生態(tài)建筑的新材料在水池中的應(yīng)用

魏明強(qiáng) 劉有錄 張樂婷（西北民族大學(xué)，甘肅 蘭州 730124）

依據(jù)國際上一些專家的觀點(diǎn)，生態(tài)材料應(yīng)該具備以下三個(gè)特點(diǎn)[2]。

1）先進(jìn)性。即生態(tài)材料首先應(yīng)該具有優(yōu)良的使用性能，能為人類開拓更為廣闊的活動(dòng)范圍和環(huán)境。

2）環(huán)境協(xié)調(diào)性。環(huán)境協(xié)調(diào)性表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即生態(tài)材料應(yīng)該具有低的環(huán)境負(fù)荷和高的可再生循環(huán)性能。實(shí)際上，任何一種材料在其開發(fā)、生產(chǎn)、使用的過程中都會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境負(fù)荷，生態(tài)材料一樣具有環(huán)境負(fù)荷，不過其追求的是盡可能低的環(huán)境負(fù)荷。另一方面，作為一種資源，應(yīng)當(dāng)能夠充分的循環(huán)再生。從某種意義上來說，高的再生循環(huán)率就是低環(huán)境負(fù)荷的一種表現(xiàn)。

3）舒適性。即使人類生活環(huán)境更加繁榮、舒適。

迄今為止的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料主要追求的是材料的使用性能，忽視了其他兩種特性，尤其是環(huán)境協(xié)調(diào)性。而生態(tài)材料所追求的不僅僅是優(yōu)異的使用性能，而且在材料的制造、使用、廢棄直到再生的整個(gè)生命周期中，必須具有與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)共存性。除此之外還要求材料具有舒適性，即綜合具備上述三種特性的材料才是生態(tài)材料[4]-[6]。

1 PAL材料在設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用

1）PAL材料的基本特征

PAL材料的原料是凹凸棒石（坡縷石）等層狀硅酸鹽，由于其海相（內(nèi)陸咸湖）沉積的成因與生態(tài)環(huán)境條件原因，具有以下特征：

天然生態(tài)基質(zhì)；一維天然納米微粒物質(zhì)；納米級(jí)層、鏈、纖維狀微觀構(gòu)造；富含以碘、硒、鋅、鐵為代表的動(dòng)物體必需14種微量營養(yǎng)元素中的13種，而具營養(yǎng)性。

特別指出，由于凹凸棒石環(huán)境條件原因和成因而含硼，是植物必需的營養(yǎng)元素。

2）納米級(jí)PAL材料的工程工藝特性

懸浮性（增稠性）；粘結(jié)性；一定的膨脹性；潤滑性；可塑性；保水性（吸水性）；吸附性（物理、化學(xué)、離子交換吸附）；抗壓強(qiáng)度及剪切；抗?jié)B透；抗凍脹；穩(wěn)定性。

納米級(jí)PAL材料對(duì)環(huán)境友好，又具粘合性、吸附性、營養(yǎng)性、防水和防火性，可在水渠、水池和景觀湖的建設(shè)中應(yīng)用。PAL材料作為水渠、水池景觀湖泊的防滲漏生態(tài)材料，既防滲漏，又具“透氣不透水”的生態(tài)作用，使水渠、水泥和景觀湖泊永遠(yuǎn)保持“活性”。PAL材料作為水渠、水池和景觀湖泊污染的凈化材料，自身為助凝劑，與其他絮凝劑組配作為生態(tài)性質(zhì)的絮凝劑，保證存在于輸水系統(tǒng)和相對(duì)靜態(tài)湖泊的同質(zhì)在受污染時(shí)，受到凈化，始終維護(hù)著生態(tài)水系的潔凈。

