生態混凝土的現狀研究

井立強

摘要：混凝土工業要實現健康可持續發展必須節約資源、能源、減少對環境的污染,發展生態混凝土;也就是說,不僅要提高混凝土的使用壽命,使其具有優良的環境協調性,降低對環境的負荷,還要考慮自然循環、生物保護和景觀保護等生態問題。

關鍵詞：概念及分類現狀發展意義趨勢

一 生態混凝土的概念及分類

生態混凝土是能夠適應動、植物生長、對調節生態平衡、美化環境景觀、實現人類與自然的協調具有積極作用的混凝土材料生態混凝土可分為環境友好型生態混凝土和生物相容型生態混凝土兩大類。

所謂環境友好型生態混凝土,是指在混凝土的生產、使用直至解體全過程中,能夠降低環境負荷的混凝土：生物相容型生態混凝土是指能與動植物等生物和諧共存、對調解生態平衡、美化環境景觀、實現人類與自然協調具有積極作用的混凝土。根據用途,這類混凝土可分為植物相容型生態混凝土、海洋生物相容型生態混凝土、淡水生物相容型生態混凝土以及凈化水質型生態混凝土等。

二研究現狀

（一）減輕環境負荷型生態混凝土

減輕環境負荷型混凝土,是指在生產、使用直到解體過程中,能夠降低環境負擔或通過改善其性能來降低環境負擔的混凝土。從利用高爐礦渣、粉煤灰等工業廢渣作為水泥的混合材料、混凝土的摻合料,到開發利用高流態、自密性、高強度、高性能混凝土,從再生骨料混凝土到具有吸音性、調溫功能、能夠吸收有害氣體以及能儲蓄熱量的混凝土,均屬于減輕環境負荷型混凝土。下面僅介紹幾種。

1）再生骨料混凝土

再生混凝土或再生骨料混凝土，是指將廢棄的混凝土塊破碎后清洗分級作骨料，部分或全部代替天然骨料(砂、石)，按一定配合比配置成的混凝土。相對于再生混凝土，用來生產再生骨料的混凝土稱原生混凝土或基體混凝土。

再生混凝土技術既能解決廢舊混凝土的處置問題，又能節省天然砂石，同時帶來社會效益、經濟效益和環保效益，被認為是發展綠色混凝土，實現建筑資源環境可持續發展的主要措施之一，因此，許多國家都相繼進行研究，并取得了很多的成果。

2）透水性混凝土

與普通的水泥混凝土路面相比,透水性道路能夠使雨水迅速地滲入地表,還原成地下水,使地下水資源得到及時補充,保持土壤濕度,改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件;同時透水性路面具有較大的孔隙率,與土壤相通,能蓄積較多的熱量,有利于調節城市空間的溫度和濕度,消除熱島現象;當集中降雨時,能夠減輕排水設施的負擔,防止路面積水和夜間反光,提高車輛、行人的通行舒適性與安全性;大量的孔隙能夠吸收車輛行駛時產生的噪聲,創造安靜舒適的交通環境。

（二）生物相容型生態混凝土

1） 植生混凝土

植生混凝土是指能夠適應綠色植物生長的多孔混凝土?；炷羶炔看嬖谠S多連續的空隙,使其具有良好的透水、透氣特性,施工時,只要在混凝土塊的孔隙中充填腐植土、種子、緩釋肥料、保水劑等混合材料,草籽就可生根、發芽,并穿透到土壤中生長,從而可以大大改善周圍大氣的環境。同時,利用其多孔,透水透氣性,不僅可使微生物及小動物在其凹凸不平的表面或連續空隙內生息,保持了生物的多樣性,具有顯著的生態效應;還可成功地解決常規硬化路面存在的散熱少、無呼吸、雨水聚積成澇等問題.可以減輕市政排水設施負擔,使地下水得到及時補充,避免造成地下水位明顯下降等嚴重問題。

關于植生混凝土的研究,最早發生于20世紀90年代初期的日本,近年來,我國的梅道亮等人研究成了既能與巖石坡面粘合、防止表面沖蝕,又能適宜植物發芽和生長的復合植生多孔混凝土,取得了較好的效果;奚新國等人以粉煤灰為主要原料配制了低堿度生態混凝土也滿足了混凝土低堿、多孔適應植物生長的要求。前不久,上海引進的一種新型植生長型混凝土,也首次在嘉定西虬江護坡上亮相,河道護堤的混凝土上長滿郁郁蔥蔥的嫩草,既可滿足河道護坡的硬度要求,又能夠為河道景觀添綠。

