生態建筑的新材料在水池中的應用

魏明強 劉有錄 張樂婷（西北民族大學，甘肅 蘭州 730124）

依據國際上一些專家的觀點，生態材料應該具備以下三個特點[2]。

1）先進性。即生態材料首先應該具有優良的使用性能，能為人類開拓更為廣闊的活動范圍和環境。

2）環境協調性。環境協調性表現在兩個方面，即生態材料應該具有低的環境負荷和高的可再生循環性能。實際上，任何一種材料在其開發、生產、使用的過程中都會產生一定的環境負荷，生態材料一樣具有環境負荷，不過其追求的是盡可能低的環境負荷。另一方面，作為一種資源，應當能夠充分的循環再生。從某種意義上來說，高的再生循環率就是低環境負荷的一種表現。

3）舒適性。即使人類生活環境更加繁榮、舒適。

迄今為止的傳統結構材料主要追求的是材料的使用性能，忽視了其他兩種特性，尤其是環境協調性。而生態材料所追求的不僅僅是優異的使用性能，而且在材料的制造、使用、廢棄直到再生的整個生命周期中，必須具有與生態環境的協調共存性。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材料[4]-[6]。

1 PAL材料在設施建設中的應用

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（內陸咸湖）沉積的成因與生態環境條件原因，具有以下特征：

天然生態基質；一維天然納米微粒物質；納米級層、鏈、纖維狀微觀構造；富含以碘、硒、鋅、鐵為代表的動物體必需14種微量營養元素中的13種，而具營養性。

特別指出，由于凹凸棒石環境條件原因和成因而含硼，是植物必需的營養元素。

2）納米級PAL材料的工程工藝特性

懸浮性（增稠性）；粘結性；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、離子交換吸附）；抗壓強度及剪切；抗滲透；抗凍脹；穩定性。

納米級PAL材料對環境友好，又具粘合性、吸附性、營養性、防水和防火性，可在水渠、水池和景觀湖的建設中應用。PAL材料作為水渠、水池景觀湖泊的防滲漏生態材料，既防滲漏，又具“透氣不透水”的生態作用，使水渠、水泥和景觀湖泊永遠保持“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性質的絮凝劑，保證存在于輸水系統和相對靜態湖泊的同質在受污染時，受到凈化，始終維護著生態水系的潔凈。

納米級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，凹凸棒石在礦物學分類上隸屬于海泡石族，為一種晶質水合鎂鋁硅酸礦物。1862年俄國學者隆夫欽科夫最早于烏拉樂礦區的熱液蝕變產物中發現了這一礦物，并將其命名為坡縷（Palygorskite）。法國學者拉巴朗特（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）沉積巖中發現了此種礦物，并命名為凹凸棒石（Attapulgite）。習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。具有獨特的層鏈狀結構特征，在其結構中存在晶格置換，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。凹凸棒石具有獨特的分散、耐高溫、高鹽堿等良好的膠體性質和較高的吸附脫色能力，并具有一定的可塑性及粘結力，Bradley(1942年)提出了凹凸棒石理想晶體化學式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。圖1為晶體結構圖，圖2為電鏡照片。

凹凸棒石具有介于鏈狀結構和層狀結構之間的中間結構。凹凸棒石呈土狀、致密塊狀產于沉積巖和風化殼中，顏色呈白色、灰白色、青灰色、灰綠色或弱絲絹光澤。土質細膩，有油脂滑感，質輕、性脆，斷口呈貝殼狀或參差狀，吸水性強。濕時具粘性和可塑性，干燥后收縮小，不大顯裂紋，水浸泡崩散。懸浮遇電解質不絮凝沉淀。

圖1 晶體結構圖

圖2 電鏡照片

PAL材料對環境友好，又具粘合性、吸附性、營養性、防水和防火性，可在水渠、水池和景觀湖的建設中應用。

（1）PAL材料作為水渠、水池景觀湖泊的防滲漏生態材料，既防滲漏，又具“透氣不透水”的生態作用，使水渠、水泥和景觀湖泊永遠保持“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性質的絮凝劑，保證存在于輸水系統和相對靜態湖泊的同質在受污染時，受到凈化，始終維護著生態水系的潔凈。

2 現有水池的背景技術

目前的人工水池常用于游泳池、蓄水池、人工噴泉等等。根據其地形和土質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。本實用新型水池屬于生態水池技術領域，具體涉及到低碳、環保、防滲，是保護水質的生態防漏水池。

現有技術的缺點：

1）防滲漏性差

水池的主體結構均為抗滲混凝土，往往還要結合柔性防水層來保證水池的抗滲性能，因此造成施工難度較大，由于施工現場操作、混凝土自身性質、施工工藝等方面稍有不當就會使混凝土的防水失敗，即使采取了表面防水層等補救措施，水池也常有滲漏現象發生。

2）水質較差

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、化學因素、生物因素等。

物理因素：污染物質由于稀釋、擴散、混合和沉淀等過程而降低濃度，此外還有水流方向、風向和風力、水溫等影響因素。

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

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）造價高

隨著建筑原材料的漲價和人工費用的增加，建設成本越來越高。

3 使用生態建筑新材料的農脈水池及其做法

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

農脈水池采用了PAL材料。

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

池底利用天然環保材料（紅粘土和坡縷石）建造，降低造價，解決水池滲漏問題。特別在改善水質方面是其他水池無法比擬的，加入PAL生態材料（坡縷石材料制備）層后，在凈化水質、消毒去味、土壤改良、吸附有害物質、有效改善水池中水體的水質、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，這是整個水池施工的重要環節。

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，二者之間的結合力也很好，第一膠泥層和第二膠泥層連為一體，進一步提高了材料的防滲漏性能。

根據大量實驗，膠泥棒優選長度為9-12厘米。

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

為了提高水池側壁的強度，相鄰兩膠泥棒之間的間距為0.15～0.30米。

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

注明：

1）PAL材料原材料的成因為沉積半封閉鹽湖型。由于古環境生態化特征使其在基質和屬性上，體現出稟賦性生態特征和生態性能的特點。

2）PAL材料生產對資源的利用率100%。

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

[1]周堯和,孫寶德,李天曉,許振明.材料科學的一個新生長點—生態材料學[J].上海交通大學學報,2001,(3).

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

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

[5]劉煒,唐國安.生態建筑與生態建材[J].中外建筑,2004,(5).

[6]洪紫萍.生態材料學的內涵探討[J].浙江大學學報(理學版),2000,(4).