納米級(jí)PAL材料是由凹凸棒石通過一系列工藝過程而得到的新材料。其中凹凸棒石黏土是指以凹凸棒石（Attapulgite）為主要組成成分的一種黏土礦物，凹凸棒石在礦物學(xué)分類上隸屬于海泡石族，為一種晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸礦物。1862年俄國學(xué)者隆夫欽科夫最早于烏拉樂礦區(qū)的熱液蝕變產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了這一礦物，并將其命名為坡縷（Palygorskite）。法國學(xué)者拉巴朗特（J.D.Laporent）于1935年又在美國佐治亞州凹凸堡（Attapulays）和法國莫摩隆（Mormoriron）沉積巖中發(fā)現(xiàn)了此種礦物，并命名為凹凸棒石（Attapulgite）。習(xí)慣上人們將沉積成因的呈土狀者稱為凹凸棒石，將熱液成因的呈絨狀、纖維狀稱作坡縷石。具有獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征，在其結(jié)構(gòu)中存在晶格置換，故晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶體呈針狀、纖維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨(dú)特的分散、耐高溫、高鹽堿等良好的膠體性質(zhì)和較高的吸附脫色能力，并具有一定的可塑性及粘結(jié)力，Bradley(1942年)提出了凹凸棒石理想晶體化學(xué)式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。圖1為晶體結(jié)構(gòu)圖，圖2為電鏡照片。

凹凸棒石具有介于鏈狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)之間的中間結(jié)構(gòu)。凹凸棒石呈土狀、致密塊狀產(chǎn)于沉積巖和風(fēng)化殼中，顏色呈白色、灰白色、青灰色、灰綠色或弱絲絹光澤。土質(zhì)細(xì)膩，有油脂滑感，質(zhì)輕、性脆，斷口呈貝殼狀或參差狀，吸水性強(qiáng)。濕時(shí)具粘性和可塑性，干燥后收縮小，不大顯裂紋，水浸泡崩散。懸浮遇電解質(zhì)不絮凝沉淀。

圖1 晶體結(jié)構(gòu)圖

圖2 電鏡照片

PAL材料對(duì)環(huán)境友好，又具粘合性、吸附性、營養(yǎng)性、防水和防火性，可在水渠、水池和景觀湖的建設(shè)中應(yīng)用。

（1）PAL材料作為水渠、水池景觀湖泊的防滲漏生態(tài)材料，既防滲漏，又具“透氣不透水”的生態(tài)作用，使水渠、水泥和景觀湖泊永遠(yuǎn)保持“活性”。

（2）PAL材料作為水渠、水池和景觀湖泊污染的凈化材料，自身為助凝劑，與其他絮凝劑組配作為生態(tài)性質(zhì)的絮凝劑，保證存在于輸水系統(tǒng)和相對(duì)靜態(tài)湖泊的同質(zhì)在受污染時(shí)，受到凈化，始終維護(hù)著生態(tài)水系的潔凈。

2 現(xiàn)有水池的背景技術(shù)

目前的人工水池常用于游泳池、蓄水池、人工噴泉等等。根據(jù)其地形和土質(zhì)條件可以修建在地上或地下，即分為開敝式和封閉式兩大類，按形狀特點(diǎn)又可分為圓形和矩形兩種，因建筑材料不同可分為：磚池、漿砌石池、混凝土池等。本實(shí)用新型水池屬于生態(tài)水池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到低碳、環(huán)保、防滲，是保護(hù)水質(zhì)的生態(tài)防漏水池。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：

1）防滲漏性差

水池的主體結(jié)構(gòu)均為抗?jié)B混凝土，往往還要結(jié)合柔性防水層來保證水池的抗?jié)B性能，因此造成施工難度較大，由于施工現(xiàn)場操作、混凝土自身性質(zhì)、施工工藝等方面稍有不當(dāng)就會(huì)使混凝土的防水失敗，即使采取了表面防水層等補(bǔ)救措施，水池也常有滲漏現(xiàn)象發(fā)生。

2）水質(zhì)較差

混凝土水池的水體pH值偏高；混凝土水池的自凈能力脆弱，一旦受到污染物的沖擊，水質(zhì)迅速惡化，甚至成為臭水匯集之地。

影響水體自凈能力的因素有物理因素、化學(xué)因素、生物因素等。

物理因素：污染物質(zhì)由于稀釋、擴(kuò)散、混合和沉淀等過程而降低濃度，此外還有水流方向、風(fēng)向和風(fēng)力、水溫等影響因素。

化學(xué)因素；水中的化學(xué)物質(zhì)通過氧化還原、酸堿反應(yīng)、分解化合和吸附凝聚等化學(xué)或物理化學(xué)作用而降低濃度。膠體和懸浮物質(zhì)微粒，吸附和凝聚水中污物，隨水流移動(dòng)或逐漸沉降。