由于環境保護的需要，水土保持、水質凈化和退化生態環境的修復和重建得到了世界各國的重視。為了恢復生物的多樣性，日本、德國等國家采用植生型多孔混凝土對破壞了的生態環境進行修復和重建，如用于河道護岸、溝渠駁岸等的修建和恢復中。國內對植生型多孔混凝土的研究還處于起步階段，除了吉林省水利實業公司與三峽大學合作做了一些研究，并配置出利用建筑廢磚石作骨料，抗壓強度為5－20MPa以及利用選定粒徑的碎磚石作骨料，抗壓強度為1.6－2.7MPa的植生型多孔混凝土之外，國內對這方面的研究幾乎是一片空白。與此類似的是，最近江蘇省鹽城工學院開展了對生態友好型多孔陶粒植被混凝土的研究工作，并取得了一定的進展。

2）凈化水質生態混凝土

凈化水質,不讓污水污染環境是急待解決的全球性環保問題。應用于污水處理的生態混凝土是一種多孔混凝土,利用多孔混凝土外表面對各種微生物的吸附,通過生物層的作用產生間接凈化功能,將其制成浮體結構或浮島設置在富營養化的湖河內凈化水質,使草類、藻類生長更加繁茂,通過定期采割,利用生物循環過程消耗污水的富營養成分,從而保護生態環境。關于這一課題,國外的研究相當活躍:文獻報道日本長崎大學于1994年起進行實海現場試驗,將直徑lm高0.5m的有孔試塊l0個一組地投入海中,并于1995年2月至1996年2月每月實測一次水質變化,發現生態混凝土有富集營養物質的功能。近來,受國外科技成果啟發,我國同濟大學材料科學與工程學院從1997年起開始研究生態混凝土材料,并成功研究開發了實用性很強的小型生活污水處理裝置,其是一種沉淀、過濾、曝氣三合一的預處理裝置,在沉淀的同時進行過濾和曝氣,污水中的固體物質可去除90%以上。

3） 海洋生物適應型混凝土

所謂海洋生物適應型混凝土，即能夠營造出適合于生物生長生息的空間或空隙，能夠為海藻類生物提供合適的附著表面，并能在混凝土表面增殖，混凝土周圍的水質對生物的生長沒有不良影響。同時還需考慮混凝土的組成、溶解性、顏色、PH值、表面粗糙度、附著性、透光性等因素。此外，混凝土結構物周邊的水流、波浪、遮光性等環境條件對生物的生息以及聚合物的生息以及聚集等均有影響。

目前開發并已經實際應用的海洋生物適應型混凝土有人工礁石，這種多孔混凝土礁石放置在海洋之中，附著在表面的海藻類數量是普通混凝土塊的2－3倍，且海藻生長茂盛。此外還有用于淡水域的河床、護岸等混凝土構件，構件的表面做成凹凸不平的形狀，使之盡量接近自然狀態的河床、河岸的狀態，為水中的藻類、植物提供根部附著的場所，為魚類提供水中生息和避難的場所。在日本，現已有大量的這種人工漁礁，由于在材料上采用了生態、環保、高耐久性的混凝土材料，應用二十余年的人工漁礁仍完好無損。我國科學家已在遼寧省沿海進行了人工礁石的研究：根據鮑魚生長特征設計了專用人工礁石，在配制混凝土的過程中，考慮到混凝土中摻入微量元素對海洋中藻類附著非常有利，經多次試驗確定了微量元素的含量，同時，考慮到礁石在海洋環境中的耐久性，對工藝制作、配比優化、海島特殊環境下的養護條件、混凝土在海流沖刷下的長期穩定性等進行了大量研究。

三 研究意義及發展趨勢

混凝土材料的生態化是人類對混凝土這一傳統建筑材料的迫切需求，也是未來混凝土材料可持續發展的目標。生態混凝土是傳統混凝土材料走可持續發展之路保護生態環境與可持續發展觀在建筑材料方面的具體體現和必然選擇。因此,生態混凝土正向著智能化、規?；?、理論化、體系化和集成化方向發展。

1)生態混凝土智能化:生態混凝土智能化集生態混凝土和智能混凝土的雙重特性。

2)生態混凝土規?；?生態混凝土規模化產生的經濟化是促進生態混凝土推廣的有效途徑。

3)生態混凝土理論化:生態混凝土不同于傳統混凝土,傳統混凝土的理論無法指導生態混凝土的研究,其理論尚待進一步研究。

4)生態混凝土體系化:生態型混凝土是集巖石工程力學、生物學、土壤學、肥料學、硅酸鹽化學、園藝學、環境生態和水土保持學等學科于一體的綜合交叉學科,體系化是生態混凝土發展的必然趨勢。

我國生態環境惡化的趨勢主要表現在水土流失日趨嚴重，荒漠化土地面積不斷擴大，草地退化、沙化和堿化面積逐年增加，生物多樣性受到嚴重破壞。生態混凝土具有調節生態平衡、美化環境景觀、實現人類與自然的協調具有積極的作用。在解決地球環境問題、轉變人類發展觀念、改善人居環境、凈化水污染以及廢物利用等方面比普通混凝土具有非常優越的條件，因此研究和開發新型生態混凝土具有很大的現實意義。