生态混凝土护坡技术

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一、生态混凝土国内外研究现状 二、 SR-3/SR-4材料及现浇透水· 植生生态 混凝土性能特征 三、透水及植生护坡原理
四、基于SR-3/SR-4现浇透水· 植生生态混
凝土的边坡保护、植生技术 五、所取得成果及其效应
Baidu Nhomakorabea
一、 概念及国内外发展现状
概念:通过材料筛选,采用特殊工艺制造的具有特殊结构与
表面特性的,能减少环境负荷,与生态环境相协调,并能为环 保做出贡献的混凝土。(1995年日本混凝土协会)
• 1995年,日本混凝土工学协会提出了生态混凝土的概念,并 设立了生态混凝土研究委员会; • 2001年,出版《多孔性混凝土河川护岸方法的手册》,主要 用于河道、蓄水池斜面边坡的生态治理; • 2001年,同年成立了名为“关于确立多孔性混凝土的设计及 施工方法的研究委员会”。
中国的研究发展现状
• 研究起步较晚,但近年来,国家逐渐重视生态材料、技术方 面的研究,启动了863计划,投入大量的资金,在8个基地进 行开发研究。如,国家863“十五”重大科技专项“镇江城市 水环境质量改善与生态修复技术研究与示范”。 • JCK株式会社与国内清华大学、东南大学、青海大学等院校、 科研机构,建立了长期稳定、紧密协作的合作关系;并与北 京特希达新材料有限公司共同成立合资公司致力于将国际领 先水平的新型现浇透水· 植生生态混凝土技术在中国应用和推
5) 科研项目及论文
863课题
镇江城市水环境质量改善与生态修复技术研究与示范,
863重大科技专项(2003AA601100-3-7),《现场浇筑型
植生生态混凝土护坡技术研究》子课题负责人。
(研究成果被鉴定为“国际领先”)
科研成果
发表论文及工程设计报告书近20篇。 其他效应
该产品的推广应用同时带来巨大的经济、社会和生态效应。
透水生态混凝土
低成本的自然填充土 陆生昆虫
透水生态混凝土护坡法
透水· 植生生态护坡技术的优点
1)主动防护,水及空气等可在堤体与外部自由 流通,处于动态平衡状态; 2)无需反滤层,可现浇施工,施工性良好; 3)坝体与保护层协调变形性能好,故抗震动 能 力好,抗冻融性好,耐久性好; 4)具有植生性能,改善生态环境和景观,可实 现可持续性长期生态护坡;
施工特性:施工性能良好,凝固时间快,保水性 能良好,适宜现场浇筑; 结构特性:具有大量连通的孔隙,且孔隙率、孔径
分布可控性好;
力学特性:抗压、抗弯强度大,与普通混凝土相当; 生态特性:可实现植生绿化、生物共存、水质净化等 功能; 其他特性:耐久性、耐化学侵(腐)蚀性能良好。
现浇生态混凝土与同类产品的性能比较
40~46% 4.5±0.5 1.28±0.02
42~48% 3.5±0.5 1.30±0.02
SR-3/SR-4 主要成分的功效
SR-3/SR-4 成分1
促进水泥的水 合反应,提高 混凝土早期强 度,确保孔隙 均匀和控制孔 径大小。
成分2
增加水合物与 骨料的附着能 力,增强骨料 间粘结层的强 度,提高了耐 久性。
景观性
生态亲和 性能及特征
景观型一般较差。
无生态亲和性能及特征。
三、SR-3/SR-4现浇透水· 植生生态护坡技术介绍
SR-3/SR-4材料性能




