植生混凝土研究

譚思琪

（廣州大學土木工程學院　廣東廣州　510000）

引言

由于城市化發展的需求，我國進行了大規模的基礎建設。2013年12月習近平總書記在城鎮化會議上強調“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。植生混凝土作為一種生態環保型材料，因其連續多孔、透氣、透水的特點，既能緩解城市“熱島效應”，又利于地表水的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，進而使城市能“彈性”適應環境變化和應對自然災害，在一定程度上改善了生態環境，帶來了生態效益，符合建設“海綿城市”的政策號召。

1　植生混凝土的概念

1.1　植生混凝土的定義

什么是植生混凝土？從宏觀定義上講，植生混凝土是一種新型生態環保材料，能夠減少給生態環境造成的負荷，同時又協調生態循環。從組成成分上講，植生混凝土是由膠凝材料、粗集料、外加劑和水按照一定的比例經攪拌、振搗而成，一段時間硬化養護后最終形成連續或半連續的多孔混凝土。植生混凝土體系以多孔混凝土為骨架，通過高壓噴射水泥槍或其它方式將保水材料、種植基質和培養液灌注到孔隙內，并在骨架上部敷設一層淺層客土，待多孔混凝土凝結硬化后進行植物培植。

1.2　植生混凝土的特點

植生混凝土與普通混凝土最大的區別在于：植生混凝土在配制時不添加細集料，僅使用碎石、陶粒等粗集料做骨料。由于粗集料的緊密堆積密度遠大于等質量砂的緊密堆積密度，故植生混凝土的孔隙率較普通混凝土大，約為20～35%。植生混凝土貫通的大孔隙，可為植物根系生長提供所需的空間，使得柔性的植物與剛性的混凝土有機結合，既能改善生態環境，又能提高生態效益。植生混凝土剛柔并濟，具有以下功能性特點：①固土護堤、防波浪沖刷；②實現滯洪補枯的功能；③調節環境溫度，有助于減輕城市“熱島”效應；④對水質起到一定程度上的凈化作用，為水生動植物的生長生存提供空間，有利于恢復河涌河道水域生態系統。

2　研究植生混凝土的目的及意義

混凝土為城市基礎設施建設作出了巨大貢獻。與此同時，混凝土的大量使用帶來了一系列負面因素，如城市的不透水區域逐漸加大，加劇了“熱島效應”的形成；原材料的大量開采造成資源匱乏等，顯然這樣的城市化進程與政府提高人民生活質量的初衷相悖。近來年，“生態化建設”成為學者關注的焦點，混凝土也逐漸朝著環境友好、智能調節的方向發展。

3　植生混凝土國內外研究進展

由于生態化建設需要，水土穩固、水質凈化和已被破壞環境的修復和重建備受各行業的重視。植生混凝土因生態性受到世界各國工程材料專家的普遍關注。自20世紀80年代美國、法國、日本等國家對植生混凝土進行探索性試驗以來，其逐漸發展成為一個新的研究領域。

3.1　植生混凝土的基本性能

3.1.1植生混凝土的孔隙率及透水性

植生混凝土屬多孔混凝土，全孔隙是由相互連通的孔隙、半連通孔隙和封閉孔隙組成。其中，連通孔隙與半連通孔隙的總體積合稱為有效孔隙。根據植生混凝土的功能性要求，為保持植生，使植物根系能貫穿多孔骨架扎入下層土壤，應控制植生混凝土的連通孔隙率；為實現“滲、滯、蓄、凈、用、排”的功能，也應確保一定的半連通孔隙率。即有效孔隙率是植生混凝土的核心指標之一。連通孔隙與混合料總體積之比為連通孔隙率，有效孔隙與混合料總體積之比為有效孔隙率，全孔隙與混合料總體積之比為全孔隙率。

影響孔隙率因素包括粗集料粒徑、礦物摻合料、水膠比等。3.1.2植生混凝土的力學性能

抗壓強度和抗折強度是表征植生混凝土力學性能的重要指標。影響強度的因素包括灰骨比、骨料粒徑、礦物摻合料。

為提高植生混凝土的強度，可采用以下方法：

（1）增大灰骨比水灰比一定，增大灰骨比，即增多水泥用量，骨料間的接觸點的粘貼面積和強度均有所提高，故植生混凝土強度提高。但灰骨比過大時，水泥將填充骨料間的孔隙，導致孔隙率顯著下降，且孔隙間堿度上升，不利于植物生長。

（2）降低骨料粒徑骨料粒徑愈小，骨料間的咬合點愈多，從而強度越高，但為保證一定的孔隙率，應合理選擇骨料粒徑。

（3）改變骨料級配選用骨料連續級配植生混凝土的強度明顯高于單一級配植生混凝土的強度，這是因為骨料間接觸點越多，骨料間穩定狀態越好，強度保障越高。

（4）摻入礦物摻合料適量摻入礦物摻合料，有利于密實接觸點的漿體。

3.2　植生混凝土降堿研究

水泥水化時產生大量以Ca（OH）2為主的可溶性堿，致使多孔混凝土骨架孔隙的pH值高達12以上。對于混凝土而言，較高的堿性是保持化學成分和性能穩定的條件；對于植物而言，過堿將導致植物細胞死亡。所以，為解決混凝土與植物的這一矛盾性問題，應該采取措施以降低孔隙堿環境。

目前，對于植生混凝土孔隙堿環境的評價方法主要有：固液萃取法、凈漿試件浸泡法、電位測定土壤pH法，較為常用的是前兩種。固液萃取法是粉碎部分試樣，經研磨、過篩、加蒸餾水、過濾等操作后，用pH計測定濾液pH值，此方法雖簡單，但其測定的堿度大部分來源于水泥毛細孔，與植物實際生存的孔環境堿度有很大的差異性。凈漿試件浸泡法則是通過浸泡試件，測定析出的可溶性堿的堿度，此方法測定出的pH值較為真實。而電位測定土壤法目前研究甚少，需進一步探究其合理性。

4　植生混凝土的應用及存在的問題

植生混凝土的應用案例：

國外關于植生混凝土的研究應用較為成熟。早在1994年，日本學者在茨城那珂河河堤采用植生混凝土護岸，選用肯塔基禾，牛毛草和狗牙草培植，經過三年時間對植物自然生長態勢以及河岸的穩固性觀察表明：植被長勢茂盛，河堤堅固可靠。此試驗證明了生態混凝土適用于護岸工程。

5　結語

我國植生混凝土技術起步發展較晚，人類對于生活環境、建筑的功能性要求隨著經濟社會的發展在不斷的提高，雖然我國現階段并沒有相應的規范及標準，但通過不斷的研究與應用，改善與發展植生混凝土，植生混凝土一定會給人類社會帶來更多經濟和生態效益。