植生型生態(tài)混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀

陳金戈

（惠州市永恒業(yè)混凝土有限公司，廣東惠州 516000）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，大量人口涌入城市，城市化水平越來越高，城市化的推進(jìn)使大量高樓拔地而起，道路交通設(shè)施飛速發(fā)展，但這些密實(shí)而不透水的混凝土結(jié)構(gòu)在為我們帶來便捷生活的同時(shí)，也給城市水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)造成了破壞。硬化混凝土的致密結(jié)構(gòu)易造成城市內(nèi)澇和地下水補(bǔ)給的短缺。因此，可解決各項(xiàng)新型污染問題的生態(tài)混凝土應(yīng)運(yùn)而生，成為混凝土技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

當(dāng)前混凝土逐步以生態(tài)環(huán)保型為自己的發(fā)展方向，這種混凝土可以令人們的生活更加變得舒適，并大幅改善生態(tài)體系環(huán)境。現(xiàn)階段，生態(tài)混凝土主要有植生型、透水型。其中植生型混凝土一般基于特殊原材料與生產(chǎn)工藝，而生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)多孔且兼具植生功能混凝土。其能夠適應(yīng)動(dòng)物和植物的生長，起到調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，美化城市環(huán)境，不僅為人類構(gòu)筑所需要的結(jié)構(gòu)物建筑物，還能自然環(huán)境融為一體，對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)平衡具有積極的保護(hù)作用。

隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)被人們接受，發(fā)展生態(tài)混凝土越來越引起人們的重視。相比日本、歐美等國家，國內(nèi)在生態(tài)混凝土的研究起步較晚，實(shí)際應(yīng)用較少，技術(shù)水平相對(duì)來說也比較低。但經(jīng)過近些年研究和發(fā)展，也取得了一定科研成果。

1 植生型混凝土的基礎(chǔ)特點(diǎn)

在植生型混凝土中，主要涉及以下兩個(gè)部分：①生態(tài)型的多孔基體結(jié)構(gòu)，多為多孔混凝土；②生長植物的基體，也就是植被材料。在多孔混凝土中，骨架骨料粒徑特定，骨料表面分布著膠結(jié)材料，并且形成孔隙結(jié)構(gòu)，屬于功能型的全新建筑材料之一。

考慮到可靈活調(diào)整混凝土骨料粒徑、膠結(jié)料量，來獲得孔徑、孔隙率各異的材料，來達(dá)到相應(yīng)用途要求，所以在建造植被、透水性路面、凈化水質(zhì)等領(lǐng)域均在推廣應(yīng)用植生型生態(tài)化新型混凝土。這種混凝土的優(yōu)勢(shì)如下：

（1）在多孔混凝土中，存在孔隙大且連通的結(jié)構(gòu)，所以雨水可以沿空隙順暢滲透至地下，令城市免遭澇，并且充給地下水資源。

（2）改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件，既美化城市環(huán)境，又有利于生態(tài)平衡。

（3）在道路護(hù)坡上具體應(yīng)用植生型混凝土?xí)r，便可在坡面上形成植物生長所需環(huán)境，進(jìn)而美化道路環(huán)境，令整個(gè)環(huán)節(jié)煥發(fā)出生機(jī)，以提供給駕駛?cè)藛T觀賞，進(jìn)而消除他們的疲憊。

2 種植型生態(tài)混凝土材料性能研究現(xiàn)狀

2.1 低堿度膠凝材料的研究

在普通混凝土中，水泥屬于很關(guān)鍵的部分，在水化時(shí)產(chǎn)生大量 Ca（OH）2，體積占水泥石 20%～25%，pH 高達(dá) 12～13，所以普通的水泥混凝土具有強(qiáng)堿性，用在道路、港灣、護(hù)岸等工程當(dāng)中用作植生混凝土?xí)r，其中的高堿性物質(zhì)則會(huì)危及植物或水生物的正常生長。故研發(fā)出弱堿度、有利于生物生長的現(xiàn)代混凝土已然成為生態(tài)混凝土的關(guān)鍵性研究方向之一，大摻量摻合料是常見降低堿性的方案。

