無沙多孔生態混凝土護坡研究現狀分析

（新鄉學院土木工程與建筑學院，河南 新鄉 453000）

摘 要：本文并著重對對生態混凝土在邊坡防護方面的應用進行了闡述分析總結了生態混凝土的研究意義及發展前景，也對生態混凝土的進一步推廣進行了展望。

關鍵詞：無砂多孔混凝土;生態混凝土;邊坡防護

1 引言

近年來，隨著社會不斷發展，我們的生活品質有了極大的提高，人們享受著現代化帶來的便利生活的同時，也在一定程度上破壞了原有的自然生態平衡。森林，農田甚至河道被開墾，特別是一些生活必備的基礎設施建設，如道路、水電和城鎮的建設。造成大面積的裸露土地，這帶來了極大地安全隱患。人們利用漿砌或干砌塊石、混凝土澆筑等手段來預防水土流失。但這些手段只能滿足強度效應要求，而忽略了生態效益。植物護坡能在修復原有生態環境的同時減少熱島效應。因此植被護坡越來越受到人們重視。而引進生態混凝土進行邊坡防護，則是在傳統邊坡防護基礎上的又一次技術革新。

2 生態混凝土的簡單介紹

1995年，生態混凝土（Environmentally Friendly Concrete/Eco-concrete）這一詞由日本混凝土工學協會提出。隨后在我國，由清華大學馮乃謙教授等主編的書目《實用混凝土大全》中，稱之為綠化混凝土。事實上，它是一種有著連續孔隙結構的特殊混凝土，它本身孔隙眾多的特點決定了水與空氣等植物生長的必須介質能夠很容易的通過或存留于其結構的孔隙通道內。這種混凝土在邊坡防護、生態建筑及綠色屋面等方面有著廣泛的應用前景。

3 生態混凝土的優缺點

3.1 生態混凝土的優點

（1）對凈化空氣，改善溫室環境：植物的光合作用不僅可以有效吸收二氧化碳，釋放氧氣，同時可以在一定程度上吸收噪音、提高太陽光線的反射。

（2）植被防護功能：植被的存在可以有效減弱狂風、雨雪、冰雹等極端惡劣天氣對裸露土地的直接侵蝕，從而有效減少水土流失現象的發生。

（3）經濟效益：相比傳統混凝土來說，生態混凝土可以在造價方面直接減少10%--30%。

（4）增強景觀效益：生態混凝土本身的多孔結構特點、綠色的概念以及植被本身，都不同于普通混凝土壓抑沉悶的感覺，同時可有效減少城市熱島效應，改善人居環境質量。

（5）放大水體自凈效果：生態混凝土護坡能夠放大水體自凈功能，促進水生生物生長，改善河水水質。

3.2 生態混凝土的缺點

生態混凝土有許多優點，但在我國的使用并不普遍，主要存在下列問題：

（1）草種種類選取和播種問題：在草種的確定方面，沒有明確標準。草播種的比例和密度等問題都沒有建立在充分的科學依據下，更多的施工過程是盲目。

（2）生態混凝土具有很多的優點是普通混凝土不具有的，但是生態混凝土在某些基本性能方面遠不如普通混凝土，例如強度和耐久性。

4 國內外研究現狀

4.1 國外

上世紀20年代的荷蘭，無砂多孔混凝土首先應用于建筑物的非承重墻體，取得了良好的效果。然而多孔混凝土在植被護坡上并未得到應有的發展。上世紀30年代起，美英等西方國家就開始研究液壓噴播技術，并將這項技術應用到道路邊坡工程上。20世紀50年代中期，美國學者開發出了壓力噴播技術，這項技術由于操作方便，很快在全世界傳播開來。1960年，該技術引進了日本并應用于道路邊坡綠化。1973年，在液壓噴播技術的基礎上，日本開發出纖維土綠化工法。1983年，又改進開發出性能更加優越的高維團粒SF綠化工法，經試驗，此技術更加適合坡面的早期綠化。1987年日本開發的TG綠化法。1988年該法逐漸應用，并很快在世界上傳播到其他國家。1994年，為了驗證植被混凝土在護坡方面的可行性，日本研究人員在茨城縣渡里那珂河河堤的路基，進行相關護岸試驗工程，此試驗表明了多孔混凝土在護岸方面具有良好的發展前景。為了更好的開展植被生態混凝土的相關研究，日本混凝土工學協會1995年正式提出了“生態混凝土”的概念并特意創立了相關專業委員會。2001年四月，為了促進多孔植被混凝土的進一步應用，日本“先端建設技術中心”開發了多孔植被混凝土河道護坡法。目前，歐美大多數應用的工程多為引進的日本技術。