SR-3(透水)
棕褐色悬浊液
SR-4(植生)
棕黄色悬浊液
主要成分
固 含 量 pH 比 重
碳酸钙、硅石粉、机能性 碳酸钙、硅石粉、机能性无 无机盐及木质素磺酸・羟 机盐及改性聚羧酸组成的复 基羧酸组成的复合物 合物
15~25MPa 80次循环以上 0.1cm/s以上 反滤效果显著 20±5% 2.0±0.2t/m3 自然养护
实施方案 (二 )
10~25MPa 80次循环以上 0.1cm/s以上 反滤效果显著 25±5% 1.8±0.2t/m3 自然养护
普通混凝土
18~30 MPa 60-150次循环 1.0×10-9~ 5.0×10-7 cm/s 不存在此功能 3%~4% 2.3t/m3 养护箱养护
传统被动护坡技术示意图
砌块或混凝土
碎石反滤层
传统护坡技术的不足
1)被动防护,堤体与外部处于物质、能量 的隔离状态,内部不稳定; 2)需铺设反滤层,施工麻烦; 3)坝体与保护层协调变形能力差,故抗震 动 能力差,耐久性能不好。 4)无环境、生态和景观附加功能等。 传统护坡技术
二、 现浇透水・植生生态混凝土护坡原理
示例:其他一些应用(人行道、停车场等)
五、基于SR-3/SR-4的研究和应用总结
1) 工程业绩 仅在日本已经有350多个工程施工实例,总施工面积达65 万平方米以上。
2) 国家发明专利
(1)通气透水性混凝土蓄水侧坡面的建造方法,申请号 200510040877.4; (2)针对加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技 术方案,申请号200710190806.1。
(3) 耐久性良好,凝胶体的降解周期可控制;
(4) 与多种材质(土、沙、混凝土等)具有很强的附着力;
(5) 通过选择W-OH的种类及调整其浓度,可设计凝胶体
的性能及用途,如固土、固沙、防尘、止水等;
(6) 具有高度的安全性,对植被不产生药害,对生态环境
不造成二次污染。
W-OH系列产品性能一览
系 列 WOH1A WOH3X W外 观 比 重 粘度 mpa.s 淡 黄 色液体 褐 色 液 体 褐 色 1.17 120 50 1.18 350 240 硬化 时间 特 点 主要 用途
普通混凝土(现浇)
①不具备透水性,其排水只能通过排 水孔来实现;②无反滤性能,混凝土 与被保护体之间的界面必须设置防止 土质细颗粒流出的材料。 ①施工面平滑,无消波效果,波浪上 扬厉害;②与堤体的刚度差别甚大, 地震时由于两者动态特性不同而导致
变形过大而断裂。
使用排水孔等方法,易造成流线集中 且流速较快,土粒子流失较严重。
土中小动物 混凝土的碱性降低
植生生态混凝土护坡法
5)消波和吸附噪音及有害气体等附加功能等。
与普通混凝土的护坡效果比较
比较因素
透水性 消波、抗 震 性 能 抗 洗 掘、 流失性能
现浇透水·植生生态混凝土
①具有良好的透水性,可实现自由排水,故堤体及 坡面都具有高度的安全性;②连续孔隙可设计性强, 反滤效果很好,不会发生管涌及土沙等颗粒流失现 象。 ①生态混凝土具有犹如米花糖状的表面,其消波效 果好;②生态混凝土与堤体相容性及具有多孔性等 特点,对地震时的变形适应性强。 由于自身的过滤效果和消波效果,对洗掘,流失具 有高抵抗性能。 能在生态混凝土上实现植生绿化,不仅改善景观, 又能进一步加强坡面的稳固。 其最大优点是具有良好的生态和环境亲和性能:内 部的连续孔隙可使水、空气等自由渗透,为动植物 及微生物提供栖息和活动空间,而且还可有效地提 高水质的自然净化能力。
示例4:中国长江江堤生态防护 (镇江世业洲)
示例5:中国西宁市湟水河河道生态治理与防护
示例1:日本河内水库堤体边坡保护工程
示例2:日本辉北水库周边堤岸及边坡保护工程
示例1:日本高峰湖生态环境保护工程
示例2:日本盐田蓄水池生态环境保护工程
示例:日本道路边坡环境治理与防护工程
盐泽线村道 2号西有年地区国道
各组份及其作用
W-OH系列
组份A (亲水性聚氨酯)
遇水可迅速反应 固化,生成具有 弹性抱水凝胶体
组份B(乳化剂)
提高和控制所形 成凝胶体的抗紫 外线性、耐久性
W-OH系列材料的特性
且不再溶解于水; (2) 能以任何浓度与海水在内的各种水质的水发生反应;
(1) 极易溶解于水,和水反应可迅速聚合形成弹性凝胶体,
四 典型的应用领域及示例
河道周边生态环境治理及防护
大型水库堤坝的防护与治理
湖泊、蓄水池的生态环境保护 道路边坡的生态治理与防护
其他一些应用(人行道、停车场等)
示例1:农村渠道生态治理 (日本冈山县)
示例2:城市河道生态治理 (日本名古屋市山崎川) 施工中 施工完
1月后
3月后
示例3:一级河川生态治理 (歧阜县土歧川)
成分3
在骨料表面形成致密 的保护层,提高抗化 学的侵蚀能力,同时 防止Ca(OH)2的溶出, 改善了生态混凝土的 环境亲和性。
成分4
促进植物的光合作 用,便于动植物及 微生物栖息,提高 了和生物共生能力, 有效促进水质的自 然净化作用。
提高了力学、耐 久性等结构性能
改善了生态亲和 性和环境协调性
现浇透水· 植生生态混凝土性能特征