2.2 利用再生骨料的研究

先回收建筑行業(yè)的廢棄黏土磚等，再統(tǒng)一加工并形成粗、細(xì)集料，進(jìn)而配制、生產(chǎn)形成再生集料類混凝土或建筑制品，并投入到建筑項(xiàng)目中使用。著名學(xué)者有基于廢棄混凝土、磚石類型集料，再利用相應(yīng)的工藝、科學(xué)配合比，生產(chǎn)出可提供給植物正常生長所續(xù)的綠化混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

2.3 影響力學(xué)性能的因素

這方面的研究主要集中在這些領(lǐng)域：生產(chǎn)工藝與施工、孔隙率和強(qiáng)度、配合比等。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，這種生態(tài)混凝土的孔徑大小和空隙率隨骨料尺寸的增大而增大；性能與水灰比聯(lián)系緊密，并且不同的膠結(jié)材料存在最佳水灰比范圍，超過或低于此范圍強(qiáng)度都會(huì)受到影響。研究也發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻入粉煤灰礦物摻合料時(shí)，孔結(jié)構(gòu)會(huì)得到一定改善，但會(huì)降低生態(tài)混凝土的強(qiáng)度和透水效果。研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)物漿液浸漬不能明顯提高混凝土抗壓強(qiáng)度，但可改善集料表面的孔隙結(jié)構(gòu)，降低磚集料的吸水率，改善再生混凝土的收縮性。

2.4 植物生長

作為植被材料的生態(tài)化植生型混凝土的優(yōu)勢(shì)如下：可供給植物所需養(yǎng)分；強(qiáng)度一定、可抗沖刷，避開雨水侵蝕；較傳統(tǒng)護(hù)坡更簡潔輕松，更具觀賞價(jià)值。據(jù)試驗(yàn)分析已證明，以一定比例配合營養(yǎng)液、基質(zhì)、種子、增黏劑等形成種植基，并基于滲透或浸漬來填充這種混凝土的空隙。再予以有效養(yǎng)護(hù)和管理，便可令植物茁壯生長。

3 生態(tài)種植型新混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀

數(shù)字圖像處理技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和圖像理論發(fā)展迅速的結(jié)果，已經(jīng)成為一種先進(jìn)的科研手段。數(shù)字圖像處理技術(shù)采集數(shù)據(jù)更精確、數(shù)據(jù)量大，可消除人員操作誤差的影響。在分析混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、測試路面鋪裝裂紋、檢測材料變形等領(lǐng)域，人們利用圖像處理專業(yè)技術(shù)可妥善處理問題。圖像處理技術(shù)能夠基于CT掃描數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的三維重建，基于軟件工具、矢量轉(zhuǎn)換專業(yè)技術(shù)，來轉(zhuǎn)換介質(zhì)空間圖像細(xì)觀分布為細(xì)觀介質(zhì)矢量空間分布，監(jiān)測混凝土的收縮、水泥的水化程度，分析水泥混凝土制品中氣孔體系參數(shù)，評(píng)價(jià)孔結(jié)構(gòu)特征；觀察宏觀裂縫和微觀裂縫的裂縫特征和發(fā)展趨勢(shì)。

4 配合比設(shè)計(jì)

植生型生態(tài)新型混凝土的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)與傳統(tǒng)混凝土有較大差異，因此不能再使用傳統(tǒng)混凝土的設(shè)計(jì)方案。水泥漿體將斷級(jí)配的粗集料均勻包裹并使之膠結(jié)，在水泥漿體硬化后，與粗集料之間形成多孔結(jié)構(gòu)，這就是這種混凝土滲透結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。

植生型混凝土的制備方法與普通混凝土大致相同，但考慮到多孔混凝土自身結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，孔隙率為首要考慮因素，在保證具有一定透水性能的情況下，使其的抗壓強(qiáng)度盡可能提高。盡管目前有可以參考的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但是各種設(shè)計(jì)方法上卻還是暴露出諸多方面的不足和缺陷，當(dāng)前設(shè)計(jì)透水混凝土內(nèi)部配合比上的方法還未發(fā)展成熟。目前常見的配合比設(shè)計(jì)方法有三種：質(zhì)量法、體積法、球包裹法。