4.2 國內

到目前為止，很多專家和學者已經研究了植被混凝土邊坡防護技術。劉黎明通過運用水泥抗壓強度的測試方法，對植被混凝土的抗壓強度進行了室內實驗，來研究其抗壓強度與水泥摻入比之間的關系。裴得道通過模擬三種類型的邊坡狀態和模擬邊坡土壤侵蝕過程，在此條件下，對植被混凝土抗侵蝕性進行研究。通過設置不同水泥含量和降雨強度，楊奇等人對植被混凝土的抗沖刷性進行了研究實驗。

我國引進植被混凝土護坡技術較晚，但隨著人們生態保護意識的不斷提高，植被護坡技術也逐漸推廣。從20世紀九十年代起，人們進行了一系列技術探索，其中包括傳統的鋪草皮和空心六楞磚植草等。二十世紀九十年代后期，我國一交通科學研究設計院建議了一種營養噴播植被技術，這項技術是可用于綠化旱地邊坡的復合型噴播技術，通過現場試驗后確定可行性后，該技術將運用到道路建設上。周德培等人在2000年開發出合適應用于高陡巖石邊坡的厚層基材噴射護坡技術，極大地促進了我國植被護坡技術的進步。隨后三峽大學成功開發了完備的生態混凝土相關護坡技術，現已在我國逐步推廣。

目前，國內通常選用的制備材料是單一粒級級配的玄武巖或石灰巖，水泥選用的是高標號42.5R的普通硅酸鹽水泥，還有礦渣、粉煤灰、各種添加劑等。植物生長基有草炭石、珍珠巖或木屑等基本材料和保水劑、肥料等。

5 生態混凝土關鍵問題分析

（1）孔隙率：由于要求植物根系穿過混凝土孔隙植根于地面土層，所以嘗試選擇孔隙率作為主要設計參數，強度為次要參考參數。土壤的孔隙率一般為40%-60%，而普通的混凝土孔隙率一般只在4%左右，經實驗證明，生態混凝土孔隙率在21%左右時最利于植被生長。

（2）混凝土保水性：由于生態混凝土要保證植物正常生長，故相較普通混凝土來說，對生態混凝土的要求就更高。既保證混凝土強度達到規范要求，同時要求植物正常生長。

（3）混凝土的降堿處理：生態混凝土的降堿處理是生態混凝土制備和推廣的關鍵所在。在日本制備生態混凝土的膠凝原料是一種低堿度高爐B、C型水泥。但我國低堿度水泥資源貧乏，所以一般采用普通波特蘭水泥來配制多孔生態混凝土，普通水泥的PH值一般為12.5-13.5，無法提供植物的正常生長環境。目前采用的降堿方法主要為特定溫度暴露降堿同時弱酸FeSO4溶液對水泥進行沖洗來控制堿度。還有著一種方法就是減少水泥用量，同時在砌塊表面用薄膜包衣劑包裹，植草時在土層中加入中和性肥料的集成方法。

6 研究思路及擬解決方案

在有限的條件下，更加準確、真實、直觀的認知和研究生態多孔混凝土。對其相關物理特征進行確定和改進，在反復試驗的過程中選擇出最適合本地氣候的混凝土。根據混凝土相關性能選擇本地區合適生長的植被。利用上述混凝土制作混凝土試塊，測試其抗壓、抗折以及對微生物侵蝕、沖刷作用、還有其他物理化學因素對其性能的影響。

在實驗室建立小型邊坡，在植物生長周期內對各項指標進行觀察，尤其是利用控制變量方法找出影響植生性多孔生態混凝土抗凍融性和拔出力的主要因素。抗凍性對植被混凝土護坡結構穩定性和安全性的影響是最重要的。

7 生態混凝土的發展趨勢

（1）生態混凝土趨于規模化生產：目前，我國生態混凝土技術研究處在初級發展階段，規模化生產有助于促進從生產、推廣以及具體應用的一系列相關技術的發展。

（2）生態混凝土需要完善的理論基礎

（3）生態混凝土的體系化：生態混凝土作為一種新型材料出現，不僅涉及土建領域，同時還包含了生態學、植物學等多門學科，所以，生態混凝土的綜合性也決定了它的體系化是不可避免的。

（4）為了有效的改善混凝土的微觀結構，可以摻入引氣劑、膨脹劑等混凝土添加劑。

（5）生態混凝土有著種種不可忽略的優點，但是在強度等方面確實存在著很多的問題，所以，也需要我們進行更深入的研究，進一步改善和發展生態混凝土，隨著人類環保意識的提高，生態混凝土一定會大放異彩。

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作者簡介：梁宇涵（1994-），女，河南新鄉人，本科，學生，主要研究：土木工程結構。