16~22%

0.1~0.3% 2.5~4.0%
各指标比较结果汇总表
测定指标
抗压强度 (28d)
冻融试验 透水系数 (定水位法) 反滤作用 空 隙 率 单位容重 养护条件
比较方案
10~15MPa 30次循环以下 5.0cm/s 以上 反滤效果差 25%以上 1.8t/m3 蒸汽养护
实施方案 (一 )
对比试验配方表
配 方 粗骨料 细骨料 普通水泥
SR-3/ SR-4 高 效 减水剂

实施方案 ( 一) 实施方案 ( 二)
58~70%
12~20%
12~15% 0.2~0.4%

3.5~4.5%
72~81%
4.5~12% 8.5~12.5% 0.2~0.4%

2.5~3.5%
比较方案 74~81%
国内外发展现状
英国19世纪50年代初,起初在无细骨料的情况下制 成了多孔混 凝土;1965年前后,传到北欧等寒冷地区国家,用于绝热保暖;
在美国,关于透水性混凝土的研究始于1956年。
日本发展现状
上世纪80年代,日本少数私营企业开始研发并应用生态混凝土 (亚洲产业株式会社、小泽混凝土工业株式会社等);
新型边坡生态防护、
植生技术
杨才千 吴 智仁
日本JCK株式会社 北京特希达新材料有限公司
报告内容
边坡防护技术概述 新型现浇透水· 植生生态混凝
土边坡保护、植生技术 W-OH边坡保护、植生技术
护坡、植生技术设计流程
开始
Ye s
边坡结构稳定与否
Ye s Ye s
No
No
植生与否
植生与否
No
确保设施 安全工程
新型现浇透水·植生生态混凝土施工程序
整理施工面、框架内清扫 第一次搅拌混凝土
SR-3/SR-4现场加入
搅拌车运输或现场搅拌
高速搅拌3-4分钟
浇筑生态混凝土
混凝土体初加工、表面精加工
最后整理
施工方面的优势(与普通生态混凝土比较)
• 适合斜面现浇施工 适合现浇和各种施工作业面,包括平面和斜面等; • 施工简便,不需机械碾压设备 新型现浇透水· 植生生态混凝土工艺简单,在现场 完成搅拌后由普通施工人员用普通工具在各种各样 的施工面敷料涂抹即可 • 强度发展快:4小时可达5MPa; • 工艺控制简单 水灰比误差控制在±3%时,其结构和各项性能指标 不受影响; • 受气候、温度等影响小,可在-15℃以上施工; • 自然养护。
+
植生工程
+植生工程
国内外边坡治理主要技术
现场浇筑混凝土 铺设石块或石板 钢混框架+砂浆 锚杆+砂浆 混凝土栅栏 金属塑网、碎石堆积 挡土墙、扛滑桩等
被 动 式
主 动 式
上述固定技术+植生技术 透水﹒植生生态混凝土技术等
绿化植生技术(W-OH植生技术、客土
喷施、植生垫以及植生带等方法)
透水· 植生生态混凝土的护坡植生技术
W-OH 护坡植生技术
一、 W-OH系列高新材料性能及其特征
二、 护坡和植生原理
三、施工设备及技术 四、基于W-OH的边坡植生保护示例
五、 所取得成果及其效应
一、W-OH系列生态材料及其特征
W-OH系列: 一种亲水性氨基树脂,呈淡黄色乃至褐色
油状体,遇水后极易溶解或乳化,并迅速形成有弹性的抱 水凝胶体;该凝胶体遇水不再溶解,具有高度安全性。
3) 技术鉴定:
结论:上述研究成果
具有创新性,对生态
混凝土的制备及耐久 性设计相关标准的制 定具有重要的参考价 值,研究成果总体达
到国际先进水平。
4) 技术规范 日本农林水产省已经将基于SR-3/SR-4的现场浇筑透水•
植生生态混凝土技术作为大坝、水库、蓄水池、河道
等水利工程治理和保护的最有效方法和措施之一进行 《土地改良事业设计指针 推广和应用,如日本的辉北水库、石川水库、长柄水 「蓄水池整备」》 《土地改良事业计划设计 库、上津水库、东金水库、土歧川河道等的生态治理 基准「堤坝设计」》 和保护。
植生群落设计
植生群落设计
结构稳 定工程
1)框架+锚固+砂浆 只有边坡稳定工程 + 2)框架+砂浆 3)混凝土+砂浆 锚杆+混凝土喷浆 4)预制混凝土块等
•抛石护 坡法
1)贴草皮 2)植生垫及植生布 3)厚层客土喷施法 4)种子+客土喷施 5) 纤维基材植生法 6) 生物植生袋法 边坡稳定工程
+
结构稳定工程
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