球包裹法也稱為比表面積法，通過測出骨料的比表面積和包裹在骨料表面的泥漿厚度，以此來計(jì)算各材料用量，優(yōu)點(diǎn)就是和以往漿體包裹建筑骨料基礎(chǔ)理論相吻合，不足就是骨料表面積和包裹漿體厚度的計(jì)算和試驗(yàn)工作量大。質(zhì)量法也稱為經(jīng)驗(yàn)法，其總的特點(diǎn)就是配比運(yùn)算過于簡單，現(xiàn)場施工更加便捷，不足就是缺少能夠遵循的填漿量目標(biāo)。而體積法則是以實(shí)際工程項(xiàng)目所需要的目標(biāo)孔隙率為基礎(chǔ)，由此計(jì)算出制備透水混凝土各種材料的用量，其總的優(yōu)點(diǎn)就是填漿體積控制便捷，可有效控制拌合后的結(jié)構(gòu)孔隙率，不足就是提升填漿量增大后，結(jié)構(gòu)孔隙率的實(shí)際測值與設(shè)計(jì)值相差較大。以上方法各具自己的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)階段體積法的應(yīng)用更為廣泛。

配合比設(shè)計(jì)的主要出發(fā)點(diǎn)是混凝土的孔結(jié)構(gòu)，要求在滿足混凝土滲透性的提前下才能進(jìn)一步考慮混凝土的強(qiáng)度、耐久性、工作性、耐久性。其次，在配合比設(shè)計(jì)的過程中，普通混凝土的基本理念是通過骨料及膠結(jié)料顆粒之間的合理搭配實(shí)現(xiàn)混凝土的密實(shí)，而透水混凝土則是在混凝土內(nèi)部形成連續(xù)的孔，使水能夠自由通過。

5 實(shí)踐應(yīng)用

早在1995年日本便最先研究開發(fā)出先進(jìn)的植生型生態(tài)類型混凝土，并經(jīng)由“先端建設(shè)技術(shù)中心”于20世紀(jì)初便提出了有關(guān)的河川護(hù)岸工法，并以此為基礎(chǔ)來推廣應(yīng)用這種多孔植被新型混凝土。該新型混凝土獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，能有效促進(jìn)雨水滲流，改善生物、植物的生存環(huán)境，又能保持水土，促進(jìn)生態(tài)循環(huán)。其多被應(yīng)用于生態(tài)護(hù)坡和護(hù)岸，在邊坡防護(hù)上，植被也會(huì)起到淺層加筋、深層錨固、降低坡體空隙水壓力及控制水土流失等方面的作用，從而實(shí)現(xiàn)固土護(hù)坡、邊坡治理、景觀綠化的效果；也常見應(yīng)用于公園、人行道等有特殊功能性景觀區(qū)域。在日本全境以內(nèi)，已有多達(dá)幾百個(gè)的項(xiàng)目有納入該技術(shù)。我國雖開展研究比較晚，但近些年也取得了顯著的成果，已經(jīng)開始在實(shí)際工程中應(yīng)用生態(tài)種植型混凝土，如實(shí)體試驗(yàn)工程位于崇遵高速公路第十六合同段，如中國推出的863“十五”之類的重大科研專項(xiàng)“鎮(zhèn)江市水系統(tǒng)改善、研究示范生態(tài)修復(fù)專業(yè)技術(shù)”等。

6 結(jié)論

隨著國家與社會(huì)各界對(duì)于生態(tài)環(huán)境的重視，植生型生態(tài)新型混凝土技術(shù)作為混凝土的前沿技術(shù)，相關(guān)技術(shù)研究的深入與取得應(yīng)用成果，不僅可以解決邊建筑工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，而且也可以實(shí)現(xiàn)二者之間的協(xié)同發(fā)展和可持續(xù)性健康發(fā)展，在統(tǒng)籌協(xié)調(diào)當(dāng)今社會(huì)效益以及增大生態(tài)效益、環(huán)境的可持續(xù)等上均表現(xiàn)出很巨大的理論價(jià)值與深遠(yuǎn)的實(shí)踐意義。