏
/m3，其中，胶凝材料选用p
·
o 52.5型号的水泥，其密度为3150kg/m3。
[0052]
最终得到目标孔隙率为30％的多孔植生生态混凝土，其各原料分别为粗骨料1590kg/m3、胶凝材料472kg/m3和水165kg/m3，每颗粗骨料的平均直径为0.012m。
[0053]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。