生物因素：生物多樣性較差，種群單一，水生植物種植分層不明顯，造成富氧水體。

3）造價(jià)高

隨著建筑原材料的漲價(jià)和人工費(fèi)用的增加，建設(shè)成本越來越高。

3 使用生態(tài)建筑新材料的農(nóng)脈水池及其做法

為了解決上述問題，提供一種生態(tài)防漏水池，以提高水池防滲漏性能，并達(dá)到改善水池中水體的水質(zhì)和降低水池建造成本的目的。

農(nóng)脈水池采用了PAL材料。

池底處理。池底防滲是最重要的一環(huán)，要嚴(yán)格施工質(zhì)量。處理池底前先將池底原狀土輕輕夯實(shí)，以防止底部發(fā)生不均勻沉陷。池底紅膠泥厚30cm，PAL材料15cm，分三層鋪筑，夯實(shí)整平，并要使池底和池壁膠泥連成一整體，且連接密實(shí)。

池底利用天然環(huán)保材料（紅粘土和坡縷石）建造，降低造價(jià)，解決水池滲漏問題。特別在改善水質(zhì)方面是其他水池?zé)o法比擬的，加入PAL生態(tài)材料（坡縷石材料制備）層后，在凈化水質(zhì)、消毒去味、土壤改良、吸附有害物質(zhì)、有效改善水池中水體的水質(zhì)、地下工程防滲漏等方面有重要的作用。

池壁處理。做好池壁防滲層，保證水池蓄水，避免漏水和防止坍塌，這是整個(gè)水池施工的重要環(huán)節(jié)。

膠泥棒嵌入泥土中與泥土連接更加緊密，膠泥棒和第一膠泥層的材料相同，二者之間的結(jié)合力也很好，第一膠泥層和第二膠泥層連為一體，進(jìn)一步提高了材料的防滲漏性能。

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)，膠泥棒優(yōu)選長度為9-12厘米。

為了提高水池側(cè)壁與泥土本身的結(jié)合力又保證膠泥棒與第一膠泥層的結(jié)合力，所述膠泥棒露出泥土表面部分的長度優(yōu)選為3-4厘米。

為了提高水池側(cè)壁的強(qiáng)度，相鄰兩膠泥棒之間的間距為0.15～0.30米。

為了兼顧成本和強(qiáng)度，把多層膠泥黏在一起。膠泥層的厚度優(yōu)選為30-50厘米，所述天然生態(tài)PAL材料層（由坡縷石材料制備）的厚度為15-20厘米。

注明：

1）PAL材料原材料的成因?yàn)槌练e半封閉鹽湖型。由于古環(huán)境生態(tài)化特征使其在基質(zhì)和屬性上，體現(xiàn)出稟賦性生態(tài)特征和生態(tài)性能的特點(diǎn)。

2）PAL材料生產(chǎn)對(duì)資源的利用率100%。

3）坡縷石俗稱凹凸棒石，是制備PAL材料的原材料。在甘肅的蘊(yùn)藏量極為豐富，占世界蘊(yùn)藏量79%。

[1]周堯和,孫寶德,李天曉,許振明.材料科學(xué)的一個(gè)新生長點(diǎn)—生態(tài)材料學(xué)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,(3).

[2]日本生態(tài)材料行業(yè)考察暨2008年綠色建筑住宅部品國際展覽會(huì)[J].中國建材科技,2008,(4).

[4]日本生態(tài)材料行業(yè)考察暨2008年綠色建筑住宅部品國際展覽會(huì)[J].中國建材科技,2008,(4).

[5]劉煒,唐國安.生態(tài)建筑與生態(tài)建材[J].中外建筑,2004,(5).

[6]洪紫萍.生態(tài)材料學(xué)的內(nèi)涵探討[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2000,(4).